धातु इंजेक्शन मोल्डिंग के लिए पाउडर क्या है?

धातु इंजेक्शन मोल्डिंग के लिए पाउडर तैयार करना

सिंहावलोकन

पर्याप्त छोटे कण आकार वाले धातु पाउडर (<45 μm), high powder loading in polymers, and high density after sintering can be used for metal injection molding, with powders having an average particle size of less than 22 μm being the most ideal. Numerous methods exist for powder preparation, but powders prepared by different methods possess different properties, which ultimately affect the density, size, and deformation of the injected parts. Because small particles are used to characterize powder properties, many characterization methods (such as sieving) are insufficient to accurately monitor and predict the results of the metal injection molding process. This chapter mainly introduces powders used in metal injection molding, different powder preparation methods, the properties of metal injection molding powders, and the influence of powder geometry or manufacturing methods on the metal injection molding process.

एमआईएम पाउडर के लिए विभिन्न तैयारी तकनीकें

धातु इंजेक्शन मोल्डिंग (एमआईएम) के लिए पाउडर तैयार करने की कई विधियाँ हैं, जिनमें गैस परमाणुकरण, जल परमाणुकरण, थर्मल अपघटन और रासायनिक कटौती शामिल हैं।

जब किसी मिश्र धातु में थोड़ी मात्रा में पाउडर मिलाना या पाउडर मिश्रण में कुछ विशिष्ट मिश्र धातु तैयार करना आवश्यक होता है, तो आमतौर पर अन्य पाउडर तैयार करने के तरीकों, जैसे यांत्रिक क्रशिंग/पीस, का उपयोग किया जाता है। टंगस्टन कार्बाइड - ग्रेड पाउडर का उत्पादन करने के लिए शुद्ध टंगस्टन पाउडर का कार्बराइजिंग एक अपवाद है। तालिका 3.1 एमआईएम पाउडर की तैयारी के तरीकों और विशेषताओं को दर्शाती है; अन्य पाउडर तैयार करने की तकनीकें अन्यत्र पाई जा सकती हैं।

एमआईएम पाउडर के कण आकार और कण आकार वितरण को वर्गीकृत करना पाउडर तैयार करने में एक महत्वपूर्ण कदम है क्योंकि कई एमआईएम पाउडर विभिन्न कण आकार वाले पाउडर के बैचों से लिए जाते हैं; इसलिए, सभी बैचों में एमआईएम पाउडर की स्थिरता सुनिश्चित करना आवश्यक है।

तालिका 3.1 एमआईएम पाउडर तैयार करने की विधियाँ और विशेषताएँ

गैस परमाणुकरण

गैस परमाणुकरण प्रेरण या अन्य हीटिंग विधियों के माध्यम से धातुओं या मिश्र धातुओं को पिघलाकर पाउडर तैयार करने और फिर नोजल के माध्यम से पिघल को परमाणुकृत करने की एक विधि है। नोजल छोड़ने के बाद, पिघली हुई धातु या मिश्र धातु उच्च गति वाले गैस प्रवाह से प्रभावित होती है, जिससे पिघली हुई धातु बारीक बूंदों में टूट जाती है। मुक्त रूप से गिरने के दौरान ये बूंदें गोलाकार कणों में बदल जाती हैं। उच्च गति से निकलने वाली गैस आमतौर पर नाइट्रोजन, आर्गन या नाइट्रोजन होती है; हवा का उपयोग कुछ विशेष पाउडर बनाने के लिए भी किया जा सकता है। वायु के परमाणुकृत कणों में सतह ऑक्सीकरण की उच्च डिग्री होती है; इसलिए, अधिकांश इंजीनियरिंग सामग्रियों के लिए वायु परमाणुकरण की अनुशंसा नहीं की जाती है, विशेष रूप से उन सामग्रियों के लिए जिनके लिए ऑक्साइड फिल्मों को सिंटरिंग के बाद हटाना मुश्किल होता है। परमाणुकृत बूंदें एक बड़े कंटेनर के भीतर स्वतंत्र रूप से गिरती हैं, इस प्रकार कंटेनर की दीवारों से संपर्क करने से पहले जम जाती हैं। परमाणुकरण के दौरान, यदि नोजल के पास अशांति मौजूद है, तो छोटे ठोस कण फिर से परमाणुकृत पिघल में प्रवेश कर सकते हैं, जिससे कण की सतह पर छोटे, ठोस पाउडर कण बन जाते हैं। ये अनियमित पाउडर कण पाउडर पैकिंग घनत्व और एमआईएम फ़ीड के बाद के प्रवाह गुणों में हस्तक्षेप करते हैं। विस्तृत -आकार-वितरण परमाणुकृत पाउडर को छानकर या हवा में छांटकर तैयार किया जा सकता है। बड़े आकार के कणों को छोटे आकार के पाउडर बनाने के लिए पुनः परमाणुकृत किया जा सकता है। चित्र 3.4 परमाणुकृत स्टेनलेस स्टील पाउडर की एक विशिष्ट स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (एसईएम) छवि दिखाता है, जिसमें गोलाकार आकार, उच्च सतह शुद्धता और उच्च पैकिंग घनत्व होता है।

जल परमाणुकरण

जल परमाणुकरण और गैस परमाणुकरण के सिद्धांत मूल रूप से समान हैं। अंतर यह है कि पिघली हुई धातु को बारीक कणों में तोड़ने के लिए गैस के बजाय पानी का उपयोग किया जाता है। यह पिघली हुई धातु के प्रवाह को प्रभावित करने के लिए उच्च दबाव वाले जल जेट का उपयोग करता है, इसे तेजी से तोड़कर पाउडर में बदल देता है। अत्यधिक गरम पिघल, उच्च दबाव वाले पानी के जेट द्वारा परमाणुकृत होने के बाद, बड़ी संख्या में महीन, गोलाकार कण पैदा करता है। इसलिए, अत्यधिक गर्म तापमान और उच्च पानी के दबाव के तहत धातु पाउडर तैयार करने के लिए पानी के परमाणुकरण का उपयोग करना एमआईएम (मेटल इंजेक्शन मोल्डिंग) के लिए महत्वपूर्ण है। गैस परमाणुकरण के समान, पानी परमाणुकृत पाउडर का कण आकार वर्गीकरण एमआईएम पाउडर उत्पादन में एक महत्वपूर्ण कदम है। चित्र 3.5 पानी परमाणुकृत स्टेनलेस स्टील पाउडर की एक विशिष्ट SEM छवि दिखाता है। इन कणों का आकार अनियमित होता है, और गैस परमाणुकरण की तुलना में, पानी के परमाणुकृत पाउडर कणों का सतह ऑक्सीकरण अधिक गंभीर होता है। अनियमित आकार के कणों को इंजेक्शन द्वारा ढाले गए भागों को कम करने के दौरान आकार बनाए रखने में लाभ होता है। जल परमाणुकरण में गैस परमाणुकरण की तुलना में बहुत अधिक उत्पादन क्षमता होती है, इसलिए, पानी परमाणुकृत पाउडर की उत्पादन लागत गैस परमाणुकृत पाउडर की तुलना में बहुत कम होती है।

थर्मल अपघटन

थर्मल अपघटन गर्मी के कारण होने वाला एक रासायनिक अपघटन है, जिसका उपयोग आमतौर पर धातु इंजेक्शन मोल्डिंग के लिए निकल और लौह पाउडर का उत्पादन करने के लिए किया जाता है। इस तकनीक का उपयोग करके टंगस्टन और कोबाल्ट पाउडर भी तैयार किया जा सकता है। थर्मल अपघटन द्वारा उत्पादित पाउडर की शुद्धता 99% से अधिक होती है और कण का आकार 0.20 से 20 माइक्रोन तक होता है। इस प्रक्रिया में, धातु उच्च दबाव और तापमान के तहत कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करके कार्बन आधारित धातु बनाती है। इस कार्बन आधारित तरल को उत्प्रेरक की क्रिया के तहत शुद्ध किया जाता है, ठंडा किया जाता है और फिर गर्म किया जाता है, जिससे वाष्प संघनित होकर पाउडर बन जाता है। चित्र 3.6 थर्मल रूप से विघटित कार्बन आधारित लौह पाउडर की एक विशिष्ट SEM छवि दिखाता है। इन पाउडरों में आम तौर पर कार्बन अशुद्धियाँ होती हैं और इन्हें उपयोग से पहले या सिंटरिंग के दौरान हाइड्रोजन में कम किया जाना चाहिए, या निम्न मिश्र धातु इस्पात के लिए मिश्र धातु घटक के रूप में गणना में उपयोग किया जाना चाहिए। यदि धातु इंजेक्शन मोल्डिंग से पहले पाउडर को कम किया जाता है, तो ढेर को खत्म करने के लिए कणों को पीसना चाहिए क्योंकि कमी के दौरान वे एक साथ चिपक जाते हैं। इसके अलावा, इन कम किए गए पाउडर की सिंटरिंग गतिविधि कम किए गए पाउडर की तुलना में कम होती है क्योंकि बारीक कण पूरी तरह से सिंटर हो जाते हैं या कमी के दौरान बड़े कणों द्वारा आत्मसात हो जाते हैं।

रासायनिक न्यूनीकरण विधि

रासायनिक कटौती विधि सबसे पुरानी ज्ञात पाउडर उत्पादन विधियों में से एक है। यह विधि पहले ऑक्साइड को शुद्ध करती है, फिर कटौती के लिए कार्बन मोनोऑक्साइड या कार्बन डाइऑक्साइड उत्पन्न करने के लिए इसके साथ प्रतिक्रिया करने के लिए कार्बन जैसे कम करने वाले एजेंट का उपयोग करती है। हाइड्रोजन का उपयोग ऑक्साइड को धात्विक पाउडर में बदलने के लिए भी किया जा सकता है। कण आकार को कम करने के लिए, कमी प्रतिक्रिया अपेक्षाकृत कम तापमान पर की जाती है, लेकिन प्रतिक्रिया दर कम होती है। उच्च तापमान का उपयोग करने से इस प्रतिक्रिया प्रक्रिया में तेजी आ सकती है, लेकिन उच्च तापमान कणों के प्रसार बंधन का कारण बन सकता है, जिसे बाद में पर्याप्त रूप से महीन कण आकार में पीसने या मिलिंग द्वारा हटाया जाना चाहिए। यदि कणों को कुचला नहीं जाता है, तो एकत्रित पाउडर को बाइंडर सिस्टम में ठीक से लोड नहीं किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप इंजेक्शन मोल्डिंग के दौरान उच्च फ़ीड चिपचिपापन और असमान फीडिंग होती है। चित्र 3.7 रासायनिक कटौती द्वारा उत्पादित टंगस्टन पाउडर की एक विशिष्ट एसईएम छवि दिखाता है।