Nowoczesne technologie spiekania metali

Spiekanie metali

Spiekanie metali to nowoczesna technologia wykorzystywana przede wszystkim do produkcji niewielkich elementów metalowych. Metoda ta jest wykorzystywana przede wszystkim w przypadku aplikacji, które wymagają precyzyjnych parametrów wymiarowych. Technologia ta charakteryzuje się przede wszystkim wysoką jakością powierzchni końcowej, fleksybilnością materiałową, niskimi kosztami produkcji, kompleksowością kształtu oraz reprodukowalnością.

Na czym polega spiekanie metali?

MIM to nowoczesna forma spiekania metali, która opiera się przede wszystkim na wykorzystaniu popularnych procesów technologicznych, czyli technologii wtryskiwania tworzyw termoplastycznych oraz tradycyjnej metalurgii proszków, polegającej na wtłaczaniu delikatnych proszków metalowych do form i spiekaniu ich w bardzo wysokich temperaturach (ok. 1 300 st. C). Połączenie materiału następuje podczas spiekania, czyli w momencie dyfuzji. W przypadku technologii MIM następuje wtryskiwanie mieszaniny delikatnego proszku metalowego oraz lepiszcza. Proces ten zachodzi w specjalnych wtryskarkach, które posiadają właściwości zbliżone do pras stosowanych w procesie wtryskiwania tworzyw termoplastycznych. Podstawowym surowcem w MIM jest mieszanka lepiszcza oraz delikatnego proszku metalowego, czyli tzw. feedstock. Proszek metalowy powstaje w wyniku atomizacji metalu. Lepiszcze stanowi nie więcej niż 10-20% całkowitej masy mieszaniny. Składnikiem wiążącym jest polimer – w zależności od rodzaju polimeru możliwe jest mniej lub bardziej precyzyjne usuwanie lepiszcza.

Lepiszczeze łączy się z proszkiem poprzez ugniatanie i dokładne mieszanie, następnie przeprowadzana jest granulacja produktu końcowego. Feedstock najczęściej występuje w postaci granulek, co znacznie ułatwia jego wykorzystywanie. Wśród metali przetwarzanych za pomocą technologii MIM znajdują się m.in. stopy żelaza, nikiel, stal stopowa, tytan, wolfram itp. Najczęściej stosowanym lepiszczem jest glikol polietylenowy, który wymaga wyługowania w wodzie oraz rozłożenia termicznego. Jako lepiszcze można wykorzystać także parafinę z rozkładem termicznym oraz polioksymetylen, który z kolei wymaga rozkładu katalitycznego.

Przetwarzanie proszków metalowych

Przetwarzanie proszków metalowych odbywa się za pomocą specjalnej wtryskarki, posiadającą odpowiednią geometrię ślimaków. W przypadku metali bardzo twardych konieczna jest dodatkowa ochrona ślimaka, ostrza ślimaka, walca, a także blokady prądu wstecznego w formie obróbki powierzchniowej. W wyniku ścierania powyższych elementów prasy może pojawić się zanieczyszczenie feedstock. Ważne jest także systematyczne temperowanie formy. Konstruując formę do MIM konieczne jest uwzględnienie procesu kurczenia się wyrobu, wynikające przede wszystkim z procesu usuwania lepiszcza. Lepiszcze może być usuwane poprzez rozkład cieplny, katalityczny, rozpuszczenie lub żelowanie, a następnie odparowanie lepiszcza. NA tym etapie usuwana jest znaczna część lepiszcza.

Ostatnim krokiem jest spiekanie, w którego wyniku powstaje wtórne usunięcie lepiszcza, powstawanie szyjek pomiędzy cząsteczkami metalu i kurczenia wewnętrznych porów, stanowiących pozostałość po lepiszczu. Spiekanie musi być wykonywane w atmosferze kontrolowanej, z wykorzystanie azotu, wodoru, argonu lub innego gazu. Temperatura spiekania musi być zbliżona do górnej wartości topnienia danego metalu. Ważne jest to, aby zwrócić uwagę na prawidłowe ułożenie wyrobów odlewniczych – źle ułożone mogą ulec mniejszej lub większej deformacji lub wygięcia. Podczas spiekania zmianie ulega gęstość wielkość produktu – przede wszystkim ze względu na proces kurczenia. Powstałe za pomocą tej technologii wyroby można poddawać dalszej obróbce powierzchniowej.

Technologia MIM wykorzystywana jest do produkcji elementów o masie nie przekraczającej 200 g. Jest to technologia precyzyjna, dająca wysokie efekty pod względem jakości. Metodę tę można stosować w przypadku produkcji elementów o skomplikowanych kształtach, również składających się z kilku części. Wyroby powstałe za pomocą technologii MIM mogą posiadać żebra wzmacniające, ślepe otwory, występy, ząbki oraz gwinty wewnętrzne i zewnętrzne, a także różną grubość ścian.