硬質合金の製造における金属粉末射出成形技術の応用

 

発売日：[2024/1/18]
 

金属粉末射出成形（Metal Powder Injection Moulding、略称MIM）は、伝統的な粉末冶金プロセス及び塑性射出プロセスに基づいて発展した新しい粉末冶金生産プロセスである。そのプロセスは：金属粉末と有機バインダーは混合プロセスを通じて一定の温度で一定の流動性を持つフィードを得て、射出機に金型キャビティを注入して成形して、製品ブランクは接着、焼結を経て、製品を得て、その後、必要に応じて研磨、熱処理及び表面化学処理を行った後、＊最終的に必要な製品を得る。
伝統的な硬質合金の中で、成形は一般的にプレス成形の方法を採用して、金型と成形技術の制限を受けて、いくつかの形状が簡単で、構造が単一の製品しか生産できなくて、いくつかの構造、形状が複雑で、あるいは特殊な形状の要求がある製品は後続の加工を通じて完成することしかできません。硬質合金は高硬度、高強度及び高耐摩耗性を有するため、硬質合金の後続加工に極めて困難をもたらし、加工コストも大幅に増加した。
硬質合金の生産におけるMIM技術の応用は、硬質合金の成形面での制限を大きく変え、この方法は従来の粉末冶金の生産工程が少ない、切削がない、または切削が少ないという利点を継承しただけでなく、材料密度が低く、材質が均一ではなく、成形構造、形状が複雑であり、薄肉製品の欠陥を克服し、同時に製品の精度をよく制御でき、製品の一致性が良い、性能が均衡した終形または近終形製品は、それによって生産コストを著しく低減する。特に大量で、構造が複雑で、特殊な要求がある製品の生産に適している。
一、硬質合金MIMプロセス
1、原材料：
（1）粉体：MIMプロセスの特殊性により、合金粉末粒子サイズは20μm以下であり、フィード注入時の流動性を高め、ブランク材質を均一にするのに有利である。
（2）有機バインダー：MIMはフィード注入時に合金粉末粒子が流動性と潤滑性を有することを要求し、同時に合金製品ブランクが十分な強度を有することを要求する。そのため、接着剤は良好な潤滑性、適切な粘性、低い融点、広い熱分解温度区間、脱脂しやすく、合金粉末と化学反応しないことが要求されている。
2、プロセスフロー：
金属粉末、バインダー→混合→フィード→射出成形→抽出→脱粘、焼結→後処理→完成品。
フィード成分の均一性はフィード性能に影響する主要な要素であり、それはフィードの流動性に影響するだけでなく、合金製品の材料均一性と力学性能にも大きな影響を与える。そのため、フィードはMIMの重要なプロセスであり、混合設備を通じて、硬質合金粉末と有機バインダーを均一に混合し、流動性の良いフィードを形成する。
射出成形温度、射出圧力、金型精度、フィード収縮係数（バインダー含有量及び射出工程パラメータを調整することにより）によるブランクの精度への影響＊は顕著である。したがって、これらの要因を制御することは、高精度の完成品を得るために重要である。
MIMプロセスで製造された硬質合金ブランクであり、結合剤の含有量は一般的に4.2%〜7.2%である。焼結前に、一定の脱粘プロセスを通じてブランク中の有機結合剤を除去し、焼結時に製品にバブリング、クラックなどの欠陥が発生しやすくなり、廃棄物になるのを防止する必要がある。焼結は硬質合金生産における*重要な工程の一つであり、硬質合金製品の組織、性能に重要な影響を与える。MIM焼結工程では、異なる番号、接着剤系及び合金成分に基づいて異なる焼結技術を採用しなければならない。
二、硬質合金MIM製品の性能
MIM技術を用いて硬質合金製品を生産し、その力学性能は硬質合金性能の相応の冶金部標準要求（YS/T 400-94）を達成し、顧客の使用要求を満たした。いくつかの一般的な銘柄の硬質合金MIM製品の物理的、力学的性能を表1に示す。
三、応用例
1、ノズル、ガン：
WC-Ni-Coシリーズの硬質合金粉末を射出成形した油田用ノズルとスプレーガンを図1、図2に示す。高炭素WC粉末を用い、接着剤系は油性多価接着剤系を用いた。
2、携帯電話の部品：
タングステン合金粉末を用いて射出成形した携帯電話部品は、図3に示すように、加工工数を削減し、コストを削減し、利益が顕著である。
3、表部品：
全体式硬質合金の表皮、表振子、表ボタンは、図4に示すように。WC-TiC-Ni-Co及びその他の添加元素を用いて、パラフィン系多元結合剤を選択し、材料性能の要求をよく満たすだけでなく、製品の形状及び寸法精度も保証された。
4、おわりに
硬質合金の生産におけるMIM技術の応用は、伝統的な硬質合金の生産における成形面での制限を大きく変え、形状、構造が複雑であり、薄肉形硬質合金製品の量産を可能にした。MIMは近純度成形生産技術であるため、製品の後続加工量を大幅に低減し、硬質合金の生産コストを低減しただけでなく、硬質合金の応用分野を開拓するためにチャンスをもたらした。MIM技術は、新しい製造業における*最先端技術の活性化のために、人々の重視と広範な応用を得ることができる。