2020年12月22日火曜日

MIM製ハイスの焼結機能窓を拡げる添加物

 ハイス(高速度鋼SKH51M2)をMIMで製作するのは、かなり難しい。焼結スランプ,溶け,デンドライトの発生,結晶粒肥大化,網目状炭化物など克服すべき課題が多いからである。必ず必要なことは一次脱脂および二次脱脂を確実に行い、還元も考慮したカーボンコントロールを行う事である。さらに、材料設計段階で解決する手段がある。それは,炭化物(WCTiCTaCNbC)をフィードストックに添加することである。結果、焼結機能窓が最大40ºC拡大し、結晶粒の成長を抑制することができる。Powder Injection Moulding International June 2010  Vol. 4 No. 2 P6

 

【珈琲ブレイ句】MIMは粉末冶金なのでどんな合金でも製造できる。これがMIM材料開発の強みです。いろんな炭化物を添加したハイスを独自で作れば世の中の役に立つということです。たとえば高硬度の炭化物を添加すれば耐摩耗性向上も期待できるはずです。話が変わりますが、コバルト合金の精密鋳造で、似たような目的で組織微細化材を使っていました。この微細化材はコバルトブルーという粉末で、油絵の具に使われているものです。この粉末を種にして結晶が成長していきます。細かい結晶が成長したところで凝固を終了させれば微細組織の完成です。粉末は面白いですね。

【BLOG目次】

【MIM指南書】

【MIM技術伝道士HP】

2020年12月18日金曜日

MIMは脱脂工程でも収縮している

MIMの収縮は、焼結工程だけでなく脱脂工程でも発生している。非接触レーザー測定で精密に測定したジャーマン先生の実検報告がある。

【材質】SUS316L,15μm,30×12×t6mm 【バインダー/配合】60%-PW,32%-PP,8%-PE,40VOL% 【一次脱脂】溶媒,ヘプタン,55℃×4H 【二次脱脂】大気加熱

【寸法変化】

溶媒脱脂中:+1%程度膨張し、時間的変動は無い

加熱脱脂中:+0.2%膨張(80℃)した後、100℃から急激に収縮が始まり約150℃で最大収縮-1.5%。その後は、多少熱膨張で相殺されていくがバーンアウト450℃時点で、最終-1%の収縮がある。

【なぜ加熱脱脂中に収縮するのか】3つの理由

1.液化結合剤(ポリマー)の表面張力による合体 2.および毛細管現象による粉末粒子の再配列 3.結合剤の熱分解揮散による体積減少 


【珈琲ブレイ句】MIMの収縮率は13~15%と大きく、そのすべてが焼結工程で発生していると考えがちですが、二次加熱脱脂でも1.5%程度収縮している。その原因は、粉末粒子の再配列ということです。なるほど結合剤と言えども、ポリマーは軟化・溶融し液化するので、毛細管現象や液体表面張力などに影響を受けるということです。ジャーマン先生の教えでは、MIM部品の設計は「均一な肉厚設計」をすること、「加熱脱脂の最終温度近傍では昇温速度を落とすこと」とあり、100%納得できますが、さらに私見として付け加えると、やはりバインダー量を最小化(粒子間距離の最小化)することが粒子の再配列現象を極小化するので変形には有利であることが推察されます。また、蛇足ですが、樹脂中子を二重成形したアンダーカット形成品であると、樹脂中子の熱膨張と、MIM成形体の収縮が逆方向に作用するので割れの発生が考えられます。加熱前に完全に樹脂中子は除去した方がベターだという考察もできます。

【BLOG目次】

【MIM指南書】

【MIM技術伝道士HP】

2020年12月2日水曜日

リコーのAM技術がアルミ合金を積層する

樹脂コーテッド粉末を使う独創的なAM-3Dプリンターを開発しているリコーが、アルミ合金にチャレンジしている。《方式》パウダーベッド、インクジェット、積層84μm。 《粉末》樹脂コーテッドAl-Si合金粉末(平均35μm) 《工程》溶媒(水?)脱脂+焼結(液相焼結、液相20~30%)

《結果》相対密度=98%、結晶粒=50μm、引張強度=100MPa、熱伝導率=188w/mk  純アルミの強度とアルミ鋳造品相当の結晶粒と熱伝導率を達成できた。

【珈琲ブレイ句】メイドインジャパンで頑張っているリコーさん。樹脂コーティング粉末を使う独創的技術が良いですね。このメリットは2つ。1つは、架橋性・濡れ性向上により積層体の強度が高くなること。2つめは、粉体の防爆性・安全性向上。2wt%コーティングすれば粉体着火しないそうです。やっぱり粉末粒径は35μmはMIMと比較すると粗いですね。粉末流動性を考えるとパウダーベッドの限界なのでしょうか。しかし、この粉末で相対密度98%を叩き出していることに驚きを隠せません。どうやって焼結しているのでしょうか?? 液相焼結がキーワードの様です。かなり長時間焼結保持しているようなので、「スランプ変形」との闘いがありそうです。 がんばれ!メイドインジャパン!応援しています。

《追加情報》2023年春、開発関係者の話では樹脂コーテッド粉末の使用は「お休み」になっていました。いろいろあったみたいです。

【BLOG目次】

【MIM指南書】

【MIM技術伝道士HP】