μ-MIM® Technical Newsletter Vol. 31: Entbinderungsprozess beim MIM
Der Entbinderungs- oder Entfettungsprozess ist in der Pulvermetallurgie einzigartig unter den Metallverarbeitungsprozessen. Beim pulvermetallurgischen Verdichtungsverfahren sind nur wenige Prozent des Binders im Gesamtvolumen enthalten. Daher ist der Entbinderungsprozess Teil der Temperaturerhöhung des Sinterprozesses. Im Gegensatz dazu enthält das MIM-Rohmaterial 40 % oder mehr des Volumens, so dass der Entfettungsprozess klar vom Sinterprozess getrennt und sorgfältig gesteuert wird. Dieses Mal werden wir den Entbinderungsprozess vorstellen.
Vielfalt der Entbinderungsverfahren
Das Entbindungsverfahren kann je nach Entfettungsreaktion in 3 Arten unterteilt werden, wie z. B. thermische, lösungsmittelhaltige und katalytische Verfahren. Die einfachste Methode ist die thermische Entbinderung. Die thermische Entbinderung verwendet Diffusion, Osmose-Reaktion, um die Entbinderung zu zersetzen. Die Lösemittelbindung kann in 2 Arten von Zuständen unterteilt werden, wie z.B. Dampf und Flüssigkeitseintauchen. Bei der Entbinderung mit Lösungsmitteln werden in der Regel organische Lösungsmittel verwendet, aber auch Wasser und überkritische Flüssigkeiten, wie z. B. Kohlendioxid, werden eingesetzt. Bei der Verwendung von Wasser als Entbinderungslösungsmittel muss ein wasserlösliches oder wasserreaktives Polymer verwendet werden. Bei der katalytischen Entbinderung werden starke Oxidationsdämpfe, wie z. B. Salpetersäure, verwendet, so dass sie auf das geeignete Metallmaterial beschränkt ist. Die Entbinderungstemperatur ist jedoch niedriger und die Verarbeitungszeit kürzer als bei der thermischen Entbinderung. Daher ist es möglich, die Verformung zu minimieren.
Anforderungen an den Entbinderungsprozess
Bei jeder Art von Entbinderungsprozess bei MIM ist es erforderlich, das Bindemittel in kurzer Zeit so weit wie möglich zu zersetzen, ohne dass es zu unerwünschten Verformungen kommt. Das Bindemittel wird in der Regel durch Mischen mehrerer Polymertypen zusammengesetzt, z. B. durch Zersetzung von Polymeren mit niedriger und hoher Temperatur. Die Zersetzung muss ohne Verformung ablaufen, so dass das entbinderte Reaktionsgas allmählich von der Oberfläche verdampft. Die langsame Zersetzung führt zu einem geringeren Risiko der Verformung, allerdings verringert eine zu langsame Zersetzung die Produktivität drastisch, und in einigen Fällen kommt es zu unerwünschten Nebenreaktionen, die zu Verformungen führen. Außerdem ist es unmöglich, das Bindemittel nach dem Entbinderungsprozess oder beim Einlegen des Bauteils in den Sinterofen zu 100 % zu entfernen, da sonst die Form des Bauteils verloren geht.
Entbinderungsverfahren von μ-MIM®
Die meisten MIM-Hersteller setzen Entbinderungsöfen getrennt vom Sinterofen in ihrer Produktionslinie ein, während wir den einstufigen Ofen verwenden. Unter dem Gesichtspunkt der Produktivität dauert der Entbinderungsprozess viel länger als das Sintern, so dass sich die Einführung von Entbinderungsöfen durchaus lohnt. Allerdings sind die entbinderten braunen Teile extrem spröde, so dass eine besonders sorgfältige Handhabung erforderlich ist. Aus diesem Grund haben wir seit der Einrichtung der MIM-Produktionslinie einstufige Öfen in unserer Produktion eingesetzt. Die Handhabung der braunen Teile stellt für uns ein großes Risiko dar, da wir nur kleine, komplizierte Metallteile herstellen. Wie bereits erwähnt, ist es unmöglich, die Verunreinigung des Bindemittels im Sinterofen zu beseitigen, daher ist die Kontrolle der Ofenatmosphäre für die Qualitätskontrolle wichtig. Wir verwenden die speziell für die μ-MIM®-Produktion entwickelten Öfen, die zusammen mit dem Ofenhersteller entwickelt wurden.
Referenz: R.M. German, A Bose, Spritzgießen von Metallen und Keramik, ISBN; 978-1878954619, 1997
Säule
Hallo zusammen. Hier ist Noriko Okamura aus dem Büro in Tokio. Diesen Sommer hatte ich mich darauf gefreut, die Fußballspiele der Olympiade im Stadion zu sehen. Aber es hat nicht geklappt, was ich sehr schade fand! Normalerweise ist in der Stadt, in der die Olympischen Spiele stattfinden, viel los mit all den Touristen und Menschen, die mit den Spielen zu tun haben. Diesmal fand die Olympiade in Tokio in der Nähe der Stadien und anderer Austragungsorte statt, und auch wir, die wir im Großraum Tokio leben, mussten die Spiele über den Fernseher verfolgen. Es gab viele bewegende Momente der Athleten! Das Foto zeigt das Sonnenblumenfeld in der Nähe meines Hauses. Ich mag die Art, wie sie blüht, und auch die Sprache der Blume, die "Anbetung" oder "Ich sehe nur dich" bedeutet. Trotz der Abriegelung des Großraums Tokio wurde der Sommer durch die Olympischen Spiele in Tokio und die Sonnenblumen ein wenig heller.
Fazit
Risse, Absacken oder Blasenbildung werden häufig als Folge des Aufquellens des Bindemittels und/oder der unterschiedlichen Eigenspannungen zwischen der Oberfläche und dem Inneren beobachtet. Diese Probleme lassen sich durch die Auswahl geeigneter organischer Lösungsmittel und durch Temperaturkontrolle vermeiden.
Das katalytische Entbindern nutzt die Sublimation des Bindemittels, wodurch es möglich ist, das Bindemittel in relativ kurzer Zeit zu zersetzen und die Verformung zu minimieren. Bei einer stark sauren Atmosphäre ist die Auswahl an Metallwerkstoffen jedoch begrenzt.
Beim Sinterprozess setzt die Halsbildung („Necking“), d. h. die Ausbildung von Brückenbindungen zwischen Metallpulverkörnern durch thermische Diffusion, bei Erreichen der Sintertemperatur ein. Sobald dieses Necking einsetzt, wird eine Schrumpfung beobachtet, die die Dichte erhöht. Bevor das Necking einsetzt, sollten daher alle organischen Bestandteile zersetzt und das Gas zwischen den Pulverkörnern entfernt werden. Im Sinterprozess führen unerwünschte chemische Reaktionen wie Oxidation oder Karbonisierung zum Verlust mechanischer Eigenschaften, weshalb zu Beginn des Prozesses eine präzise Atmosphärensteuerung mit niedriger Heizrate erforderlich ist. Wenn die Sintertemperatur erreicht ist, können außerdem einige pflanzenbasierte Bindemittel verdampfen.