Beim Metallspritzgießen (MIM) ist neben der Gewährleistung der Maßgenauigkeit auch die Einhaltung der mechanischen Eigenschaften von entscheidender Bedeutung. Die mechanischen Eigenschaften werden nicht nur stark von den Eigenschaften des Metallpulvers, sondern auch vom MIM-Verfahren beeinflusst. In diesem Beitrag stellen wir unsere wissenschaftlichen Analysen zur Sicherung der Qualität unserer μ-MIM®-Produkte vor.
Die Analyse der chemischen Zusammensetzung von Metallwerkstoffen ist nicht ganz einfach, da der Unterschied in der spezifischen Dichte zwischen dem Metall und Verunreinigungen wie Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenstoff groß ist. Selbst unter den Metallelementen enthalten beispielsweise Edelstähle sorgfältig kontrollierte Legierungselemente wie Chrom und Nickel, und die Zusammensetzung dieser Elemente muss streng den Normen entsprechen. Da diese Elemente in sehr unterschiedlichen Konzentrationen vorliegen und unterschiedliche chemische Eigenschaften aufweisen, setzen wir je nach Anforderung verschiedene Analysemethoden ein.
ICP-Spektroskopie
Die ICP-Spektroskopie (Induktiv gekoppeltes Plasma) ist eine der leistungsfähigsten Elementanalysemethoden, die heute zur Verfügung stehen. Sie findet breite Anwendung in der Metall-, Halbleiter-, Pharma-, Umwelt- und Geologieindustrie, da sie nahezu jedes metallische Element nachweisen kann – von wichtigen Legierungselementen bis hin zu Verunreinigungen im Ultraspurenbereich im Bereich von Teilen pro Milliarde (ppb) oder sogar Teilen pro Billion (ppt). Hier ein Beispiel: Bei in Wasser gelöstem Eisen entspricht 1 ppb 1 μg/L, was 0,000001 g Eisen in 1 Liter Wasser entspricht.
Die ICP-Analyse ist jedoch zerstörend, zeitaufwendig und erfordert vor allem Fachkenntnisse. Aus diesen Gründen lagern wir die ICP-Analyse bei der Prüfung unserer Sinterteile bei Bedarf aus. Andererseits beziehen wir das Pulver zusammen mit dem Werkszeugnis, das diese ICP-Spektroskopieergebnisse enthalten muss.
Infrarotanalyse der Verbrennung / Inertgas-Schmelzanalyse
Nicht alle wichtigen Elemente lassen sich mittels ICP-Spektroskopie messen. Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff erfordern andere Analysemethoden, da sie einen erheblichen Einfluss auf den MIM-Prozess und die Eigenschaften der fertigen Bauteile haben.
Bei der Aufbereitung des Ausgangsmaterials wird Metallpulver mit einem Polymerbindemittel vermischt, um die für den Spritzguss erforderliche Fließfähigkeit zu gewährleisten. Wird das Bindemittel während des Entbindungsvorgangs nicht vollständig entfernt, können Kohlenstoffrückstände oder andere nichtmetallische Bestandteile im Bauteil verbleiben, was das Sinterverhalten, die Maßhaltigkeit und die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt.
Um sicherzustellen, dass der Prozess ordnungsgemäß kontrolliert wird, führen wir intern eine Infrarot-Verbrennungsanalyse durch, um den Kohlenstoffgehalt zu messen. Wenn Sauerstoff, Stickstoff oder Wasserstoff untersucht werden müssen, kommt die Inertgas-Fusionsanalyse zum Einsatz. Diese Analysemethoden ermöglichen es uns, die Materialqualität wissenschaftlich zu überwachen, anstatt uns ausschließlich auf Maßkontrollen zu verlassen.
Durch die Kombination aus Präzisionsformgebung, fortschrittlicher Sintertechnologie und wissenschaftlicher Materialanalyse ermöglicht unsere μ-MIM®-Technologie die Herstellung hochkomplexer Metall-Miniaturbauteile mit hervorragender Maßgenauigkeit und zuverlässigen Materialeigenschaften. Durch kontinuierliche Investitionen in Analysetechnologien und Fertigungskompetenz setzen wir uns weiterhin dafür ein, zuverlässige μ-MIM®-Lösungen für anspruchsvolle industrielle Anwendungen bereitzustellen.
Mitarbeiterkolumne
Hallo! Ich bin Sekiuchi aus der Produktionssteuerung und arbeite seit zwei Jahren hier.
Meine Tage sind geprägt von der Produktionsplanung und dem Liefermanagement, aber ich bin stets bestrebt, reibungslose und praxisnahe Produktionspläne zu erstellen, indem ich auf die Erfahrungen zurückgreife, die ich in meiner vorherigen Position in der Fertigung gesammelt habe.
Nun möchte ich euch vorstellen, was mich antreibt –Chiikawa.
Die gleichzeitige Balance zwischen Planung und Kontrolle fühlt sich manchmal an, als würde man es mit einem wütenden Rajang aufnehmen. Aber dank meines „Pilzes“ – Chiikawa – kann ich meine maximale Ausdauer steigern und weiter vorankommen. Mit der μMIM-Technologie im Gepäck … ist es Zeit für die Jagd!
(...solange an diesem Tag keine Überstunden anfallen! 😉)
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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.