μ-MIM® Technical Newsletter Vol. 24: Der neueste Trend im Qualitätsmanagement von Metallpulver
Wir haben einen hochauflösenden Röntgen-CT-Scan für das Qualitätsmanagement eingesetzt. Es gibt einen neuen Trend, Röntgen-CT für die Qualitätsprüfung von Metallpulver einzusetzen. In dieser Ausgabe stellen wir die neueste Technologie für die Pulveranalyse von Metallpulver mittels Röntgen-CT-Scan vor.
Qualitätsmanagement von Metallpulver
Bei der Eingangsprüfung des Metallpulvers wird in der Regel ein Partikelverteilungsanalysator oder ein SEM-EDX eingesetzt, um die Pulverform und die chemische Zusammensetzung zu prüfen und mit dem Sicherheitsdatenblatt des Lieferanten zu vergleichen. Heute ist die technologische Entwicklung der additiven Fertigung von Metall (Metal AM) außergewöhnlich, und als Reaktion darauf werden die Fertigungstechnologien wie Metallpulverherstellung, Laser, mechanische Systeme, Öfen und andere verwandte Technologien intensiv entwickelt. Je weiter die Qualität der Metall-AM voranschreitet, desto wichtiger wird die Qualitätskontrolle des Metallpulvers, denn es zeigt sich, dass die Qualität der gesinterten Teile in hohem Maße von der Qualität des Pulvers abhängt. Bei der Metall-AM wird Metallpulver mit einer engeren Größenverteilung als bei der MIM verwendet, und der Vorteil der Metall-AM gegenüber der pulvermetallurgischen Produktion liegt in der Verwendung mehrerer Materialien und der Herstellung kleiner Losgrößen. Daher ist ein strenges Management der Materialien und des Produktionsverfahrens erforderlich, aber auch die Inspektionstechnologie des Metallpulvers ist wichtig.
Die Materialprüfung durch Prüfung der mechanischen Eigenschaften ist gut genormt, aber sie eignet sich nicht für die Erkennung von leichten Fremdkörpern, und für die statistische Auswertung ist eine große Anzahl von Proben erforderlich. Die chemische Analyse ist eine weit verbreitete Messmethode für die chemische Zusammensetzung mit hoher Genauigkeit, aber aufgrund ihres Verfahrens ist es unmöglich herauszufinden, woher die Fremdkörper stammen. Die neuesten hochauflösenden Röntgen-CT-Scans hingegen können die Größe des Fokusflecks auf nur 3 μm einstellen. Daher wird dem Röntgen-CT-Scan als Instrument zur Qualitätsprüfung von Metallpulver mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Das Ergebnis der Röntgenanalyse liefert nicht nur Informationen über die physikalischen Verunreinigungen wie Größe, Form und Lage, sondern auch über die chemische Zusammensetzung, da die schwereren Elemente in den Graustufenbildern der Röntgen-CT heller und die Hohlräume und leichteren Elemente dunkler dargestellt werden.
Abb. 1 zeigt eine Probe von verdichtetem Titanlegierungspulver mit eingebettetem Wolframdraht. Der Draht ist in der Grafik deutlich zu erkennen. Die untere Nachweisgrenze der chemischen Analyse mit der Röntgen-CT beträgt 0,005 ppmv im Vergleich zu 100 ppm bei der chemischen Analyse auf dem normalen Weg.
Abb. 2 zeigt das Ergebnis des Nachweises von Verunreinigungen in einer Probe aus nichtrostendem Stahl. Es zeigt, dass der Nachweis von Verunreinigungen in schwerer spezifischer Dichte durch Optimierung der Beobachtungsbedingungen möglich ist. Wir haben auch Erfahrungen mit dem Nachweis von Verunreinigungen leichter spezifischer Dichte in Materialien mit schwerer spezifischer Dichte gemacht. Um die Informationen über die chemische Zusammensetzung aus dem Röntgen-CT-Scan zu erhalten, muss der Schwellenwert für die Graustufen in jedem einzelnen Scansatz genau eingestellt werden. Wir setzen seit mehr als 10 Jahren ein hochauflösendes Röntgen-CT für die Qualitätskontrolle von kleinen, komplizierten Bauteilen ein und haben dabei verschiedene Erfahrungen mit der Röntgen-CT gesammelt. Für die Serienproduktion kleinerer und komplizierterer Bauteile werden Legierungen mit komplizierterer chemischer Zusammensetzung verwendet, um die zusätzlichen Funktionen zu realisieren. Wir sind bereit, diese Metallkomponenten mit unserer Qualitätszertifizierung zu produzieren.
*Referenz; R. Pelletier, F. Bernier, C. Charbonneau, Quantification of contaminants in metal powders for additive manufacturing using micro-focus X-ray tomography, International Journal of Powder Metallurgy, Vol. 56, No. 3, 2020, pp35-42
Säule
Hallo, ich bin Izumi Kawamoto aus der Abteilung Produktionsmanagement. Ich bin seit 9 Monaten hier tätig. Ich bin für die Logistik und die Liefertermine zuständig. Ich kontrolliere den Produktionsfortschritt und prüfe die zusätzlichen Informationen, um die Genauigkeit des Fortschritts zu verbessern, so dass ich eine gute Beziehung zu anderen Abteilungen aufbaue. Jetzt folge ich der Grundroutine, aber ich würde gerne Ideen entwickeln, um meine Aufgaben in der Zukunft zu verbessern. Hier in Osaka wird es immer kälter, und ich kann die Reiseerfahrung des warmen Winters in Okinawa nicht vergessen. Meine beste Erinnerung ist das Reiten an der Küste.
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.