μ-MIM® Technical Newsletter Vol. 27: Wolfram (W) Anwendung in MIM
In letzter Zeit erhielten wir mehr Anfragen zu W als zuvor. In dieser Ausgabe werden wir unsere W-Anwendung in unserer μ-MIM®-Technologie vorstellen.
Über W
Es ist allgemein bekannt, dass W den höchsten Schmelzpunkt unter den praktischen Metallen hat. Der Schmelzpunkt liegt bei etwa 3.400 Grad Celsius und das spezifische Gewicht bei 19,25, also ähnlich wie das von Gold (Au, 19,35), das 2,5-mal größer ist als das von Eisen. Außerdem lässt sich W leicht in Au umwandeln, weshalb es in der Vergangenheit leider zur Herstellung gefälschter Barren verwendet wurde. W wird aufgrund seiner hohen Härte bei erhöhter Temperatur hauptsächlich für Werkzeuge verwendet. Außerdem wurde W als Glühfaden für Glühbirnen verwendet, bevor LED-Glühbirnen den Markt beherrschten. Heute wird der W-Faden nicht mehr für Glühbirnen, sondern für Entladungselektroden in Luftreinigungsgeräten oder Druckern verwendet. Eine weitere charakteristische Eigenschaft ist die hohe Strahlenschutzfähigkeit. Diese Eigenschaft wird im medizinischen Bereich gut genutzt, z. B. wird die W-Folie für den Röntgen-CT-Strahlenschutz verwendet und der W-Marker wird bei Katheteroperationen eingesetzt. W ist auf der ganzen Welt reserviert, aber das hochreine gesetzliche Material für den kommerziellen Gebrauch wird in China hergestellt und der Marktanteil beträgt mehr als 80 %. Daher wird W von Zeit zu Zeit zu einem strategischen Material, genau wie das Element der Seltenen Erden.
(Bezug: http://www.jtmia.com/index.htm，https://www.nittan.co.jp/)
Verarbeitung und Sinterung von W-Produkten
W hat einen hohen Schmelzpunkt, so dass es unmöglich ist, eine Auflösungsmethode wie bei anderen Metallen anzuwenden. Zunächst wird Ammoniumparawolframat (APT) aus dem W-Erz hergestellt und das APT wird zu Wolframtrioxid (WO3) torrefiziert und mit Wasserstoff zu reinem W-Pulver umgewandelt. Schließlich wird das W-Pulver durch das pulvermetallurgische Verfahren verdichtet und gesintert, um den W-Barren zu bilden. Der W-Block wird durch Anwendung mechanischer Kraft in Bleche, Draht, Pulver und andere Formen umgewandelt. Die W-Legierung wird ebenfalls nach dem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt. Das Pulver des zusätzlichen Elements wird gemischt und die Temperatur über den Schmelzpunkt des zusätzlichen Elements angehoben. Die Flüssigkeit des zusätzlichen Elements umgibt das W-Pulver und wird gesintert. Das Mikrogefüge der W-Legierung sieht aus wie eine Insel.
MIM-Entwicklung
In Anbetracht dieser Eigenschaften von W kann das Metall-Spritzgießen (MIM) die beste Lösung für die Herstellung von W-Teilen sein. Für die MIM-Produktion von W ist jedoch die Entwicklung von Bindemitteln und die Optimierung des Sinterprogramms erforderlich, und in der Vergangenheit gab es nur eine sehr begrenzte Anzahl von Interessenten für komplizierte kleine W-Teile. Aus diesem Grund wurden die W MIM-Komponenten bis vor einigen Jahren nicht auf dem Markt vertrieben, aber jetzt nimmt die Nachfrage nach W MIM für die Serienproduktion von kleinen, komplizierten W-Teilen zu, insbesondere in der medizinischen Industrie. Wir haben bereits Erfahrungen mit der Produktion von MIM-Bauteilen aus W-Legierungen gesammelt, aber gleichzeitig entwickeln wir unsere Technologie weiter, um die Materialoptionen für W-Legierungen zu erweitern.
Säule
Ich bin Nakata aus der Produktionsabteilung und für den Sinterbereich zuständig. Ich lerne, wie man die Produktionseffizienz durch die Wartung der Öfen und die Qualitätskontrolle der gesinterten Teile verbessern kann. Als mein Kaizen-Vorschlag genehmigt und in der Produktionslinie umgesetzt wurde, war ich froh, dass meine Arbeit Früchte trug. Ich treibe gerne Sport, und am Wochenende spiele ich normalerweise Fußball und fahre mit meinen Freunden Rad. Aufgrund der aktuellen Situation habe ich meine sportliche Betätigung jedoch auf das Wandern verlegt. Ich gehe nach Arashiyama, in die Gegend von Kyoto, um die berühmten Tempel und Landschaften zu sehen. Ich wünsche mir, dass ich unsere Kunden aus dem Ausland bald an diese schönen Orte bringen kann.
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.