Forschung zu Metallspritzgießklebstoffen aus Titanlegierungen

Titan und Titanlegierungen haben die Eigenschaften eines niedrigen spezifischen Gewichts, einer hohen spezifischen Festigkeit, einer ausgezeichneten Biokompatibilität und einer guten Korrosionsbeständigkeit und haben ein großes Anwendungspotential in der Luft- und Raumfahrt, der Biomedizin, der Chemie, dem Schiffbau, dem Automobil und anderen Bereichen. Die Technologie des Titanlegierungs-Pulverspritzgießens (PIM) hat die Ausnutzungsrate von Materialien verbessert, die Massen- und kostengünstige Herstellung kleiner und mittelgroßer Titanprodukte mit komplexen Formen realisiert und die Produktion und Anwendung von Titan und Titanlegierungen erheblich gefördert Produkte. Gegenwärtig gibt es sehr begrenzte Berichte über das Bindersystem der Titanlegierung für das Pulverspritzgießen, und die Entwicklung eines neuen Bindersystems der Titanlegierung für das Pulverspritzgießen steht still. In diesem Beitrag wird der Forschungsstand verschiedener Bindersysteme für das Pulverspritzgießen von Titanlegierungen analysiert und zusammengefasst.

1, kurze Einführung in die Pulverspritzgusstechnologie

Die Pulverspritzgusstechnologie wird auf der Grundlage der Pulvermetallurgietechnologie entwickelt. In Kombination mit der Kunststoff-Spritzgusstechnologie wird eine Rohstoffnutzungsrate von nahezu 100 Prozent erreicht. Es handelt sich um eine Near-Net-Forming-Technologie. Der allgemeine Betriebsprozess ist wie folgt: Zuerst werden das vorbereitete Pulver und das Bindemittel gemischt und granuliert, um ein körniges Futter herzustellen, und dann wird das Futter auf der Spritzgussmaschine in eine spezifische Produktform geformt. Nach dem Entfetten und Sintern wird das Produkt mit den erforderlichen Eigenschaften erhalten. Die Vorteile des Spritzgießens von Titanlegierungspulver sind:

① Es kann die Stapelvorbereitung von kleinen 3D-Teilen mit komplexer Form realisieren;

② Einheitliche Zusammensetzung, feine Struktur und hervorragende mechanische Eigenschaften;

③ Es ist einfach, synthetische Elemente hinzuzufügen, um alle Rohstoffe vorzubereiten:

④ Es ist einfach, die Materialmikrostruktur zu kontrollieren.

Beim Spritzgussverfahren von Titanlegierungspulver ist das Design des Bindemittels ein Kernglied, das eine wichtige Rolle dabei spielt, dass Titanlegierungspulver während des gesamten Spritzgussverfahrens reibungslos in flüssigem Zustand eingespritzt werden kann und die Form bis zu diesem Zeitpunkt beibehalten kann die Vorsinterstufe nach der Bildung des Grünlings. Der zugesetzte Binder ist aber auch zu einer der möglichen Quellen für Z-Schadstoffe im gesamten Spritzgießprozess geworden. Darüber hinaus verringert ein höherer Bindemittelgehalt die Pulverladung, was nicht nur zu einer Vertiefung des Formfelds des Grünkörpers nach dem Ablösen, Verformen, Reißen und anderen Defekten führt, sondern auch die Sinterschrumpfung erhöht und die Genauigkeit der Produktgröße erheblich verringert ; Obwohl das Bindemittel mit geringem Gehalt eine hohe Pulverbeladung sicherstellen kann, ist es schwierig, ein Futter mit guter Fließfähigkeit herzustellen und die Injektion reibungslos abzuschließen. Das Sicherstellen des Gleichgewichts zwischen dem Bindemittelgehalt und der Pulverbeladung erhöht die Schwierigkeit im Bindemittelforschungsprozess erheblich. so kann man es sehen. Obwohl das Bindemittel die endgültige Z-Zusammensetzung von gesinterten Produkten nicht bestimmt, wirkt sich seine Auswahl und Verwendung direkt auf das anschließende Entfetten, Sintern und andere Prozesse aus und beeinflusst somit die Produktqualität. Daher ist in der Forschungsarbeit der Technologie des Pulverspritzgießens von Titanlegierungen der Fokus auf die Bindertechnologie auch der Schlüssel zum Problem. In diesem Beitrag wird der Forschungsstand verschiedener Bindersysteme für das Pulverspritzgießen von Titanlegierungen vorgestellt und Verbesserungsmaßnahmen für die bestehenden Probleme vorgeschlagen.

Einige von ihnen sind ZhongweiPräzisions-Spritzgussprodukte aus Titanlegierungspulvermetall

(a) Von German TJet hergestellte technische Anwendungsteile: (b) Von German TJet hergestellte biomedizinische Teile: (c) T-6A-7Nb-Knochenschrauben aus Legierung: (d) CP Ti künstliche Steigbügel: ( e) Brillengestelle aus Titanlegierung; (f) Uhrengehäuse aus Ti-6AI-4V

2, Einige Forschungsfortschritte

Titanmetall hat eine hohe Aktivität und neigt zu Karbonisierung, Ammoniakbildung und Oxidation, wenn die Temperatur nahe 400 °C liegt. Verunreinigungen wie Titancarbid, Titanammoniat und Titanoxid werden erzeugt, was die relative Sinterdichte verringert und die mechanischen Eigenschaften von Materialien verschlechtert. Bei Verunreinigungen wie Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff ist es normalerweise schwieriger, den Sauerstoffgehalt zu kontrollieren als bei anderen Verunreinigungen. Der Einfluss des Sauerstoffgehalts (Massenanteil) auf die mechanischen Eigenschaften der Titanlegierung ist in der Abbildung dargestellt. Mit zunehmendem Sauerstoffgehalt nimmt die Festigkeit der Titanlegierung zu, aber die Plastizität verschlechtert sich erheblich. Daher sollten bei der Auswahl des Binders für das Pulverspritzgießen von Titanlegierungen folgende drei Punkte erreicht werden:

0 Versuchen Sie, eine hohe Pulverbeladung sicherzustellen, um die Maßhaltigkeit der Produkte zu verbessern;

② Das Nahrungsmaterial sollte ausreichend flüssig sein, um sicherzustellen, dass der gesamte Hohlraum während der Injektion glatt gefüllt werden kann;

③ Die verwendeten Binderkomponenten reagieren nicht mit hochaktiven Titanmaterialien, und es gibt keine restliche Zersetzung und Entfernung.

In der Anfangsphase der Forschung folgten die meisten Binder, die beim Spritzgießen von Titanpulverlegierungen verwendet wurden, dem Bindersystem anderer Metalle. Mit der Vertiefung der wissenschaftlichen Forschung erschienen neue Bindemittel, wie wasserlösliche und auf Polyacetal basierende Bindemittel. Gegenwärtig sind die beim Pulverspritzgießen von Titanlegierungen weitverbreiteten Bindemittelsysteme thermoplastische Klebstoffe auf Wachsbasis, Klebstoffe auf Kunststoffbasis und umweltfreundliche Klebstoffe auf Wasserbasis.

Einfluss des Sauerstoffgehalts auf die mechanischen Eigenschaften von Titanlegierungen

3, Fazit und Ausblick

Der weitere Ausbau des Anwendungsmarktes von Metallspritzguss-Titanlegierungen steht vor zwei Herausforderungen. Erstens hat das sphärische Titanpulver mit relativ ausgereifter Pulverspritzgusstechnologie hohe Kosten, und seine Produkte lassen sich nur schwer in großem Maßstab in 3C- und Automobilbereichen verwenden; Der andere ist das Fehlen eines Bindemittelsystems, das für das Spritzgießen von Titanlegierungspulver geeignet ist. Das Aufkommen von hydriertem dehydriertem Titanpulver leitete den Beginn der Kostensenkung ein. Im Vergleich zu kugelförmigem Titanpulver können die Kosten auf etwa 20 Prozent gesenkt werden. Die meisten Bindersysteme, die beim Pulverspritzgießen von Titanlegierungen verwendet werden, werden jedoch immer noch aus anderen Metallen verwendet, und die Eigenschaften von Titanlegierungsmaterialien wurden nicht vollständig berücksichtigt, sodass der Forschungs- und Entwicklungsprozess einst einen Engpass darstellte. Obwohl das in China unabhängig entwickelte Titanlegierungs-Bindemittelsystem die technische Blockade von Unternehmen wie BASF durchbrochen hat, befindet sich seine Forschung und Entwicklung aufgrund des Mangels an systematischer theoretischer Anleitung und dem Prozess der Die Praktikabilität ist noch relativ langsam. Basierend auf dem Forschungsstand des Bindemittelsystems macht der Autor einige Vorschläge zu den bestehenden Problemen des Pulverspritzgießens von Titanlegierungen in diesem Stadium als Referenz für Forscher in derselben Branche und fördert gemeinsam den Industrialisierungsprozess des Pulverspritzgießens von Titanlegierungen .

(1) Im Hinblick auf die geringe Maßgenauigkeit und schlechte Plastizität von spritzgegossenen Titanlegierungsprodukten aus Bindemittelpulver auf Wachsbasis kann die Forschung zum teilweisen Ersatz von PW-Komponenten durch PEG weiter vertieft werden. Im Vergleich zu PW hat PEG eine bessere Porosität und eine niedrigere Zersetzungstemperatur, was hilfreich ist, um die Ladekapazität des Futters zu erhöhen und den Gehalt an Verunreinigungen im entfetteten Barren zu reduzieren, wodurch die Maßhaltigkeit und die mechanischen Eigenschaften von Titanlegierungsprodukten verbessert werden.

(2) Angesichts des Problems, dass POM, der Hauptbestandteil von Bindemitteln auf Kunststoffbasis, leicht mit kostengünstigem und hochaktivem hydriertem dehydriertem Titanpulver zu reagieren ist, kann zunächst ein spezieller Atmosphärenmischer für Titanlegierungen verwendet werden, um die Beschickung herzustellen um Sauerstoff zu isolieren und die thermische Sauerstoffstabilität von POM zu verbessern; Zweitens in der Forschung und Entwicklung neuer kunststoffbasierter Bindersysteme. Optimieren Sie weiterhin das Verhältnis von Antioxidantien, um die Stabilität des Futters zu verbessern

(3) Um das Problem zu lösen, dass der Grünkörper leicht zu erweichen ist, wenn das Bindemittel auf Wasserbasis eingespritzt wird, können zunächst sauerstoffarme oder sogar sauerstofffreie Skelettierungsmittelkomponenten hinzugefügt werden. Verbessern Sie die Stärke der grünen Injektion; Zweitens können wir die Erforschung des PEG-Molekulargewichts in Bezug auf die Formbarkeit und Formbeständigkeit von wasserbasierten Futtermitteln weiter vertiefen und das PEG-Molekulargewicht entsprechend der Formkomplexität von Injektionsteilen auswählen.