金属射出成形のMIM分野におけるチタン合金粉末の応用

金属射出成形のMIM分野におけるチタン合金粉末の応用

1: Zhongwei と中南大学のチタン射出成形に関する研究

チタンおよびチタン合金には、低密度、高比強度、非磁性、耐腐食性、および優れた生体適合性という利点があります。 高品質な金属構造材料・機能材料です。 航空宇宙、自動車、発電、生物医学などの分野で広く使用されており、鉄鋼、アルミニウムに次ぐ「第三の金属」「戦略金属」として知られています。 しかし、チタンやチタン合金は融点や硬度が高く、加工性、成形性、切削性が悪い。 したがって、従来の処理方法を使用する機器は高価で、非効率的で、費用がかかり、材料の無駄が多く、適用範囲が大幅に制限されます。 金属射出成形 (mim) は、粉末冶金技術とプラスチック射出成形技術を組み合わせて形成されたニア ネット フォーミング プロセスです。 原材料の高い利用率、柔軟な組成調整、バッチ生産の低コストという利点があります。 高次元で高精度の部品を製造することができ、チタンおよびチタン合金の理想的な製造方法です。 チタン合金で最も一般的なチタン-6ア1-4合金は、プラス二相マルテンサイト合金に属します。 6% の安定元素アルミニウムを含み、相強度が向上します。 安定剤のバナジウムとして、還元プラスとの転移温度。 Ti-6a1-4v 合金は、1954 年に米国で最初に開発されました。航空宇宙産業で広く使用されており、米国のチタン合金の主要な柱です。 その後、チ-6ア1-4合金は次第に国際的なチタン合金へと発展しました。 中国でのチタン合金の生産と応用において、t-6a1-4v 合金も主要な役割を果たし、tc4 と名付けられました。

チタン金属射出成形技術から他の製造方法へ:

tc4 チタン合金のミム プロセスには、主に粉末の準備、混合、射出成形、脱脂、焼結、および必要な後処理が含まれます。 Qinhuangdao Zhongwei Precision Parts Co., Ltd. は 2004 年に中南大学と研究し、tc4 チタン合金射出成形部品の特性は、主に相対密度、炭素と酸素の含有量、および微細構造の影響を受けることを発見しました。 金属射出成形の最終工程である焼結は、製品の最終的な性能にとって非常に重要です。 焼結プロセスのパラメータ (温度、時間、雰囲気、温度の上昇と下降の速度など) は、製品の性能と寸法精度に直接影響し、製品の定量的な生産を実現します。

2: さまざまな分野でのチタン射出成形の応用

1: 時計へのチタン射出成形の適用

腕時計は一般的に、さまざまな貴金属や精錬された鋼でできています。 貴金属は一般に、金、プラチナ、宝くじ金などの高級ブランドの洗練された時計に使用されます。 洗練された鋼は主に 316L 鋼とロレックスの特許取得済み 904L 鋼です。

しかし、科学技術の進歩に伴い、高密度セラミックス、炭素繊維、サファイア、チタン金属など、ますます多くのハイテク素材が時計製造に適用されています。 今日はチタンの時計への応用についてお話します。

スチール時計の価格が全体的に上昇しているため、人々は精錬されたスチール素材に代わる新しいタイプの素材を早急に見つけたいと考えています。 多くの合金は、精錬された鋼ほど硬くなく、可塑性がないか、コストが高すぎます。 合金のバッチを排除した後、時計職人は特別な航空素材「チタン金属」に注目し始めました。

チタンとは？ チタンは、地球の地殻に見られる金属元素です。 光沢のある光沢のある金属またはシルバーグレーまたはダークグレーの粉末です。 その化合物は、ほぼすべての火成岩とチタン砂鉱堆積物に見られます。 原材料が豊富なため、航空宇宙、医療、産業で広く使用されている貴金属よりもはるかに安価です。

チタンの多くの特性により、産業や商業において非常に価値があります。

1. 硬度: チタンの硬度は鋼の硬度よりも 30% 高いです。

2. 軽いテクスチャー: チタンの重量は 47.90 原子スケールで、スチールよりも約 50% 軽量です。

3.耐食性：チタンが空気にさらされると、その表面はタイトで強力な酸化膜を形成し、さまざまな物質による他の金属の腐食に耐えることができます。 特に塩水侵食に効果的です。

時計の素材としてのチタンには、次のような非常に優れた利点があります。

1. チタン合金の時計は驚くほど軽いので着け心地がよい。

2.チタンは抗アレルギー性があり、ニッケルを含まず、肌が汗をかいているときでも非常に快適に着用できます。

3. チタンはスチールよりも硬いため、チタン製の時計はより耐久性があります。

4. 耐腐食性により、チタンはダイバーズウォッチに特に適しています。

オメガハイマはさまざまなチタン製のダイバーズウォッチを発売しました。防水性と耐腐食性の二重の成果は、防水時計へのチタンの適用が大きな成功を収めたことを証明しています。

チタン金属のさらなる研究により、今後ますます多くの時計ブランドがチタン金属製の時計を発売する可能性があります。 時計の素材の第一選択としてスチールに取って代わることができるかどうかは不明です。

2: ピストル精密アクセサリーにおけるチタン金属射出成形の適用

チタン ガン トリガー: 金属射出成形チタン コンポーネントは現在、チタンが優れた性能を提供するガン トリガー (疲労性能と軽量化の観点から) の製造などの高性能アプリケーションで使用されています。 材料のコストが高いため、その使用はまだ限られています。 チタン粉末の価格が下落するにつれて、防衛MIMコンポーネント市場は急速に成長すると予想されます。

「安全および武装」ローター: 軍用の「安全および武装」ローターは、米国国防総省が使用する爆発装置に使用されます。 316L ステンレス鋼の部品は金属射出成形でできており、密度は 7.6 g/cm3 です。 75000 psi の極限引張強度、25000 psi の降伏強度、50 パーセントの伸び、および 67 HRB の硬度を備えています。

ピストルトップ スウィーピング グリップ 安全部品: Colt, USA

Manufacturing Company, LLC 製の 45 口径ハンドガンに使用されるピストルの安全部品。 トリガー射撃を防ぎ、ピストルを循環させたときにハンマーが射手の手を傷つけないように保護し、快適さのために射手の手のひらと相互作用するなど、さまざまな機能があります。 この複雑な部品は、密度 7.6gcm3 の MIM17-4PH ステンレス鋼でできています

伝統的なインベストメント鋳造で作られ、多くの二次加工を必要とする安全部品を保持します。 金属射出成形プロセスは、生産性の向上とより均一な部品の製造に加えて、コストを節約し、顧客の納期を短縮します。 Colt は 10000 サイクルでこれを証明し、部品を認定しました。

3: 矯正ブラケット

Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co.、Ltdによって製造されたチタン合金金属射出成形矯正ブラケット

MIM パーツ技術は、歯科用整形外科用器具を製造するための医療で最初に使用されました。 これらの精密製品は、サイズが非常に小さく、生体適合性と耐腐食性に優れています。 使用される主な材料は 316L ステンレス鋼です。 現在、多くの企業がチタン合金分野に移行しています。 チタン合金には、密度が高く、軽量で、生物学的適合性が高いという利点があります。 矯正ブラケットは、依然として MIM 業界の主要製品です。

ドイツの Forestadent Company は、MIM 技術を使用した双方向フック式歯科矯正ブラケットを製造しています。 機械的保持力は 30% 増加します。 一度成形した後にMIMで研磨すると、ブラケットとアーチワイヤーの間の摩擦を大幅に減らすことができます。 この製品は、BjornLudwig により、歯列矯正手術において積極的な役割を果たしていることが確認されています。

4：膝インプラントパーツ

Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co.、Ltdによって製造されたチタン合金金属射出成形膝インプラント部品

人体移植の分野における MIM 部品技術の進歩は、主に製品の認証と承認に長い期間を必要とするため、比較的遅いものです。

現在、MIM技術は骨や関節を部分的に置き換える部品の製造に使用でき、使用される金属材料は主にTi合金です。

生体適合性の観点から、気孔率 60% の多孔性チタンを MIM 技術によって調製し、改良された縮合重合架橋法によってゼラチン徐放性ミクロスフェアを調製し、多孔性チタンの表面にコーティングしました。

結果は、多孔性チタンでコーティングされたゼラチン徐放性ミクロスフェアには細胞毒性がなく、医療用インプラントの優れた材料として使用できることを示しました。

Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co., Ltd. は、Ti-6Al-4V を使用して人体インプラント用の膝サンプル部品を製造することに成功しました。 インプラントは、主に人体に入った後の圧力に耐え、生体適合性に優れています。 MIM成形後、熱間静水圧プレスを行い、ショットピーニング、研磨、陽極酸化を行い、表面性能を向上させ、人体との摩擦を減らし、適合性と耐用年数を向上させます。

5: 縫合糸アンカー

金属の微細射出成形（μ MIM）は、ドイツの IFAM 研究所が開発した成形技術で、MIM 技術を有機的に応用してマイクロメートル レベルの部品を製造するものです。

一般的に言えば、μ MIM は次の 2 種類の製品の製造に使用できます。

① 大きさがマイクロメートル、質量が数ミリグラムの部品。

②部品の外観サイズは従来の射出成形部品のサイズに似ていますが、局所構造のサイズはマイクロメートルレベルまでです。

近年、マイクロ射出成形は、射出成形の分野における研究のホットスポットとなっています。 小型化に向けた最新の機械の開発に伴い、マイクロ射出成形の用途はますます広範になります。

現在、Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co., Ltd と中南大学研究センターは、分光計、滴定板などの医療機器のマイクロ部品の製造に μ MIM 技術を適用することに成功しています。製品の厚みはミクロンレベルに達し、最小肉厚は50μm。

Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co., Ltd μ MIM 技術によって製造された手術用縫合糸アンカーは、マッチ ヘッドのサイズのみです。

6: ゴルフヘッド

詳細については、会社の Web サイトをクリックしてください。https://www.zw-metalware.com/injection-molded-parts/titanium-alloy-golf-head-metal-injection.html

7：補聴器音響管

MIM 技術は、さまざまな医療機器の部品の製造にも使用できます。

Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co., Ltd. は、MIM 技術を使用して、ドイツの会社のために補聴器の音響管を製造しています。これは、音速を改善し、聴覚を促進する効果があります。

このような複雑な形状の補聴音管は、MIM成形後に焼結することで得られます。 音響管の表面を滑らかにするために、後はガラスビーズのサンドブラスト工程を経るだけです。

音響管の密度は 7.65 g/cm3 を超え、最大引張強度は 480 MPa に達し、降伏強度は 150 MPa、伸びは 45 パーセント、最大表面硬度は 100 HRB です。 MIM テクノロジーは、従来の生産プロセスと比較して、コストを 20% 削減できます。

MIM 技術は、インターベンショナル セラピー ステント、タングステン高密度合金注射器の放射線遮蔽、顕微手術用マニピュレーター、マイクロ ポンプ内視鏡部品、薬物吸入器など、医療分野の多くの製品の製造にも使用できます。

8: 手術器具

手術器具には、強度が高く、血液汚染が少なく、強力な消毒手順を実行できることが必要です。 MIM 技術の設計の柔軟性は、ほとんどの外科用ツールの適用を満たすことができます。 同時に、テクノロジーの利点もあります。 さまざまな金属製品を低コストで製造できます。 主な製造方法として、伝統的な製造技術に徐々に取って代わりつつあります。

Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co., Ltd. は、MIM 技術を使用してチタン合金の爪を開発しました。 チタン合金の射出成形プロセスによって製造され、密度は 8.5g/cm3 以上です。 手術中に人体の物体をつかむために使用でき、ピンセットの機能を備えています。 その設計は非常に複雑で、高い製造精度が必要です。

MIM技術による成形後の焼結は、高い公差レベルに達することができ、爪の直線的および幾何学的形状の損傷を避けるために、その後の多数の処理プロセスを必要としません。

このような複雑な形状のステンレス製の爪は、鋳造や機械加工では製造が難しく、製造サイクルが長く、コストも高くなります。 MIM テクノロジを使用して製造すると、コストを 60% 削減できます。

使い捨て手術器具は、低コストで大量生産できるプロセスを開発する必要があります。 Zhongwei Precision Machinery Co., Ltd. は、MIM 技術を使用して、新しいタイプの使い捨て手術器具で使用されるシャフト アセンブリを製造しています。 コストはスイスの CNC 工作機械のわずか 1/4 から 1/5 で、密度は 7.5 g/cm3、最大引張強度は 1190MPa、降伏強度は 1090MPa、伸びは6.0 パーセント、最大硬度は 33 HRC です。

この製品の製造プロセスは次のとおりです。まず、長さ 178 mm のシャフト部品 2 つを MIM 技術で成形し、次に 2 つの部品をレーザー溶接し、その後の機械加工と熱処理を行います。 良好な公差の要件を満たすために、ショットピーニングとパッシベーションも必要です。

おわりに

1990年代に誕生した金属射出成形（Co MIM）は、サンドイッチタイプの粉末射出成形技術です。

このプロセスは、複合射出成形用の金型に異なる特性を持つ 2 つの材料を同時にまたはバッチで注入することです。 金属材料と全く性質の異なる材料を同じ部品に組み合わせることができます。

この方法により、機能性と複雑な形状を備えたコア/シェル構造が得られ、コーティング、熱処理、製品の組み立てなどの後工程が不要です。 最後に、プロセスを大幅に削減し、コストを削減する傾斜機能材料を準備するプロセスを実現できます。

Co MIM技術は、機能部品の開発・設計に新たな発想をもたらします。 Zhongwei Precision は、Co MIM 技術を使用した新しい生物学的インプラント構造を提案しました。この技術は、高密度の皮質骨構造と、外側の孔と内側の孔を持つ海綿骨構造で広く使用されています。

この構造は、インプラントの骨と周囲の骨構造との間の界面応力の伝達を助長します。 外側の多孔質構造の気孔率体積比は 5 ～ 60% で、最大の気孔は 400 μ m です。

今後、国民経済の発展と人々の生活水準の向上に伴い、人口の高齢化傾向がますます顕著になり、病気や事故による怪我は年々増加します。 人間の組織および器官の再生および修復材料の重要な分野として、生物医学的チタン合金材料は巨大な市場の見通しと産業の発展を持っています。

以上、金属射出成形のMIM分野におけるチタン合金粉末の応用について

これらのヒントを紹介することで、お役に立てれば幸いです。 他にご不明な点がございましたら、当社の精密技術チームにご相談ください。