チタン合金射出成形におけるチタン合金バインダー系の研究の進展

チタン合金射出成形におけるチタン合金バインダー系の研究の進展

粉末射出成形技術の簡単な紹介

粉末射出成形技術は、粉末冶金技術に基づいて開発されています。 プラスチック射出技術と組み合わせることで、ほぼ100％の原料利用率を実現。 ニアネットフォーミング技術です。 一般的な操作プロセスは次のとおりです。まず、調製した粉末とバインダーを混合および造粒して粒状飼料を調製し、次にこの飼料を射出成形機で特定の形状の製品グリーンに成形します。脱脂・焼結により必要な性能を発揮します。 チタン合金粉末射出成形の利点は次のとおりです。

①小さな3D複雑な形状の部品のバッチ準備を実現できます。

②均一な組成、微細構造、優れた機械的性質。

③必要な材料を準備するために合金元素を追加するのは簡単です。

④材料の微細構造を制御しやすい。

チタン合金粉末の射出成形プロセスでは、バインダーの設計はコア リンクであり、射出成形プロセス全体でチタン合金粉末が流動状態でスムーズに射出を完了し、最終的に形状を維持する役割を果たします。生のビレットが形成された後の予備焼結段階。 しかし、追加された結合剤は、射出成形プロセス全体で最も可能性の高い汚染源の 1 つにもなっています。 さらに、結合剤の含有量が多いと、粉末の負荷が減少します。これにより、脱脂、変形、割れ、その他の欠陥の後に本体の形状が崩壊するだけでなく、焼結収縮が増加し、製品サイズの精度が大幅に低下します。 結合剤の含有量が少ないと、粉体の充填量を高くすることができますが、流動性の良いフィードを調製して、スムーズに注入を完了することは困難です。 結合剤の含有量と粉末の充填量のバランスを確保することは、結合剤の研究プロセスの難しさを大幅に高めます。 焼結製品の最終的な組成は結合剤によって決定されるわけではありませんが、その選択と使用は、その後の脱脂、焼結などのプロセスに直接影響し、製品の品質に影響を与えることがわかります。 したがって、粉末射出成形チタン合金技術の研究作業では、バインダー技術に焦点が当てられ、重要な問題が把握されます。 本論文では,チタン合金の粉末射出成形のための異なるバインダ系の研究状況を紹介し,既存の問題に対する改善策を提案した。

Qinhuangdao Zhongzhong は、精密部品用の粉末射出成形チタン合金製品を製造しています。 (b) ドイツの TiJet 社は生物医学部品を準備しています。 (c) Ti ❑ 6Al ❑ 7Nb 合金骨ねじ。 (d) CP Ti 人工アブミ骨。 (e) チタン合金の眼鏡フレーム。 (f) Ti｜6Al｜4V実機

中国のチタン合金の眼鏡フレームは、Zhongwei によって設計および製造されています。

研究の進展

チタン金属は活性が高い。 温度が 400 度に近づくと、炭化、窒化、酸化が容易になり、炭化チタン、窒化チタン、酸化チタンなどの不純物が形成され、焼結の相対密度が低下し、材料の機械的特性が悪化します。 炭素、水素、酸素、窒素などの不純物の中で、酸素含有量を制御することは、通常、他の不純物よりも困難です。 チタン合金の機械的性質に対する酸素含有量 (質量分率) の影響を図に示します。 酸素含有量の増加に伴い、チタン合金の強度は増加しますが、可塑性は大幅に低下します。 したがって、粉末射出成形チタン合金のバインダーを選択する際には、次の 3 つのポイントを達成する必要があります。

①製品の寸法精度を向上させるために、可能な限り高い粉末充填量を確保する必要があります。

② 注入材料は、注入時にキャビティ全体をスムーズに充填できるように十分な流動性を備えている必要があります。

③使用バインダー成分は高活性チタン材と反応せず、残留分解除去がありません。

研究の初期段階では、粉末チタン合金の射出成形に使用される結合剤のほとんどは、他の金属の結合剤システムに従いました。 科学研究の深化に伴い、水溶性バインダーやポリアセタール系バインダーなどの新しいバインダーが登場しました。 現在、チタン合金の粉末射出成形で広く使用されているバインダー システムは、熱可塑性ワックス ベースの接着剤、プラスチック ベースの接着剤、および環境に優しい水性接着剤です。

チタン合金の機械的性質に及ぼす酸素含有量の影響

結論と展望

粉末射出成形チタン合金のアプリケーション市場のさらなる拡大は、2 つの課題に直面しています。 まず、比較的成熟した粉末射出成形技術を備えた球状チタン粉末はコストが高く、その製品は3Cおよび自動車分野で大規模に使用することは困難です。 もう 1 つは、チタン合金粉末射出成形に適したバインダー システムの欠如です。 水素添加脱水素チタン粉末の登場により、コストダウンの黎明期を迎える。 球状チタン粉に比べて、約20%のコストダウンが可能です。 しかし、チタン合金の粉末射出成形に使用される結合剤系のほとんどは、依然として他の金属から使用されており、チタン合金材料の特性が十分に考慮されていないため、研究開発プロセスはかつてボトルネックでした。 中国で独自に開発されたチタン合金バインダー システムは、BASF などの企業の技術的封鎖を打破しましたが、その研究開発は、体系的な理論的ガイダンスの欠如と、そのプロセスの不足により、依然として大規模な試行錯誤の段階にあります。実用化はまだ比較的遅いです。 結合剤システムの研究状況に基づいて、著者は、同じ業界の研究者の参考のために、この段階で粉末射出成形チタン合金の既存の問題についていくつかの提案を提示し、粉末射出成形チタン合金の工業化プロセスを共同で促進します。 .

(1) ワックスベースのバインダー粉末射出成形チタン合金製品の低い寸法精度と低い可塑性を考慮して、PEG による PW 成分の部分的置換に関する研究をさらに深めることができます。 PWと比較して、PEGは湿潤性が高く、分解温度が低いため、フィードの負荷容量が増加し、脱脂ビレットの不純物含有量が減少するため、チタン合金製品の寸法精度と機械的特性が向上します。

(2) プラスチック系バインダーの主成分であるPOMは、低コストで活性の高い水素化脱水素チタン粉末と反応しやすいという問題を考慮し、まずチタン合金専用の雰囲気混合機で原料を調製する。酸素を分離し、POM の熱酸素安定性を改善します。 第二に、新しいプラスチックベースのバインダーシステムの研究開発において、酸化防止剤の比率を最適化し続け、飼料の安定性を向上させます.

（３）水系接着剤を注入した未焼成体が軟化しやすいという問題を考慮して、まず、低酸素または無酸素の骨格剤成分を添加することにより未焼成体の強度を向上させることができる。 第二に、水ベースの飼料の成形性と形状保持に関する PEG 分子量の研究を深め、注射部品の形状の複雑さに応じて PEG 分子量を選択することができます。