MIMの脱脂方法にはどのようなものがありますか?

Nov 02, 2022

MIM脱脂とは、プラスチック射出のように複雑な形状の製品を作るために、金属粉末にワックスなどの射出可能な材料または一部のプラスチック成分を追加する必要があることを意味します。ただし、これらの添加剤 (または結合剤) は最終製品には必要ないため、成形後に何らかの方法でこれらの結合剤を除去する必要があります。このプロセスは、脱脂（または脱ろう）と呼ばれます。

MIM 技術の出現以来、さまざまなバインダーシステムを使用して、さまざまな MIM プロセスパスと脱脂方法が形成されてきました。脱脂時間が最初の数日から現在の数時間に短縮されました。脱脂工程に関しては、すべての脱脂方法は大まかに2つのカテゴリに分けることができます。1つは2段階脱脂方法です。二段脱脂法には、溶剤脱脂＋加熱脱脂、サイフォン脱脂－加熱脱脂などがあります。一段脱脂法は主に一段加熱脱脂法です。現在、最も進んだ方法はカタモールド触媒脱脂法です。 MIMの代表的な脱脂方法をご紹介します。

1 ヴィーチ法による脱脂

Wiech 法は、1980 年に Wiech によって発明された特許に代表され、何度か改良されてきました。 Wiech (1)、Wiech (2)、および Wiech (3) メソッドと呼ぶことができます。 Wiech が使用するバインダーは、MIM で最も一般的に使用されるワックスベースのバインダーシステムで、1 つまたは複数のコンポーネントを含みます。 Wiech (1) 法の基本的なプロセスは、まず、MIM フォーミングブランクを空の容器に入れ、それをバインダーの流動温度またはそれ以上の温度に加熱し、次にガスの形で溶媒をゆっくりとフォーミングが配置されているコンテナ。ガス状溶媒が成形ブランクに入り、バインダーを溶解します。バインダーがある程度溶解すると、成形不良部分からバインダーの溶剤溶液が染み出します。ガス状溶媒は、ひび割れや破砕なしでバインダーの大部分を除去できます。バインダーの大部分が除去されたプリフォームは、液体溶媒に浸漬され、バインダーの残りの部分が除去されます。ガス溶剤脱脂によって形成される細孔エネルギーチャネルにより、浸漬溶剤脱脂の 2 番目のステップは非常に高速であり、亀裂や欠陥は発生しません。最後に、プリフォームを予熱して残留バインダの一部と溶媒の一部を除去し、焼結して完成品を得る。 Wiech (1) 法は、気体溶媒で脱脂するのに 3 日しかかからず、脱脂効率は非常に低いです。また、脱脂温度がバインダー流動温度よりも高いため、変形はより深刻です。 Wiech は 1981 年に Wiech (3) 法を発明しました。基本的なプロセスは、MIM プリフォームを不活性ガス容器に入れ、プリフォーム内のバインダーの蒸気圧がプリフォームの圧力よりも高くなるように温度とガスの流れを調整することです。これにより、結合剤が成形プロセスから蒸発し、容器の雰囲気に入ることができます。容器内の独立した部分を使用してバインダーを凝縮して回収します。凝縮速度を調整することにより、バインダーの除去速度を制御できます。多成分接着剤の場合、容器内の温度と圧力を調整することにより、選択的に徐々に蒸発させることもできます。このプロセスには約 1 日以上かかります。ヴィーチは1981年にヴィーチ(2)法を発明しました。最初のステップとしてサイフォン脱脂が採用されました。ＭＩＭプリフォームをサイフォン材料の上に置き、２００℃まで３時間ゆっくりと加熱して結合剤の大部分を除去し、次にプリフォームを約３℃／分の速度で約８００℃まで水素大気中の炉に入れた。さらなる脱脂および仮焼結の程度。脱脂プロセス全体で約 10 時間かかりました。このように、Wiech では実際に 3 つの形式の 2 段階脱脂を使用しています。最初のステップとして溶媒蒸気脱脂、次に蒸発、次にサイフォン脱脂です。これにより、脱脂時間が最初の 3 日から 10 時間に短縮されます。ただし、他の人にはいくつかの欠点があります。 Wiech (1) 法は効率が悪く、成形ビレットが変形しやすい。ヴィーチ（２）法は脱脂炉内の雰囲気圧力を精密に制御する必要があり、蒸発法は分子量の大きいバインダー成分に対しては働きにくい。ウィーチ（３）法では、レインボーレスポンス材が成形ブランクに付着し、成形ブランクを汚染するという問題がある。

2 インジェクタマックス脱脂

アメリカの AMAX 金属射出成形会社のジョンソンは、1988 年に Injectamax 法を発明しました。この方法の主な利点は、脱脂が速く、亀裂が生じないことです。バインダーは、少なくとも 2 つのコンポーネントで構成されます。脱脂する場合、溶媒は、まず結合剤中の可溶成分を選択的に溶解するように選択されますが、不溶成分は不溶です。このようにして、細孔チャネルが開かれ、その後、残りの結合剤が熱脱脂によって除去される。この方法で使用されるバインダーは、一般的に植物油、パラフィン、熱可塑性樹脂で構成されており、油とパラフィンは最初にトリクロロエタン溶剤で除去されます。脱脂プロセス全体でわずか6時間しかかからない、迅速な脱脂方法です。この溶剤脱脂と熱脱脂の 2 段階プロセスは、その単純さ、低投資、および高効率により、現在ほとんどの MIM 企業およびメーカーが採用している製造方法です。

3 水溶解による脱脂

水溶解法は、1990年代に開発された水溶性バインダーをベースとしており、インジェクタマックスの2段階法（溶剤脱脂＋熱脱脂）の直接開発と同様のものです。化学溶剤の毒性と回収の問題があるため、安価で無公害な水を溶剤として使用できれば、MIM プロセスのレベルを大幅に向上させることができます。 Cao は、脱酸素蒸留水に約 16 時間浸漬することでポリエチレングリコールの 80% を除去できる固体ポリマー溶液を開発し、その後、熱脱脂によって残りのバインダーを除去しました。 Anwar と Yang は、ポリエチレングリコールとポリメチルメタクリレートの結合剤系を使った研究も行いました。水温を 60-80 度まで上げると、この時間で 95% 以上のポリエチレングリコールを除去できます。ビアロは、水溶性部分としてポリオキシエチレンを使用する別の形態の水溶性バインダーを開発しました。その結合剤の配合は、76% のポリオキシエチレンと 23% のポリエチレンワックス - 1% のステアリン酸です。ポリオキシエチレンのほとんどは、プリフォームを60-70分間水に浸すことで除去できます。水は安価で、毒性がなく、無公害であるため、水溶解は最も経済的で環境に有益な脱脂方法です。しかし、水溶性バインダーには吸水の問題があり、MIM 飼料の保管と輸送には特別な装置が必要になります。また、混合時に膨潤しやすい水溶性バインダーの水溶性部分（ポリエチレングリコールなど）と相溶するポリマーが少なく、飼料混合時間が非常に長い。そのため、不溶法を導入して5年が経ちましたが、まだ実験段階であり、実際の生産には使用されていません。

4 カタモールド触媒脱脂

カタモールド法は、1990 年代初頭にドイツの BSAF の Bloemacher によって開発された MIM のワンステップ脱脂法です。接触脱脂方式です。 MIM 接触脱脂の動作原理とこの方法の主な技術的特徴は、ポリホルムアルデヒド樹脂を結合剤として使用し、接触脱脂が酸性雰囲気で高速であることです。長鎖ポリホルムアルデヒド樹脂をバインダーとして使用し、ポリホルムアルデヒド樹脂の極性を利用して金属粉を結合することで、幅広い粉体に対応できます。ポリアルデヒド樹脂は、酸性雰囲気の触媒作用でホルムアルデヒドに分解します。この分解反応は 110 度以上で急激に起こります。これは直接気固転移であり、焼結後の変形を制御し、寸法精度を確保するのに役立ちます。接触脱脂は、雰囲気と結合剤の間の界面で行われます。成形ブランクにはガスがなく、反応界面の前進速度は 1-4 mm/h に達する可能性があります。ドイツの CREMER 社は、Catamold 脱脂法用の連続脱脂および焼結炉システムを設計しました。操作プロセスは、MIM 成形不良を脱脂の最初の加熱ゾーンに配置し、窒素雰囲気下で 86 度に加熱して、後続の接触脱脂プロセスでビレットに硝酸が凝縮するのを防ぎます。次に、プリフォームを接触脱脂エリアに移動して、ポリホルムアルデヒド樹脂をホルムアルデヒドに分解します。初期脱脂後、ビレットは第 1 洗浄室を通って焼結炉に入り、焼結炉の第 1 加熱ゾーンで残留バインダが除去されます。続いて、窒素、水素、アルゴン、分解されたアンモニアおよび他のいくつかの混合物の作用下で焼結が行われる。現在、中国にはMIM触媒脱脂炉のメーカーがいくつかあります。 Catamold 法の重要な特徴は、脱脂に触媒を使用し、脱脂中に液相が発生しないことです。これにより、変形しやすく、寸法精度の制御が難しい MIM 製品の弱点を回避できます。 MIM業界の大きなブレークスルーであり、触媒脱脂であるため、脱脂時間が大幅に短縮され、コストが削減されます。また、メタモールド法の適用により、より大きなサイズの MIM コンポーネントを生成できます。 CREMERの連続脱脂および焼結システムは、連続生産を実現することができ、MIMを競争力のあるPMニアネットフォーミング技術にしています。

カタモールド法は、現在工業生産に適用されている最先端のMIM脱脂法です。しかし、この方法は酸性雰囲気下での設備腐食や排ガス処理などの問題があり、設備投資コストが他の方法に比べて高くなります。

金属粉末射出成形技術について詳しく知りたい場合は、秦皇島の ZHONGWEI Precision Metal Powder Injection Molding MIM Technology にご相談ください。