Progresso da pesquisa do sistema ligante de liga de titânio na moldagem por injeção de liga de titânio

Oct 26, 2022

Breve introdução da tecnologia de moldagem por injeção de pó

A tecnologia de moldagem por injeção de pó é desenvolvida com base na tecnologia de metalurgia do pó. Combinado com a tecnologia de injeção de plástico, realiza a taxa de utilização de matérias-primas de quase 100 por cento. É uma tecnologia de formação de rede próxima. O processo geral de operação é o seguinte: primeiro, o pó preparado e o aglutinante são misturados e granulados para preparar uma alimentação granular, depois a alimentação é moldada em um produto verde de uma forma específica em uma máquina de moldagem por injeção e, em seguida, o produto com o o desempenho necessário é obtido por meio de desengorduramento e sinterização. As vantagens da moldagem por injeção de pó de liga de titânio são:

① Pode realizar a preparação em lote de pequenas peças de forma complexa 3D;

② Composição uniforme, estrutura fina e excelentes propriedades mecânicas;

③ É fácil adicionar elementos de liga para preparar os materiais necessários;

④ É fácil controlar a microestrutura do material.

No processo de moldagem por injeção de pó de liga de titânio, o design do aglutinante é um elo central, responsável por fazer com que o pó de liga de titânio complete suavemente a injeção em estado fluido em todo o processo de moldagem por injeção e possa manter a forma até a etapa de pré-sinterização após a formação do tarugo verde. No entanto, o aglutinante adicionado também se tornou uma das fontes mais prováveis de poluentes em todo o processo de moldagem por injeção. Além disso, o maior teor de aglutinante reduzirá o carregamento de pó, o que não apenas levará ao colapso da forma do corpo após o desengorduramento, deformação, rachaduras e outros defeitos, mas também aumentará o encolhimento da sinterização, reduzindo seriamente a precisão do tamanho do produto; Embora o aglutinante com baixo teor possa garantir uma alta carga de pó, é difícil preparar uma alimentação com boa fluidez e completar a injeção sem problemas. Garantir o equilíbrio entre o conteúdo do ligante e a carga de pó aumenta muito a dificuldade no processo de pesquisa do ligante. Pode-se observar que, embora a composição final dos produtos sinterizados não seja determinada pelo ligante, sua seleção e uso afetarão diretamente os processos posteriores de desengorduramento, sinterização e outros, afetando assim a qualidade do produto. Portanto, no trabalho de pesquisa da tecnologia de liga de titânio para moldagem por injeção de pó, o foco está na tecnologia de aglutinante, e o problema principal é compreendido. Neste artigo, apresenta-se o estado da pesquisa de diferentes sistemas ligantes para moldagem por injeção de pó de liga de titânio, e são propostas as medidas de melhoria para os problemas existentes.

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A Qinhuangdao Zhongzhong produz produtos de liga de titânio para moldagem por injeção de pó para peças de precisão: (a) peças de aplicação de engenharia preparadas pela empresa alemã TiJet; (b) a empresa alemã TiJet prepara peças biomédicas; (c) Parafusos ósseos de liga Ti ❑ 6Al ❑ 7Nb; (d) estribo artificial CP Ti; (e) Armação de óculos de liga de titânio; (f) Ti ｜ 6Al ｜ 4V caso real

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A armação de óculos de liga de titânio da China é projetada e fabricada pela Zhongwei

Alguns avanços da pesquisa

O metal titânio tem alta atividade. Quando a temperatura está próxima de 400 graus, é fácil carbonizar, nitretar e oxidar, formando impurezas como carboneto de titânio, nitreto de titânio e óxido de titânio, o que reduz a densidade relativa de sinterização e piora as propriedades mecânicas dos materiais. Entre impurezas como carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, geralmente é mais difícil controlar o teor de oxigênio do que outras impurezas. A influência do teor de oxigênio (fração de massa) nas propriedades mecânicas das ligas de titânio é mostrada na figura. Com o aumento do teor de oxigênio, a resistência das ligas de titânio aumenta, mas a plasticidade se deteriora significativamente. Portanto, os três pontos a seguir devem ser alcançados ao selecionar o ligante para liga de titânio para moldagem por injeção de pó:

① A alta carga de pó deve ser garantida na medida do possível para melhorar a precisão dimensional dos produtos;

② O material de alimentação deve ter fluidez suficiente para garantir que toda a cavidade possa ser preenchida suavemente durante a injeção;

③ Os componentes do ligante usados não reagem com materiais de titânio altamente ativos e não há decomposição e remoção residual.

Na fase inicial da pesquisa, a maioria dos ligantes utilizados na moldagem por injeção de ligas de titânio em pó seguia o sistema ligante de outros metais. Com o aprofundamento das pesquisas científicas, surgiram novos aglutinantes, como os aglutinantes solúveis em água e à base de poliacetal. Atualmente, os sistemas aglutinantes amplamente utilizados em ligas de titânio para moldagem por injeção de pó são adesivos à base de cera termoplástica, adesivos à base de plástico e adesivos à base de água ecologicamente corretos.

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Efeito do teor de oxigênio nas propriedades mecânicas de ligas de titânio

Conclusão e perspectiva

A expansão adicional do mercado de aplicação de liga de titânio para moldagem por injeção de pó enfrenta dois desafios. Primeiro, o pó de titânio esférico com tecnologia de moldagem por injeção de pó relativamente madura tem alto custo e seus produtos são difíceis de serem usados em campos 3C e automotivo em grande escala; A outra é a falta de um sistema ligante adequado para moldagem por injeção de pó de liga de titânio. O surgimento do pó de titânio desidrogenado hidrogenado marcou o início da redução de custos. Comparado com o pó de titânio esférico, seu custo pode ser reduzido para cerca de 20%. No entanto, a maioria dos sistemas de ligantes usados em ligas de titânio para moldagem por injeção de pó ainda são usados a partir de outros metais, e as características dos materiais de liga de titânio não foram totalmente consideradas, de modo que o processo de pesquisa e desenvolvimento já foi um gargalo. Embora o sistema ligante de liga de titânio desenvolvido independentemente na China tenha quebrado o bloqueio técnico de empresas como a BASF, sua pesquisa e desenvolvimento ainda está em fase de tentativa e erro em larga escala devido à falta de orientação teórica sistemática e ao processo de praticidade ainda é relativamente lenta. Com base no status de pesquisa do sistema ligante, o autor apresenta algumas sugestões sobre os problemas existentes de moldagem por injeção de pó de liga de titânio nesta fase para a referência de pesquisadores da mesma indústria, e conjuntamente promover o processo de industrialização de moldagem por injeção de pó de liga de titânio .

(1) Em vista da baixa precisão dimensional e baixa plasticidade dos produtos de liga de titânio moldados por injeção de pó aglutinante à base de cera, a pesquisa sobre a substituição parcial de componentes PW por PEG pode ser aprofundada. Comparado ao PW, o PEG possui melhor molhabilidade e menor temperatura de decomposição, o que ajuda a aumentar a capacidade de carga da alimentação e reduzir o teor de impurezas no tarugo desengordurado, melhorando assim a precisão dimensional e as propriedades mecânicas dos produtos de liga de titânio.

(2) Tendo em vista o problema de que o POM, o principal componente do aglutinante à base de plástico, é fácil de reagir com o pó de titânio desidrogenado hidrogenado de baixo custo e altamente ativo, primeiro, um misturador de atmosfera especial para liga de titânio pode ser usado para preparar a alimentação isolar o oxigênio e melhorar a estabilidade térmica do oxigênio do POM; Em segundo lugar, na pesquisa e desenvolvimento de um novo sistema aglutinante à base de plástico, continue a otimizar a proporção de antioxidantes para melhorar a estabilidade da ração.

(3) Tendo em vista o problema de que o corpo verde injetado com adesivo à base de água é fácil de amolecer, em primeiro lugar, a resistência do corpo verde pode ser melhorada pela adição de componentes de agente esqueleto com baixo teor de oxigênio ou mesmo sem oxigênio; Em segundo lugar, podemos continuar a aprofundar a pesquisa do peso molecular do PEG sobre a formabilidade e retenção de forma da alimentação à base de água e selecionar o peso molecular do PEG de acordo com a complexidade da forma das peças de injeção.