Investigación sobre adhesivo de moldeo por inyección de metal de aleación de titanio

El titanio y las aleaciones de titanio tienen las características de baja gravedad específica, alta resistencia específica, excelente biocompatibilidad y buena resistencia a la corrosión, y tienen un gran potencial de aplicación en los campos aeroespacial, biomédico, químico, de construcción naval, automotriz y otros. La tecnología de moldeo por inyección de polvo de aleación de titanio (PIM) ha mejorado la tasa de utilización de los materiales, ha realizado la preparación masiva y económica de productos de titanio de tamaño pequeño y mediano con formas complejas y ha promovido significativamente la producción y aplicación de titanio y aleaciones de titanio. productos En la actualidad, existen informes muy limitados sobre el sistema aglutinante de aleación de titanio para moldeo por inyección de polvo, y el desarrollo de un nuevo sistema aglutinante de aleación de titanio para moldeo por inyección de polvo está estancado. En este artículo, se analiza y resume el estado de investigación de diferentes sistemas aglomerantes para el moldeo por inyección de polvo de aleaciones de titanio.

1, breve introducción de la tecnología de moldeo por inyección de polvo

La tecnología de moldeo por inyección de polvo se desarrolla sobre la base de la tecnología de pulvimetalurgia. En combinación con la tecnología de inyección de plástico, se da cuenta de la tasa de utilización de materias primas de casi el 100 por ciento. Es una tecnología de formación de red cercana. El proceso de operación general es el siguiente: primero, el polvo preparado y el aglutinante se mezclan y granulan para preparar la alimentación granular, y luego la alimentación se moldea en una forma específica de producto verde en la máquina de moldeo por inyección. Tras el desengrasado y sinterizado se obtiene el producto con las propiedades requeridas. Las ventajas del moldeo por inyección de polvo de aleación de titanio son:

① Puede realizar la preparación por lotes de pequeñas piezas de formas complejas en 3D;

② Composición uniforme, estructura fina y excelentes propiedades mecánicas;

③ Es fácil agregar elementos sintéticos para preparar todas las materias primas:

④ Es fácil controlar la microestructura del material.

En el proceso de moldeo por inyección de polvo de aleación de titanio, el diseño del aglutinante es un enlace central, que juega un papel importante para permitir que el polvo de aleación de titanio se inyecte sin problemas en un estado fluido durante todo el proceso de moldeo por inyección y puede mantener la forma hasta la etapa de sinterización previa después de que se forma el tocho verde. Sin embargo, el aglutinante agregado también se ha convertido en una de las posibles fuentes de contaminantes Z en todo el proceso de moldeo por inyección. Además, un mayor contenido de aglutinante reducirá la carga de polvo, lo que no solo conducirá a la depresión del campo de forma del cuerpo verde después de pelar, deformar, agrietar y otros defectos, sino que también aumentará la contracción por sinterización, lo que reducirá seriamente la precisión del tamaño del producto. ; Aunque el aglutinante con bajo contenido puede asegurar una alta carga de polvo, es difícil preparar una alimentación con buena fluidez y completar la inyección sin problemas. Garantizar el equilibrio entre el contenido de aglutinante y la carga de polvo aumenta considerablemente la dificultad en el proceso de investigación del aglutinante. así se puede ver. Aunque el aglutinante no determina la composición Z final de los productos sinterizados, su selección y uso afectarán directamente el desengrasado, sinterizado y otros procesos posteriores, afectando así la calidad del producto. Por lo tanto, en el trabajo de investigación de la tecnología de aleación de titanio de moldeo por inyección de polvo, el enfoque en la tecnología aglutinante también es la clave del problema. En este artículo se presenta el estado de investigación de diferentes sistemas aglomerantes para el moldeo por inyección de polvo de aleaciones de titanio y se proponen medidas de mejora para los problemas existentes.

Algunos de ellos son productos de moldeo por inyección de metal en polvo de aleación de titanio producidos con precisión de zhongwei

(a) Piezas de aplicación de ingeniería preparadas por German TJet: (b) Piezas biomédicas preparadas por German TJet: (c) Tornillos óseos de aleación T-6A-7Nb: (d) Estribo artificial CP Ti: ( e) monturas de gafas de aleación de titanio; (f) Caja de reloj Ti-6AI-4V

2, algunos avances de investigación

El titanio metálico tiene una alta actividad y es propenso a la carbonización, la amoníacación y la oxidación cuando la temperatura está cerca de los 400 °C. Se generan impurezas como carburo de titanio, amoníaco de titanio y óxido de titanio, lo que reduce la densidad relativa de sinterización y empeora las propiedades mecánicas de los materiales. Entre las impurezas como el carbono, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno, suele ser más difícil controlar el contenido de oxígeno que otras impurezas. La influencia del contenido de oxígeno (fracción de masa) en las propiedades mecánicas de la aleación de titanio se muestra en la figura. Con el aumento del contenido de oxígeno, aumenta la resistencia de la aleación de titanio, pero la plasticidad se deteriora significativamente. Por lo tanto, se deben lograr los siguientes tres puntos al seleccionar el aglomerante para el moldeo por inyección de polvo de aleación de titanio:

0 Intente garantizar una alta carga de polvo para mejorar la precisión dimensional de los productos;

② El material de alimentación debe tener suficiente fluidez para garantizar que toda la cavidad se pueda llenar sin problemas durante la inyección;

③ Los componentes aglutinantes utilizados no reaccionan con materiales de titanio altamente activos y no hay descomposición ni eliminación residual.

En la etapa inicial de la investigación, la mayoría de los aglutinantes utilizados en el moldeo por inyección de aleaciones de titanio en polvo seguían el sistema de aglutinantes de otros metales. Con la profundización de la investigación científica, aparecieron nuevos aglutinantes como los aglutinantes solubles en agua ya base de poliacetal. En la actualidad, los sistemas aglutinantes ampliamente utilizados en el moldeo por inyección de polvo de aleaciones de titanio son los adhesivos a base de cera termoplástica, los adhesivos a base de plástico y los adhesivos a base de agua respetuosos con el medio ambiente.

Efecto del contenido de oxígeno en las propiedades mecánicas de las aleaciones de titanio

3, Conclusión y perspectiva

La mayor expansión del mercado de aplicaciones de aleación de titanio para moldeo por inyección de metal enfrenta dos desafíos. Primero, el polvo de titanio esférico con tecnología de moldeo por inyección de polvo relativamente madura tiene un alto costo y sus productos son difíciles de usar en los campos de 3C y automóviles a gran escala; El otro es la falta de un sistema aglutinante adecuado para el moldeo por inyección de polvo de aleación de titanio. La aparición del polvo de titanio deshidrogenado hidrogenado marcó el comienzo de la reducción de costos. En comparación con el polvo de titanio esférico, su costo se puede reducir a alrededor del 20 por ciento. Sin embargo, la mayoría de los sistemas de aglutinantes utilizados en el moldeo por inyección de polvo de aleaciones de titanio todavía se utilizan a partir de otros metales, y las características de los materiales de aleación de titanio no se han considerado completamente, por lo que el proceso de investigación y desarrollo estuvo una vez en un cuello de botella. Aunque el sistema aglutinante de aleación de titanio desarrollado independientemente en China ha roto el bloqueo técnico de empresas como BASF, su investigación y desarrollo aún se encuentra en la etapa de prueba y error a gran escala debido a la falta de orientación teórica sistemática y el proceso de la practicidad es todavía relativamente lenta. Basado en el estado de investigación del sistema aglutinante, el autor presenta algunas sugerencias sobre los problemas existentes del moldeo por inyección de polvo de aleación de titanio en esta etapa para referencia de investigadores en la misma industria, y promueve conjuntamente el proceso de industrialización del moldeo por inyección de polvo de aleación de titanio. .

(1) En vista de la baja precisión dimensional y la poca plasticidad de los productos de aleación de titanio moldeados por inyección de polvo aglutinante a base de cera, la investigación sobre el reemplazo parcial de componentes PW por PEG puede profundizarse aún más. En comparación con PW, PEG tiene una mejor porosidad y una temperatura de descomposición más baja, lo que es útil para aumentar la capacidad de carga de la alimentación y reducir el contenido de impurezas en el tocho desengrasado, mejorando así la precisión dimensional y las propiedades mecánicas de los productos de aleación de titanio.

(2) En vista del problema de que el POM, el componente principal del aglutinante a base de plástico, es fácil de reaccionar con polvo de titanio deshidrogenado hidrogenado altamente activo y de bajo costo, primero, se puede usar un mezclador de atmósfera especial para aleación de titanio para preparar la alimentación. para aislar el oxígeno y mejorar la estabilidad térmica del oxígeno del POM; En segundo lugar, en la investigación y desarrollo de un nuevo sistema aglutinante a base de plástico. Continuar optimizando la proporción de antioxidantes para mejorar la estabilidad del alimento

(3) Con el fin de resolver el problema de que el cuerpo verde es fácil de ablandar cuando se inyecta el aglutinante a base de agua, en primer lugar, se pueden agregar componentes de agente de esqueleto con bajo contenido de oxígeno o incluso sin oxígeno. Mejora la fuerza de la inyección verde; En segundo lugar, podemos continuar profundizando en la investigación del peso molecular de PEG en la formabilidad y retención de forma de la alimentación a base de agua, y seleccionar el peso molecular de PEG de acuerdo con la complejidad de la forma de las piezas de inyección.