金属粉末射出成形：成形プロセスにおける焼結変形の試験評価技術需要

 

発売日：[2024/1/3]
 

粉末射出成形プロセスに大量の粉末が採用されていることは、最終成形部品内に小さな穴が含まれていることを意味し、粉末粒子のサイズは部品の内部構造性能、例えば空隙率と結晶粒サイズに明らかに影響を与えることができる。粉末粒子のサイズを小さくすることで焼結性能を改善することができるが、それに伴い比表面積が増大し、最終的には酸素濃度の傾向が増大することになる。
粉末射出成形後に排膠と焼結プロセスを行い、これらのプロセスで粉体粒子の空隙間に散在する接着剤は成形品の外形の変化を引き起こす。また、緻密性のため焼結は高温で行う必要があり、焼結温度は融点に近いため、重力によるクリープを考慮する必要があり、大きいサイズの成形部品ほど大きな変形が発生し、結果として最終部品に必要な寸法精度を保証することは困難である。実際の生産において、このような高温下でのクリープ変形による結果は、粉末射出成形プロセスが重量100 g以内の軽量小型部品の生産にしか使用できないことである。そのため、重い大型部品の生産において粉末射出成形プロセスを採用するには、この変形を抑制するための工夫が必要であり、これは現在の粉末射出成形プロセスが直面している大きな課題である。
軽量小型部品の生産には、高精度で高品質の製品を得るためにも、このような変形挙動の法則を正確に把握し、製品の最終的な特性に基づいて、焼結プロセスパラメータ及び焼結前ブランクの幾何学的寸法を決定する必要がある。排膠と焼結過程における製品部品の収縮規則の獲得は主に以下の2つの方面に関連する：
（1）焼結過程における製品部品の収縮はサンプリング形式で試験した熱膨張係数だけで正確に得ることができない。これは主にサンプリング試験の熱膨張過程におけるサンプル内部の伝熱と製品部品が全く異なるためであり、試験によって得られた熱膨張係数は部品の変形量を予計するには大きな誤差がある。最良の方法は焼結プロセスをシミュレーションする過程で製品部品の全体変形量をリアルタイムでテストし、現在の熱膨張係数変形計算と経験に基づく反復試験法の代わりに正確、信頼性、効率的なテストと数値シミュレーション方法を採用し、製品の開発周期と費用を短縮することである。
（2）焼結中に一部の製品部品の支持されていない部位が一定の温度になると、材料の軟化により重力の影響を受けて下曲げ変形が発生し、図5に示すように。枠状類の製品部品に対しては、焼結後に部品の側縁にある程度凹みや外凸が生じることが多い。このことから、重力の影響は製品部品の収縮に異方性を生じさせ、製品部品の最終形状に影響を与えることがわかり、文献1 ~ 10は各種焼結における重力影響について詳細に説明した。要するに、これらの変形が焼結昇温中に発生したのか冷却中に発生したのか、および変形が発生した具体的な温度と変形量の大きさは焼結プロセスが理解しなければならない重要なパラメータであるが、これらの変形パラメータは熱膨張係数試験によっては得られず、部品の全体測定によってしか正確に理解できない。
以上より、射出成形焼結過程における製品部品の収縮変形に対して、以下の問題を解決する必要がある：
1.焼結過程における製品部品の全体寸法変化規則及び重力影響部品の局所的な曲げ変形規則を直接観測する、
2.非接触測定方式を採用し、接触式測定ヘッドバーの荷重力が排膠と焼結変形に与える影響を回避する、
3.大面積測定方式を採用し、直接成形品の変形をテストし、サンプル製造の代表性不足を回避する；
4.成形品または試料の二次元変形同時測定を実現し、多点位置変化同時測定機能を有する、
5.異なる昇温制度（例えば異なる昇温速度と異なる一定温度）下で部品の寸法変化規則を観測する、
6.異なる雰囲気（真空、アルゴン、窒素、水素など）と異なる気圧条件が部品の寸法変化規則に与える影響、及び異なる温度区間の切り替え雰囲気条件と気圧一定が部品の寸法変化規則に与える影響を観測する、
7.高精度高温熱膨張係数試験機能を同時に備える。