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Einführung in den katalytischen Entbinderprozess bei der Herstellung von MIM Edelstahlteilen



Datum:[2024/7/1]
Das katalytische Entfettungsverfahren Catamold ® ist ein einstufiges Entfettungsverfahren für das Metallpulver-Spritzgießen, das von Bloemacher von BSAF in Deutschland Anfang der 1990er Jahre entwickelt wurde. Es ist derzeit das am häufigsten verwendete katalytische Entfettungsverfahren von inländischen Metallspritzgussherstellern.

1. Arbeitsprinzip der Säureabscheidung (katalytische Entfettung)

Die Hauptkomponente des Klebstoffs ist Polyoxymethylenharz. Aufgrund der inhärenten chemischen Struktur des Polyoxymethylenharzes wird der Klebstoff direkt durch Gasphasenabbau katalysiert.

Charakteristisch für Polyoxymethylenharzketten sind repetitive Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindungen, wie in Abbildung 1 dargestellt. Die Sauerstoffatome in Polymerketten reagieren empfindlich auf die Wirkung von Säuren, und wenn sie geeigneten Säurekatalysatoren ausgesetzt sind, können chemische Reaktionen dazu führen, dass Makromoleküle in CH2O (Formaldehyd)-Einheiten spalten.

Der im Entfettungsprozess übliche Katalysator ist derzeit hochkonzentrierte gasförmige Salpetersäure (die flüssige Salpetersäure mit einem Salpetersäuregehalt höher als 98,5%).vergast Die katalytische Reaktion von Salpetersäure eignet sich besonders für den Entfettungsprozess des Pulverspritzgusses.

Bei 110 ℃, ist die Entfettungsrate sehr hoch, die viel niedriger ist als der Schmelzbereich von Polyformaldehyd (150 ℃~170 ℃). Auf diese Weise wird das Polymer direkt von Feststoff in Gas umgewandelt.

Durch Catamold ® verläuft die Haftgasschnittstelle je nach Klebstoffart mit einer linearen Geschwindigkeit von 0,5~2mm/h nach innen.

Kleine Formaldehydgasmoleküle (Siedepunkt -21 ℃) können leicht durch die poröse Außenschicht der Formteile überlaufen, ohne die Pulverpartikelstapelstruktur zu beschädigen.

Zu diesem Zeitpunkt ist der Klebstoff noch sehr stark, wodurch die Teile während der Entfettung anhaltend härten, plastische Verformungen vermieden und gute Toleranzen erreicht werden.

Nach der vollständigen Entfernung von Polyformaldehyd gibt es immer noch eine bestimmte Menge säurebeständiger Klebstoffkomponente (normalerweise 10% Massenanteil des Klebstoffgehalts), die eine bestimmte Transportstärke für das vorgeformte Pulver bereitstellen kann.

Diese säurebeständige organische Komponente kann bei anschließenden Sinterarbeiten (thermische Entfernung) entfernt werden.

Hinweis: Der Entfettungsprozess entfernt den Klebstoff tatsächlich nicht vollständig, da der Klebstoff etwa 10% an Masse säurebeständiger Komponenten enthält, die sicherstellen können, dass die entfetteten Teile während des Entfettungsofens, Betriebs oder Eintrittsprozesses nicht kollabieren. Diese säurebeständigen Komponenten werden schließlich im Sinterofen entfernt.

2. Katalytische Entfettungsanlage

Die zu entfettenden Teile werden auf die Trägerplatte des katalytischen Entfettungsofenrostes MIM gelegt. Der Ofen ist mit einem Ventilator ausgestattet, um eine ausreichende Mischung und Zirkulation des Gases zu gewährleisten. Der Katalysator wird durch eine quantitative Pumpe quantitativ in den Ofenkörper eingespeist und anschließend auf einer Keramikplatte verdampft.

Stickstoff dient als Trägergas. Lassen Sie entfettete Metallteile nicht korrodieren, sonst wird sich dies negativ auf die Reaktion in der Gasatmosphäre auswirken.

Der experimentelle Entfettungsofen (50L) benötigt etwa 40g/h Salpetersäure und 500L/h Stickstoff. Chargenfettöfen mit einer Kapazität von 420 Liter können bei einigen Ofenherstellern erworben werden. Kontinuierliche Entfettungsöfen können auch für Entfettungsvorgänge eingesetzt werden.

Vor Beginn des Entfettungsprozesses sollte ein 1-stündiger Reinigungsvorgang durchgeführt werden, gefolgt von einem gleichmäßigen Inertgas im Ofen, und der Ofen und der grüne Körper sollten auf 110 ℃ erhitzt werden.

Wenn die Entfettungszeit zu lang ist, werden die Teile nicht beschädigt, während wenn die Entfettungszeit zu kurz ist, Abfall entsteht. Daher wird empfohlen, die Entfettungszeit um ein einstündiges Intervall bis zur Abnahme des Gewichts deutlich zu reduzieren, um eine angemessene Entfettungszeit zu bestimmen.

Während des Versuchs, insbesondere im Vergleich zu Kleinteilen, kann die Entfettungszeit eines voll beladenen Ofens um 50%. Wenn der Anteil steigt, sollten diese Sicherheitsmaßnahmen ebenfalls erneut ergriffen werden.

Das entladene Gas muss einer zweistufigen Verbrennungsbehandlung unterzogen werden.

Im ersten Stufe Brenner wird das Reaktionsgas in einer sauerstoffarmen Propanflamme verbrannt. Die Hauptmethode besteht darin, die verbleibende Salpetersäure und die hauptsächlich durch Salpetersäure erzeugte NOx-Komponente auf N2 zu reduzieren. Hier hat Formaldehydgas eine starke Reduktionsreaktion.

In der zweiten Stufe des Brenners wird die entworfene und zugeführte Luft vollständig verbrannt. Die Emissionen von Gasen, die nach der Verbrennung in den Rauch gelangen, entsprechen den aktuellen Umweltvorschriften.

3. Teilförderung

Die Form der Unterstützung für die Teile im Entfettungsofen hängt von der geometrischen Form der Teile ab.

Legen Sie das Formteil in die beste aufrechte Seitenposition auf die Sinterschale. Der Abstand zwischen den Teilen sollte groß genug sein, um den Gasfluss nicht zu behindern.

Teile können auf porösen Platten oder Drahtgeflecht platziert werden, was einen Gasaustausch am Boden der Teile ermöglicht, wodurch die Entfettungszeit verkürzt wird.

Bemerkungen:

Der Entfettungsofen verwendet normalerweise Edelstahlschalen, und die Formteile werden auf Keramikplatten bestimmter Größen (wie 100mm bis 100mm) platziert, die sauber auf den Edelstahlschalen angeordnet sind.

Um die besten wirtschaftlichen Vorteile zu erzielen, sollte jeder Ofen bestrebt sein, die optimale Belastbarkeit so weit wie möglich zu erreichen.

4. Entfettungstemperatur

Um einen sicheren Unterschied mit dem Siedepunkt der Salpetersäure aufrechtzuerhalten, ist der tatsächliche untere Grenzwert 100 ℃, und der obere Grenzwert wird basierend auf der Schmelztemperatur des Klebstoffs gesetzt (150 ℃~170 ℃).

Tatsächlich ist die obere Grenztemperatur 140 ℃, und es wird im Allgemeinen empfohlen, 110 ℃~120 ℃ zu verwenden.

5. Salpetersäure

Grundsätzlich beschleunigt sich die Entfettungsgeschwindigkeit mit steigendem Salpetersäuredurchsatz.

Bei Überschreitung der vorgegebenen Durchflussmenge kann die Konzentration von Oxidationsgas plus Formaldehyd im Extremfall zu einer Selbstentzündung führen. Erfahrungsgemäß empfehlen und regulieren wir, dass die Salpetersäurekonzentration höher als 98,5%.

Um die Sicherheit in der Produktion zu gewährleisten, verpflichten Entfettungsofenhersteller in der Regel die Konzentration von Salpetersäure.

6. Entfettungsrate

Bei einer Ofentemperatur von 110 ℃, liegt die typische Geschwindigkeit an der Entfettungsfront zwischen 1-2mm/h. Wenn die Belastbarkeit des Ofens steigt, muss die Entfettungszeit verlängert werden.

Bleibt das Teil länger als die minimale Entfettungszeit im Ofen, hat dies in der Regel keine nachteiligen Auswirkungen auf das Teil.

Tipp: Aufgrund der Neigung entfetteter Teile mit Feuchtigkeit in der Luft und Rost in Kontakt zu kommen, legen wir die entfetteten Teile manchmal direkt in den Ofen, bis sie aus dem Ofen entfernt werden müssen; Einige Unternehmen spezialisieren sich auch auf die Herstellung von Stickstoffschutzkästen zur Lagerung entfetteter und gesinterter Formteile.

7. Steuerung des Defattierungsbetriebs

Es gibt zwei Möglichkeiten, die Wirkung der Entfettung zu erkennen.

7.1 Entfettungsvorgänge können durch Wiegen und Erkennen eines oder mehrerer entfetteter Teile gesteuert werden. Berechnen Sie die Entfettungsrate, indem Sie die Gewichtsänderungen der Teile vor und nach der Entfettung messen.

Beim Einstellen von Parametern kann die Entfettungsrate jedes Mal überprüft werden, indem Parameter wie Entfettungszeit und Temperatur angepasst werden, bis sich die Daten nicht mehr ändern, um die optimale Parameterkombination zu finden.

7.2 Hilfsprüfmethode: Schneiden Sie den dicksten Teil der Teilewand auf und beobachten Sie die frische Bruchfläche, um den entfettenden Zustand zu bewerten. Die nicht entfettete Bruchfläche des Kerns zeigt unterschiedliche Farben. Wenn die Entfettung ausreicht, ist die Farbe der Bruchoberfläche konsistent.

Entfettungsrate=(Gewicht vor Entfettung; Gewicht nach Entfettung)/Gewicht vor Entfettung

8. Kontinuierliche Entfettung

Die kürzere Entfettungszeit von Catalold ® Formteilen ermöglicht eine kontinuierliche Entfettung und Sinterung.

Wie Batchöfen können kontinuierliche Öfen auch ein Gemisch aus Stickstoff und Katalysatorgasen verwenden, wobei die Strömungsrichtung des Gases gegenüber der der Teile steht, während sie oben entladen und verbrannt werden.

Am Eingang des Ofens müssen die Teile durch ein vorgeheiztes Tor gelangen, um zu verhindern, dass der Katalysator auf der Oberfläche der Teile kondensiert.
metal injection molding components
Das Entfettungsverfahren hat ein kontinuierliches Entfettungs- und Sinterofensystem entwickelt. Der Betriebsablauf ist wie folgt:

>Legen Sie das MIM-Formteil in die erste Heizzone der Entfettung und erwärmen Sie es auf 86 ℃ unter einer Stickstoffatmosphäre, um Kondensation von Salpetersäure auf dem Knüppel während des nachfolgenden katalytischen Entfettungsprozesses zu vermeiden.

>Dann bewegen Sie den gebildeten Rohling in die katalytische Entfettungszone, um das Polyformaldehydharz in Formaldehyd zu zerlegen.

>Nach der vorläufigen Entfettung tritt der Knüppel durch die erste Reinigungskammer in den Sinterofen ein, und Restbinder wird in der ersten Heizzone des Sinterofens entfernt.

>Anschließend wird das Sintern unter Einwirkung von Stickstoff, Wasserstoff, Argon, zersetztem Ammoniak und anderen Mischungen durchgeführt.

9. Zusammenfassung

Ein wichtiges Merkmal der Catamold ® Methode ist die Verwendung von Katalysatoren zur Entfettung, die die flüssige Phase während der Entfettung eliminiert und die Schwächen von MIM Produkten vermeidet, die anfällig für Verformungen und schwierig zu kontrollierende Größengenauigkeit sind. Dies ist ein bedeutender Durchbruch in der MIM-Industrie und durch die katalytische Entfettung verkürzt es die Entfettungszeit erheblich, wodurch Kosten gesenkt und die Herstellung von großformatigen MIM-Komponenten ermöglicht wird.