Cos'è il materiale legante?
Nello stampaggio a iniezione dei metalli il legante gioca un ruolo cruciale. I leganti sono tipicamente composti da una miscela di vari polimeri, inclusa una fase principale e diverse fasi aggiuntive (come disperdenti, stabilizzanti e plastificanti). La funzione principale del legante è quella di aumentare la scorrevolezza della polvere durante l'iniezione per facilitare lo stampaggio e fornire una certa resistenza alla parte dopo lo stampaggio. Come componente intermedio, il legante non solo modella la polvere metallica, ma ne mantiene anche la forma prima dell'inizio della sinterizzazione. La miscelazione del legante con la polvere metallica crea una materia prima, che viene utilizzata nello stampaggio a iniezione dei metalli. Il legante viene rimosso dopo lo stampaggio a iniezione e prima dell'inizio della sinterizzazione.
E le proprietà finali dopo la sinterizzazione. Le proprietà del legante influenzano la distribuzione delle particelle metalliche, il processo di stampaggio a iniezione, la dimensione della parte iniettata e le proprietà finali della parte sinterizzata. La tabella 4.1 riassume le caratteristiche di un sistema legante ideale per lo stampaggio a iniezione di metalli. Il legante e le particelle metalliche dovrebbero avere un angolo di contatto piccolo, poiché un angolo di contatto più piccolo consente al legante di bagnare meglio la superficie della polvere, facilitando così la miscelazione e lo stampaggio a iniezione. Il legante e le particelle metalliche dovrebbero rimanere reciprocamente inerti; cioè, il legante non dovrebbe reagire con le particelle metalliche, e le particelle metalliche non dovrebbero causare la polimerizzazione o la degradazione del legante. La miscela di legante e polvere, ovvero la materia prima, deve soddisfare vari requisiti reologici per stampare con successo parti prive di difetti. La viscosità della materia prima dovrebbe rientrare in un intervallo ragionevole per garantire uno stampaggio a iniezione regolare. Una viscosità della materia prima troppo bassa causerà la separazione di fase tra la polvere e il legante durante lo stampaggio, mentre una viscosità della materia prima troppo alta influenzerà il processo di miscelazione e stampaggio a iniezione. Oltre a richiedere che la viscosità della materia prima rientri in un intervallo ideale durante lo stampaggio, è anche necessario che la viscosità della materia prima aumenti in modo significativo durante il raffreddamento, il che aiuta la preforma di iniezione a mantenere una determinata forma durante il raffreddamento.
Tabella 4.1 Caratteristiche dei sistemi leganti ideali per lo stampaggio a iniezione di metalli
| Articolo | Caratteristiche ideali |
|---|---|
| Interazione con la polvere | Angolo di contatto ridotto, buone prestazioni di adesione con la polvere, nessuna reazione chimica con la polvere |
| Caratteristiche del flusso | Bassa viscosità alla temperatura di stampaggio, piccola variazione di viscosità durante lo stampaggio, rapido aumento di viscosità durante il raffreddamento, elevata fluidità e riempibilità |
| Proprietà delegante | Decomposizione graduale, diverse temperature di decomposizione per i diversi componenti del legante, basso contenuto di carbonio residuo dopo il deceraggio, prodotti di decomposizione non-tossici e non-corrosivi |
| Processabilità della produzione | Facile da ottenere, basso costo di produzione, lunga durata di conservazione, sicuro e rispettoso dell'ambiente, nessuna degradazione dovuta al riscaldamento ciclico, elevata resistenza e durezza, basso coefficiente di dilatazione termica, facile da sciogliere nei comuni solventi, elevato potere lubrificante, nessuna ramificazione della catena nelle molecole, nessuna distribuzione orientata |
Il legante deve essere rimosso rapidamente durante il deceraggio senza causare difetti nella parte stampata a iniezione-. È più probabile che si formino difetti nel corpo verde durante la fase di deceraggio poiché la probabilità di difetti aumenta man mano che il legante che fornisce forza-viene rimosso. La mancanza di pori aperti nella fase iniziale del deceraggio termico porta a difetti come crepe e vesciche nella parte stampata a iniezione-. Anche lo stress generato dalla mancata fuoriuscita dei prodotti di degradazione dei polimeri all'interno della parte stampata a iniezione- può causare difetti. Per evitare ciò, il legante è generalmente progettato come un sistema multi-componente che si decompone a diverse temperature. In questo caso, il processo di deceraggio può essere diviso in due fasi: nella prima fase, i componenti a basso punto di fusione-del sistema legante vengono rimossi, creando pori aperti nel corpo verde. Durante questo processo, i restanti componenti del sistema legante forniscono resistenza e mantengono la forma della parte stampata a iniezione-. Nella seconda fase gli altri componenti del sistema legante vengono gradualmente rimossi. Questo metodo di deceraggio in due-fasi consente una rimozione più rapida del legante dalla parte-stampata a iniezione. Il legante dovrebbe inoltre essere completamente decomponibile senza lasciare residui carboniosi e i prodotti di decomposizione durante il deceraggio termico non dovrebbero essere corrosivi per l'attrezzatura.
I leganti utilizzati nello stampaggio a iniezione dei metalli dovrebbero essere facilmente disponibili, poco costosi e avere una lunga durata; gli scarti del cancello e della guida dovrebbero essere riutilizzabili durante il processo di stampaggio a iniezione; il legante deve avere una buona riciclabilità e non deve degradarsi durante il riscaldamento; il legante dovrebbe avere un'elevata conduttività termica e un basso coefficiente di dilatazione termica per prevenire difetti causati dallo stress termico.
È improbabile che un singolo legante soddisfi tutte le caratteristiche del mangime; I sistemi leganti utilizzati nello stampaggio a iniezione contengono tipicamente più componenti, ciascuno dei quali svolge una funzione specifica. Un sistema legante contiene solitamente un componente principale, con altri componenti che agiscono come additivi per ottenere le caratteristiche di alimentazione desiderate.