Úloha morfologie kovových prášků v procesu jejich zpracování vstřikováním

Mukunda Bhimasena Rao Nagaraj

Doctoral thesis

Role of Powder Characteristics in Metal Injection Molding Process

Abstract:

Metal powders play a significant role in the success of precision component manufacturing via metal injection molding (MIM). Key metal powder characteristics, such as the particle size distribution and particle shape, dictate the process parameters and component characteristics. This Ph.D. thesis focuses on addressing the simultaneous effects of the above key powder characteristics on feedstock performance in the MIM process. Metal powders with particle size distributions in the range of (3-20) micrometers, prepared using two widely used fabrication technologies, gas and water atomization, were chosen in the present thesis work. Gas atomization produces spherical particles, whereas water atomization generates irregularly shaped particles. The powders with different sizes and shapes were analyzed for critical solid loading, rheology including flow instabilities, injection molding, and sintering to assess the size and shape effects in MIM. As the majority of the work emphasizes interpreting the shape of the powder particle using a qualitative microscopic technique, a quantitative approach based on the Euclidean distance mapping was developed, and the results were compared with the commercially available dynamic image analyzer.

Abstract:

Morfologie kovových prášků hraje významnou roli při vstřikování vysoce plněných práškových materiálů (MIM z angl. Metal Injection Molding). Klíčové vlastnosti kovového prášku, jako je distribuce velikostí částic a tvar částic, určují parametry procesu a vlastnosti vyráběných komponent. Tato doktorská práce se zaměřuje na vliv těchto klíčových charakteristik prášku na zpracovatelnost MIM materiálů. V práci byly hodnoceny kovové prášky s rozdílnou distribucí velikostí částic v rozmezí (3-20) mikrometrů, připravené pomocí dvou široce používaných výrobních technologií, atomizace plynem a vodou. Atomizace plynem vytváří kulovité částice, zatímco atomizace vodou vytváří částice nepravidelného tvaru. Prášky s různými velikostmi a tvary byly analyzovány v souvislosti s kritickým plněním, reologií včetně nestabilit toku, vstřikováním a slinováním. Jelikož z výsledků vyplývá důležitost interpretace tvaru prášků, byl též vyvinut kvantitativní přístup založený na euklidovském mapování, a výsledky kvantifikace byly porovnány s komerčně dostupnou dynamickou obrazovou analýzou.

Keywords

vstřikování kovových prášků, směs, distribuce velikostí částic, tvar částic, obsah prášku

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 2. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 17. 4. 2024
• Supervisor: prof. Ing. Berenika Hausnerová, Ph.D.

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Doctoral programme / field:
Process Engineering / Tools and Processes