Influence of wax-based binder formulations on rheological properties of feedstocks used in low-pressure metal injection

Résumé

Le moulage par injection à basse pression des poudres métalliques (LPIM) est une technologie de fabrication utilisée pour produire, d'une manière rentable, de petites pièces métalliques de forme complexes finale à partir d'une grande variété de métaux. Les avantages du procédé LPIM incluent des volumes de production élevés, une mise au mille élevée, une grande variété de matériaux (poudres céramiques et poudres métalliques), d'excellentes proprieties mécaniques, de bons finis de surfaces et de bonnes tolérances géométriques et dimensionnelles. Cependant, les efforts pour optimiser les propriétés mécaniques des matériaux métalliques LPIM impliquent typiquement le déliantage et le frittage en utilisant des charges dont la moulabilité optimale n'a pas encore été démontrée. Par conséquent, l'atteinte du plein potential du processus LPIM est encore limitée par la mauvaise compréhension des mécanismes fondamentaux qui régissent la moulabilité des mélanges LPIM. Jusqu'à présent, il n'y a pas de base de données que les ingénieurs peuvent utiliser pour concevoir une matière première appropriée et le lien entre la formulation du mélange et son impact sur la moulabilité n'est pas encore clair. Pour cette raison, l'objectif principal de ce travail est d'étudier l'influence des constituants à base de cire sur les propriétés rhéologiques des mélanges pour mieux comprendre et prédire les propriétés de moulabilité des mélanges poudre-liant utilisés dans le moulage par injection de poudre. Pour atteindre cet objectif, une campagne de caractérisation rhéologique a été réalisée en utilisant sept groupes de différentes formulations de mélanges composées de plus de 195 mélanges différents. Chaque famille de matières premières a été conçue pour discrétiser l'influence des formulations à un seul liant et à plusieurs liants sur la viscosité. Dans cette étude, trois lots différents de poudre d'acier inoxydable 17-4PH ont été utilisés pour preparer différentes formulations utilisant une fraction volumique de 60 vol. % de poudre, cinq cires différentes (une cire de paraffine (PW), une cire d'abeille (BW), une cire de carnauba (CW) et deux cires microcristallines (MW1 et MW2)), deux agents tensioactifs (acide stéarique (SA) et acide oléique (OA)) et deux agents épaississants (éthylène-acétate de vinyle (EVA) et polyéthylène basse densité (LDPE)). Deux tailles de poudre différentes (12 et 3 μm) produites par pulvérisation à l'eau et une poudre produite par atomisation au gaz (12 μm). Les analyses de calorimétrie différentielle à balayage ont été réalisées pour évaluer le point de fusion de toutes les charges, tandis que les tests rhéologiques ont été effectués à 90 °C pour toutes les matières premières (c.-à-d. > que le point de fusion des liants) pour étudier l'influence des constituants du liant sur la viscosité des mélanges. Il a été démontré que l'acide stéarique (SA) et l'acide oléique (OA) produisent le même effet tensioactif, et comme il est plus difficile de travailler avec l'acide oléique, il a été conclu qu'il n'y a pas de réel avantage à utiliser cet agent tensioactif. Il a également été prouvé qu'une quantité aussi petite que 0.2 vol. % d'acide stéarique était suffisant pour produire l'effet tensioactif. De même, l'éthylène-acétate de vinyle (EVA) a été confirmé comme un bon constituant pour augmenter la viscosité et éventuellement adapter la viscosité des charges afin de diminuer la ségrégation. En comparaison, d'autres agents épaississants classiques tels que le polyéthylène basse densité (LDPE) peuvent également être utilisés comme agent épaississant mais au prix d'une augmentation trop importante de la viscosité des mélanges. Étant donné qu'aucune interaction significative entre SA et EVA n'a été observée, il a été proposé qu'une proportion aussi faible que 0.5 vol. % de SA pourrait être ajoutée dans des mélanges de cires EVA pour produire un effet tensioactif dans ce type de charges. Enfin, il a été démontré qu'une combinaison de deux agents tensioactifs (acide stéarique et acide oléique) dans des charges à base de cires EVA ne produit aucun effet significatif sur la viscosité par rapport à des charges similaires utilisant un seul agent tensioactif. Cette cartographie systématique des liants effectuée dans cette étude peut maintenant être utilisée comme première base de données complète pour mieux comprendre l'impact de chaque ingrédient et les interactions entre les liants sur la viscosité des mélanges afin d'adapter les propriétés des matières premières LPIM à l'avenir.

Date	19 sept. 2018
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Vincent Demers (Directeur(-trice)) & Nicole R. Demarquette (Codirecteur(-trice))