MIMプロセスシリーズ第6回：焼結

焼結は、金属粉末射出成形（MIM）プロセスにおける重要な最終工程であり、すでに脱脂を終えた「脱脂体」を、固体の完成部品へと変化させます。これらの部品は、焼結工程の高熱下での移動を最小限に抑えるよう設計された専用セラミックトレーに慎重に配置されます。トレーは高温炉に装入され、部品は徐々に加熱されます。この制御された加熱により、残存するバインダー材料が蒸発し、純度が高く高密度な最終製品が得られます。

炉内温度がさらに上昇すると、部品内の個々の金属粒子が結合し始める温度に達します。原子拡散によって進行するこの結合プロセスにより、部品は固化し、最終的な強度と形状が与えられます。焼結中、部品は通常約20%収縮します。これは、エンジニアが初期設計段階で考慮すべき重要な要素です。焼結工程が完了すると炉は冷却され、部品は慎重に取り出されます。この段階で部品は完成品と見なされますが、用途固有の要件を満たすために、機械加工や表面コーティングなどの追加工程が行われる場合があります。

炉の種類

MIM生産で使用できる炉には、連続炉とバッチ炉の2種類があります。連続炉では、同一工程内で脱脂と焼結を行うことができます。温度は母材金属の融点近くまで達するため、これらの炉は大量生産にのみ適しています。バッチ炉も母材金属の融点近くまで加熱しますが、連続炉よりも工程時間が大幅に短くなります。これらの炉は真空下で稼働し、工程中にはフローガスが炉内に送り込まれます。このガスには窒素、アルゴン、水素を使用できます。また、この炉には、水素発生装置、窒素発生装置、停電時に容器を冷却するための非常用バックアップ電源装置などの補助設備も必要です。

焼結中の課題

焼結中には問題が発生する可能性があるため、当社の設計段階では最終部品で起こり得る問題を検討します。これらの問題には、重力や摩擦を考慮しないことが含まれます。その結果、部品が反る可能性があります。これを最小限に抑えるために、当社のエンジニアはいくつかの方法を用いています。たとえば、スペーサーの使用、部品への補強リブの追加、コイニングなどがあります。また、部品にたわみが発生することもあります。たわみやすい箇所を立てた状態で支持する専用セッターを使用することで、この問題を解決できます。部品を特殊なセラミックトレーに配置したり、ランナーを設けたりすることも可能です。

シリーズのその他の記事：

• MIMシリーズ第1回
• MIMシリーズ第2回 – フィードストック
• MIMシリーズ第3回 – 混練
• MIMシリーズ第4回 – 成形
• MIMシリーズ第5回 - 脱脂