Study of the influence of powder and binders characteristics on rheological behavior and moldability properties of low-pressure powder injection molding stainless steel feedstocks

Elmajdoubi, Marwan (2018). Study of the influence of powder and binders characteristics on rheological behavior and moldability properties of low-pressure powder injection molding stainless steel feedstocks. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

The fabrication of small as well as sophisticated and cost-effective metallic parts which are of proper geometric tolerances and dimensions is a significant goal in the present manufacturing industries. In the manufacturing industry, all these requirements can be encompassed through low-pressure powder injection molding LPIM. In this study, the rheological behavior of feedstocks using water-atomized stainless steel 17-4PH metal powder under LPIM is investigated by variations of solid loading and particle size distribution of 3 μm and 10 μm. Since LPIM’s feedstock is exposed to high stringent characteristics, the study emphasizes on powder and binder system in which stainless steel 17-4PH powder is mixed with composite binder composition, which consists of paraffin wax PW, stearic acid SA, and ethylene vinyl acetate EVA and examined by variation of solid loading concentration. In addition, the rheological properties such as the impact of thermal equilibrium, different solid loading, particle size distribution, shear rate and temperature were performed by using a rotational rheometer MCR 302. Since the geometry of the water atomized stainless steel metal powder is an irregular shape, the rheological properties can significantly influence the surface quality, resolution capabilities, and shape retention. Hence, the LPIM rheological characteristics as a function of water atomized stainless steel powder are evaluated by viscosity, moldability, and feedstock characteristics. Moreover, during the experimental investigation, different tests were repeatedly conducted with the same feedstock after a specific waiting time since results obtained were different for the same method and feedstock composition. The feedstock samples with the stainless steel powder at different solid loading of 48, 60, and 65 vol. % were investigated at shear range from 0.5 to 3500 s-1 with different binders at temperatures of 70, 80, 90, and 100°C. Results were demonstrated by evaluating the effect of shear rate on the feedstock viscosity in the graphical representation and has been seen that the viscosity of the powders decrease as the shear rate is increased in a feedstock containing PW-SA whereas it behaves unexpectedly in a feedstock containing PW-SA-EVA as the viscosity does not change with increasing temperature.

Titre traduit

Étude de l'influence des caractéristiques de la poudre et des liants sur le comportement rhéologique et les propriétés de moulabilité des moulures d'acier inoxydable moulées par injection de poudre basse pression

Résumé traduit

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 à partir d'une grande variété de métaux. Dans l'industrie manufacturière, toutes ces exigences peuvent être atteintes par le moulage par injection à basse pression des poudres métalliques LPIM. Cette étude porte sur le comportement rhéologique de la poudre métallique d'acier inoxydable 17-4PH atomisée à l'eau en faisant varier la fraction volumique de poudre et de la distribution granulométrique de 3 et 10 μm. L'étude met l'accent sur le système de poudre et de liant dans lequel la poudre d'acier inoxydable 17-4PH est mélange avec la composition de liant comme cire de paraffine PW, l’acide stéarique SA, et l’éthylèneacétate de vinyle EVA. En outre, les propriétés rhéologiques telles que l'impact de l'équilibre thermique, la fraction volumique, la distribution granulométrique, le taux de cisaillement et la température sont étudiées par l'utilisation du rhéomètre rotationel MCR 302. Puisque la géométrie de la poudre de métal d'acier inoxydable atomisée à l’eau est de forme irrégulière, les propriétés rhéologiques peuvent influencer de manière significative la qualité de surface, les tolérances dimensionnelles et la rétention de forme. Par conséquent, les caractéristiques rhéologiques du LPIM en fonction de la poudre d'acier inoxydable atomisée à l'eau sont évaluées par l’utilisation de la viscosité, l’aptitude au moulage et la fraction volumique. De plus, au cours des essais expérimentaux, différents tests ont été effectués à plusieurs reprises avec la même charge après un temps d'attente spécifique puisque les résultats obtenus étaient différents pour la même méthode et la même fraction volumique. Les mélanges avec la poudre d'acier inoxydable à différentes fraction volumique de 48, 60 et 65 vol. % ont été étudiés dans une gamme de cisaillement de 0.5 à 3500 s-1 avec différents liants à des températures de 70, 80, 90, et 100°C. Les résultats ont montrés que la viscosité des poudres diminuait lorsque le taux de cisaillement augmentait dans une charge contenant PW-SA alors qu'elle se comportait de façon inattendue dans une charge PW-SA-EVA car la viscosité ne change pas avec l'augmentation de la température.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master's degree with thesis in mechanical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 81-92).
Mots-clés libres:	LPIM, propriétés rhéologiques, viscosité, aptitude au moulage, charge d'alimentation, charge solide
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Demers, Vincent
Codirecteur:	Codirecteur Bocher, Philippe
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	18 avr. 2019 20:04
Dernière modification:	18 avr. 2019 20:04
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2279

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