Study of rheological and sintering behavior of iron-based feedstock used in low-pressure metal injection molding

Ayatollahi Tafti, Atefeh (2023). Study of rheological and sintering behavior of iron-based feedstock used in low-pressure metal injection molding. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

This research project investigates the possibility of producing low-cost petal injection molding (PIM) parts from irregular iron-based powders produced by Rio Tinto Metal Powders Company. Mainly water-atomized iron powders with different post-processing conditions (milling, sieving, and annealing), chemical compositions, and particle sizes were primarily tested based on the possibility of producing flowable feedstocks. The low-pressure powder injection molding (LPIM) approach was employed to formulate feedstock with maximum workable solid loading. The best powder in terms of flowability (i.e., unannealed -45 µm powder) was selected to study the effect of each binder ingredient on feedstock rheological properties, evaluate powder/binder interaction, achieve the best binder formulation, and identify the highest solid loading (58 vol. %) of this powder. Furthermore, to design the debinding cycle (i.e., wick thermal debinding) and define the presintering temperature (i.e., 600ºC), the same powder with optimal binder formulation (i.e., 1 vol. % stearic acid as a surfactant, 2 vol. % ethylene-vinyl acetate as a thickening agent, 2 vol. % carnauba wax as a shrinking agent, and paraffin wax (balance) as the main carrier) was used to prepare the feedstock for injecting test specimens. Finally, to evaluate the effect of particle size and impurity level on the moldability, debindability, and sinterability of irregular iron powders, three powders, including -45 µm (325 mesh), -25 µm (500 mesh), and -10 µm (1200 mesh), were used. The results revealed that feedstocks prepared from these three powders could achieve suitable flowability. Furthermore, the density values, mechanical properties, and final composition of PIM parts produced from feedstock prepared from -10 µm powder confirm that this powder is a reasonable alternative for commercially available iron powders in PIM.

Titre traduit

Étude du comportement rhéologique et de frittage des mélanges à base de fer utilisées dans le moulage par injection des poudres métalliques à basse pression

Résumé traduit

Ce projet de recherche étudie la possibilité de produire des pièces moulées par injection des poudres métalliques (PIM) à faible coût à partir de poudres irrégulières à base de fer produites par la compagnie Rio Tinto Poudres Métalliques. Principalement des poudres de fer atomisées à l'eau avec différentes conditions de post-traitement (broyage, tamisage et recuit), compositions chimiques et tailles de particules ont été premièrement testées pour définir leur possibilité de produire des mélanges fluides. L'approche de moulage par injection à basse pression des poudre (LPIM) a été utilisée pour formuler un mélange possédant un chargement solide maximale. La meilleure poudre en termes de fluidité (c'est-à-dire une poudre non recuite de -45 µm) a été sélectionnée pour étudier l'effet de chaque constituent polymérique sur les propriétés rhéologiques du mélange, évaluer l'interaction poudre/liant, obtenir la meilleure formulation de liant et identifier le chargement solide le plus élevé (58 vol. %) de cette poudre. De plus, pour concevoir le cycle de déliantage (c'est-à-dire le déliantage thermique par média mèche) et définir la température de préfrittage (c'est-à-dire 600°C), la même poudre avec une formulation de liant optimale (c'est-à-dire 1 vol. % d'acide stéarique comme agent tensioactif, 2 vol. % d'éthylène-acétate de vinyle en tant qu'agent épaississant, 2 vol. % de cire de carnauba en tant qu'agent de rétrécissement et de la cire de paraffine (balance) en tant que support principal) ont été utilisés pour préparer le mélange pour l'injection des échantillons. Enfin, pour évaluer l'effet de la taille des particules et du niveau d'impuretés sur la moulabilité, la déliantabilité et la frittabilité des poudres de fer irrégulières, trois poudres, dont -45 µm (325 mesh), -25 µm (500 mesh) et -10 µm (1200 mesh), ont été utilisés. Les résultats ont révélé que les mélanges préparés à partir de ces trois poudres pouvaient atteindre une fluidité appropriée. De plus, les valeurs de densité, les propriétés mécaniques et la composition finale des pièces PIM produites à partir des mélanges formulés de poudre de -10 µm confirment que cette poudre est une alternative raisonnable aux poudres de fer disponibles dans le commerce en PIM.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillement for the degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 131-146).
Mots-clés libres:	moulage par injection de poudre (PIM), moulage par injection de poudre à basse pression (LPIM), viscosité à l'état fondu, aptitude au moulage, poudre irrégulière, poudre à base de fer, déliantage thermique par média mèche, température de préfrittage, frittage, propriétés mécaniques
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Demers, Vincent
Codirecteur:	Codirecteur Brailovski, Vladimir
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	09 mars 2023 15:37
Dernière modification:	09 mars 2023 15:37
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3193

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