بهینه‌سازی پارامترهای موثر بر فرایند قالب‌گیری تزریقی پودر کامپوزیت فولاد زنگ‌نزن- کاربید تیتانیم (SS-TiC) جهت کاربردهای مهندسی پزشکی

خاک بیز, مهرداد; سیمچی, عبدالرضا

doi:10.30501/jamt.2019.84282

بهینه‌سازی پارامترهای موثر بر فرایند قالب‌گیری تزریقی پودر کامپوزیت فولاد زنگ‌نزن- کاربید تیتانیم (SS-TiC) جهت کاربردهای مهندسی پزشکی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

مهرداد خاک بیز ¹

عبدالرضا سیمچی ²

¹ دانشگاه تهران، دانشکده علوم و فنون نوین، بخش مهندسی پزشکی، تهران، ایران

² دانشگاه شریف، دانشکده مهندسی مواد،تهران ، ایران

10.30501/jamt.2019.84282

چکیده

در این پژوهش مراحل ساخت کامپوزیت زمینه فلزی پایه فولاد زنگنزن حاوی ذرات کاربید تیتانیم به روش قالبگیری تزریقی پودر (PIM) مورد بررسی قرار گرفت. اثر عواملی مانند نرخ برش، اضافه نمودن کاربید تیتانیم، دما و بار جامد بر روی رفتار رئولوژی خوراکهای مورد استفاده در PIM مورد بحث و بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج به دست آمده بهترین خوراک و دمای مناسب برای فرایند تزریق تعیین شد. بر اساس معادلات مختلف حداکثر بارجامد بحرانی مورد محاسبه قرار گرفت. بعد از این مراحل فرایند تزریق در دو دمای 93 و^oC115 و در دو فشار 5 وMPa10 انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش دما از 60 به 70 درجه سانتیگراد گرانروی خوراک ها تقریبا 20% کاهش پیدا میکند اما از دمای 70 به 80 درجه تقریبا ثابت میماند. میزان گرانروی تمام خوراکها کمتر از pa.s1000 بوده است. میزان بار جامد بحرانی محاسبه شده در این تحقیق نیز 64% حجمی می باشد.

کلیدواژه‌ها

قالب گیری تزریقی پودر

کامپوزیت

رئولوژی

فولاد زنگ نزن

عنوان مقاله English

Optimization of Powder Injection Molding Process Parameter for Production SS316/TiC Composite for Biomedical Application

نویسندگان English

Mehrdad Khakbiz ¹

Abdolreza Simchi ²

¹ University of Tehran, Faculty of New Science and Technology, Division of Biomedical Engineering, Tehran, Iran

² Sharif university of Technology, Department of Materials Science and Engineering, Tehran, Iran

چکیده English

The Current investigation was designed to study different steps of powder injection molding of Stainless Steel/TiC Composite. So a multi-component binder was selected and its melting, recrystallization and degradation temperatures were evaluated via DSC and TGA experiments. In order to study the rheological behavior of feedstock, a capillary rheometer was incorporated and the effects of shear rate, TiC content, temperature and solid loading on rheological behavior of feedstock were investigated and based on the results the best feedstock and processing temperature were selected. In the next step, some samples were injection molded at two temperatures (93 and 115 ^oC) and two pressures (5 and 10 MPa). Results showed that by increasing temperature from 60^oC to 70^oc the viscosity decreased 20% but will be stable in higher temperature. The viscosity of all sample was below 1000 Pa.s. the calculated solid loading was 64%. By adding TiC particles, the green density of samples decreased from 4.85 gr/cm³ to 4.7 gr/cm³.

کلیدواژه‌ها English

Powder Injection Molding

Composite

Rheology

Stainless steel

R. M. German and A. Bose, Injection Molding of Metal and Ceramic, MPIF, New Jersey, 1997.
R. M. German, Powder Injection Molding, MPIF, New Jersey, 1990.
D. Lin, D. Sanetrnik, H. Cho, S. Taek Chung, S. Jin Park, “ Rheological and thermal debinding properties of blended elemental Ti-6Al-4V powder injection , molding feedstock, Powder Technology, Vol. 311, 15 2017, pp. 357-363.
A. Romero, G. Herranz, “Development of feedstocks based on steel matrix composites for metal injection moulding, Powder Technology, Vol.308, 2017, pp. 472-478
V. Demers, F. Fareh, S. Turenne, N. R. Demarquette, O. Scalzo , “Experimental study on moldability and segregation of Inconel 718 feedstocks used in low-pressure powder injection molding”, Advanced Powder Technology, Vol. 29, 2018, pp. 180-190.
M. Aslam, F. Ahmad, P. S. M. B. M. Yusoff, K. Altaf, R. M.German, Powder injection molding of biocompatible stainless steel biodevices”, Powder Technology, Vol. 295 2016, pp. 84-95.
V. Perez-Puyana, M. Felix, A. Romero, A. Guerrero, “Development of eco-friendly biodegradable superabsorbent materials obtained by injection moulding ,Journal of Cleaner Production, Journal of Cleaner Production, Vol.198, 2018, pp. 312-319.
E. Yılmaz, A. Gökçe, F. Findik, H. Gulsoy,” Metallurgical properties and biomimetic HA deposition performance of Ti-Nb PIM alloys”, Journal of Alloys and Compounds, Vol.746, 2018, pp. 301-313.
R. Supati, N. H. Loh, K. A. Khor and S. B. Tor, "Mixing and Characterization of Feedstock for Powder Injection Molding", Materials Letters. Vol. 46, 2000, pp. 109-114.
C. Beebhas, C. Mutsuddy and R. G. Ford, Ceramic Injection Molding, Chapman and Hall, London, 1995.
Y. Li, B. Huang and X. Qu, "Viscosity and Melt Rheology of Metal Injection Moulding Feedstock", Powder Metallurgy, Vol. 42, 1999, pp. 86-90.
B. Hausnerova, "Rheological Properties of Particle Filled Polymers", www. Mat. chalmers.se/kurser/mpm065/lecture.pdf,Access in July 2003.
F. J. Liu and K. S. Chou, "Determining Critical Ceramic Powder Volume Concentration from Viscosity Measurements", Ceramics International, Vol. 26, 2000, pp. 159-164.
G. P. Bierwagen, "CPVC Calculation", J. Paint. Technol., Vol. 44, 1972, pp. 46-55.
Ir. R. Rutgers, "Relative Viscosity and Concentration", Rheol. Acta, Vol. 2, 1996, pp. 305-349.
J. Janardhana Reddy, N. Ravi and M. Vijayakumar, "A Simple Model for Viscosity of Powder Injection Moulding with Binder above Powder Critical Binder Volume Concentration", Journal of European Ceramic Society, Vol. 20, 2002, pp. 2183-2190.