Catamold 4605, Ni-Mo alaşımlı düşük alaşımlı bir çelik tozudur ve Metal Injection Molding (MIM) sürecinde kullanılır. Bu malzemede bağlayıcı olarak genellikle poliasetal (POM (poliasetal)) bazlı organik bağlayıcı bulunur. Debinding aşamasında nitrik asit (HNO₃) buharı katalizör olarak kullanılarak bağlayıcı parçalara ayrılır ve uzaklaştırılır.
Nitrik asit (HNO₃) normalde oda sıcaklığında bile uçucu bir sıvıdır.
Kaynama noktası: ≈ 83 °C
Bu yüzden 80 °C civarına gelince yoğun bir şekilde HNO₃ buharı çıkmaya başlar.
Ama işin püf noktası şudur:
MIM’de kullanılan katalitik debinding fırınlarında genellikle 120–160 °C sıcaklıklarda nitrik asit buharı uygulanır.
Çünkü bu sıcaklık aralığında poliasetal (POM) bağlayıcı asit kataliziyle hızla parçalanır ve formaldehit / metenal (CH₂O) gazına dönüşür.
Kimyasal Tepkimeler
1. POM’un (poliasetal) zincir yapısının asit kataliziyle kırılması:
(-CH₂-O-)_n → nCH₂O (formaldehit / metenal)
2. Formaldehitin / metenalin oksijen ve sıcaklık ile bozunması:
2HCHO + O₂ → 2HCOOH
HCOOH → CO + H₂O
HCOOH → CO₂ + H₂
3. Yan ürünler: CH₂O, CO, CO₂, H₂, H₂O
4. Metal yüzeyinde oluşabilecek oksitler: Fe₂O₃, Fe₃O₄, NiO
5. Sinterleme öncesinde hidrojen atmosferinde indirgenme:
Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O
Catamold 4605 İçerisindeki Poliasetal (POM) Kimyasal Özellikleri
Catamold 4605, MIM (Metal Injection Molding) sürecinde kullanılan bir Ni-Mo alaşımlı çelik tozudur. Bu çelik tozunun içerisindeki bağlayıcı poliasetal (POM), metal tozlarını kalıplama sırasında bir arada tutar. Aşağıda POM’un kimyasal ve fiziksel özellikleri, reaktivitesi ve debinding sırasında davranışı detaylı olarak verilmiştir.
1. Temel Yapı
- Kimyasal formül: [-CH₂-O-]_n
- Yapı tipi: Lineer polimer, tekrarlayan metilen oksit (–CH₂–O–) birimleri
- Moleküler ağırlık: Tipik olarak 50.000–100.000 g/mol
2. Fiziksel Özellikler
- Görünüm: Beyaz, sert ve mumumsu katı
- Yoğunluk: ~1.41 g/cm³
- Erime noktası: 175–180 °C (crystalline bölge)
- Cam geçiş sıcaklığı (Tg): ~-60 °C
- Termal stabilite: 200 °C’ye kadar stabil, 200–220 °C üzerinde termal bozunma başlar.
3. Kimyasal Reaktivite
- Asitler / Bazlar: Çoğu organik ve inorganik asit ve baza dayanıklı, ancak güçlü oksitleyici asitlerle depolimerize olabilir.
- Oksidasyon: Hava ile 200–220 °C üzerinde oksitlenmeye başlar.
- Katalitik parçalanma: Nitrik asit buharı gibi oksitleyici ortamda zincir kırılması gerçekleşir ve formaldehit (CH₂O) ve CO/CO₂ gazları açığa çıkar.
- Çözünürlük: Çoğu organik çözücüde çözünmez; polar aprotik çözücülerde sınırlı çözünürlük.
4. Mekanik Özellikler
- Sert ve dayanıklı, düşük sürtünme katsayısı
- Yüksek yüzey sertliği ve iyi boyutsal stabilite
5. Debinding ile İlgili Özellikleri
- Asit katalizi ile depolimerizasyon: HNO₃ veya asit buharı zincirleri kırar → CH₂O ve diğer gazlar çıkar.
- Sıcaklık kontrolü kritik: Çok yüksek sıcaklıkta aşırı karbon kalıntısı veya parçanın deformasyonu olabilir
Özet
Catamold 4605’deki POM bağlayıcı, termal olarak sert, kimyasal olarak çoğu ortamda inert, ama güçlü oksitleyicilerle parçalanabilir bir polimerdir. Debinding sırasında nitrik asit buharı ile zincir kırılması yapılarak metal tozları açığa çıkar ve brown part (kahverengi parça) oluşur.
Brown Part Neden Oluşur?
Debinding işlemi sonrası parça 'brown part' olarak adlandırılır. Bunun sebebi bağlayıcının uzaklaştırılması sırasında parçanın gözenekli bir hale gelmesi ve yüzeyde karbon ile oksit kalıntıları nedeniyle kahverengimsi bir renk oluşmasıdır.
Referanslar
1. Texas A&M University. (2022). Overview of Debinding Methods for Parts Manufactured Using Powder Material Extrusion. College Station, TX.
2. BASF AG. (2019). Catamold 4605 Technical Data Sheet. BASF Metal Systems Division, Germany.
3. Billmeyer, F. W. (1984). Textbook of Polymer Science (3rd ed.). Wiley.
4. Buchkremer, R. et al. (1998). Catalytic Debinding and Sintering of MIM Components. Journal of Materials Processing Technology, 77, 84-89.
5. German, R. M. (1990). Powder Injection Molding. Metal Powder Industries Federation.
6. Atkins, P., & Jones, L. (2013). Chemical Principles: The Quest for Insight (6th ed.). Freeman.
7. Reed-Hill, R. E., & Abbaschian, R. (1992). Physical Metallurgy Principles. PWS-Kent.