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Sviluppo del processo di stampaggio a iniezione (MIM) nella produzione di compositi diamantati privi di cobalto per utensili da taglio

di I. Agote1, C. Guraya1, A. Colella2, E. Nicolis3, M. Dai Prè3
1 Tecnalia, Basque Research and Technology Alliance (BRTA), Donostia/San Sebastián, Spagna
2 MBN Nanomaterialia S.p.A, Vascon di Carbonera (TV), Italia
3 Dellas S.p.A, Lugo di Grezzana (VR), Italia

Il presente lavoro si inserisce all’interno di un contesto più ampio rappresentato dal progetto europeo SUPREME (https://www.supreme-project.com/) volto all’ottimizzazione di processi sostenibili e flessibili di metallurgia delle polveri attraverso una riduzione olistica delle risorse utilizzate (materia prime) e del consumo energetico ed è pubblicato nella rivista “Diamante” n°102/gennaio 2021 (www.gmassdiamante.com)

BREVE DESCRIZIONE

Al giorno d’oggi, dischi e fili diamantati sono comunemente utilizzati nel taglio di pietra naturale, cemento e ceramica.
Il tagliente dell’utensile è costituito da cristalli di diamante sintetico che vengono inclusi in una matrice metallica utilizzando varie tecniche di metallurgia delle polveri (PM): la più comune prevede lo stampaggio a caldo del composito per ottenere un pezzo a piena densità.
Questo processo presenta alcuni limiti in termini di complessità della geometria finale del pezzo e di produttività.
Inoltre, la matrice metallica più comunemente utilizzata è il cobalto che, oltre all’elevato rischio tossicologico (normativa REACH), è considerato dall’Unione Europea come una materia prima critica (CRM).
Il presente lavoro si pone un duplice obiettivo: quello di sostituire il cobalto con altri elementi non tossici e, allo stesso tempo, di sviluppare il processo di stampaggio a iniezione di polveri in modo da ottenere pezzi di forma più complessa (migliorandone così le prestazioni) e, di conseguenza, accrescere la produttività.
L’attuale metodo per la produzione di segmenti diamantati per il taglio nel settore lapideo si basa su un processo di sinterizzazione ad alta pressione (pressatura uniassiale a caldo) che permette di ottenere materiali completamente densi a temperature di sinterizzazione relativamente basse.
L’intero processo presenta alcuni limiti di produttività, in particolare l’impossibilità di ottenere pezzi caratterizzati da geometrie complesse.
Lo stampaggio a iniezione di polveri diamantate (DIM, Diamond Injection Moulding) o, più in generale, lo stampaggio a iniezione di polveri (PIM, Powder Injection Molding) è una tecnologia che permette di superare questi limiti. Infatti, due delle principali caratteristiche distintive del processo PIM sono la possibilità di ottenere pezzi di forma complessa ed un’elevata produttività.
Il processo PIM ha comportato, quindi, la progettazione di un nuovo sistema legante e di una miscela (feedstock) che potesse garantire un buon processo di stampaggio a iniezione, un rapido deceraggio e un’adeguata sinterizzazione.
In considerazione di quanto detto, gli scopi di questo lavoro sono stati:
i) la sostituzione del cobalto (Co) nella matrice metallica con una lega non critica e meno tossica;
ii) l’ottimizzazione del processo di stampaggio a iniezione di polveri diamantate;
iii) lo sviluppo di uno specifico legante organico solubile in acqua per il processo di stampaggio a iniezione.

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