Metallpulver für MIM: Korngrößenverteilung und Einfluss auf die Oberflächengüte

Date：2026-07-31   Views：0

MIM (Metal Injection Molding, Metallpulverspritzgießen) ist ein pulvermetallurgisches Verfahren zur Herstellung von Präzisionsmetallteilen, bei dem die Korngrößenverteilung des Metallpulvers maßgeblich die Oberflächengüte der gesinterten Bauteile bestimmt. Die Auswahl der Pulverfraktion beeinflusst neben der Rauheit auch Sinterschrumpf, Dichte und mechanische Eigenschaften.

• Prozessparameter: Entbinder-Temperaturkurve 60–600 °C, Sinterschrumpf 15–20 %, Sinterdichte ≥ 95 %
• Werkstoffe: 316L, 17-4PH, Ti-6Al-4V, Wolframlegierungen
• Wichtige Risiken: Kurzspritzungen, Rissbildung im Grünling, Schrumpfschwankungen durch weite Korngrößenverteilung

Mit den in diesem Artikel genannten D50/D90-Werten und den zugehörigen Rauheitsbereichen können Konstrukteure die Eignung von MIM für ein bestimmtes Bauteil schneller bewerten und das passende Metallpulver spezifizieren.

Was ist MIM und warum ist die Korngrößenverteilung entscheidend?

Das MIM-Verfahren kombiniert die Gestaltungsfreiheit des Kunststoffspritzgießens mit den mechanischen Eigenschaften gesinterter Metallwerkstoffe. Ein Gemisch aus Metallpulver und thermoplastischem Bindemittel wird im Spritzguss zu einem Grünling geformt, anschließend entbindert und bei hoher Temperatur gesintert. Dabei trifft die Korngrößenverteilung des Ausgangspulvers direkt die Qualität der späteren Bauteiloberfläche.

Die Kenngrößen D10, D50 und D90 beschreiben die Partikelgrößenverteilung: D50 ist der Median, bei dem 50 % der Partikel kleiner sind; D90 bezeichnet die Partikelgröße, unterhalb derer 90 % der Partikel liegen. Ein hoher D90-Anteil bedeutet, dass grobe Körner vorhanden sind, die sich als Rauheitsspitzen auf der gesinterten Oberfläche abzeichnen können. Je enger die Verteilung, desto homogener fällt das Sintergefüge aus.

Für die Praxis relevant ist außerdem die Form der Partikel. Gasverdüste Pulver mit kugeliger Morphologie ergeben eine bessere Formfüllung und höhere Grünlingdichte als unregelmäßig geformte Pulver. Die Korngrößenverteilung wird daher in der Pulvermetallurgie als zentrale Spezifikation behandelt, ähnlich wie die chemische Zusammensetzung.

Grundlagen der Korngrößenverteilung bei Metallpulver

Die Messung der Korngrößenverteilung erfolgt typischerweise per Laserdiffraktion nach ISO 13320 oder durch Siebanalyse nach ASTM B822. Die wählbare Bandbreite für metallische MIM-Pulver liegt in der Regel zwischen 3 und 35 µm im D50-Mittelwert. Für unterschiedliche Werkstoffe und Anwendungen haben sich folgende Richtwerte etabliert:

Die Schüttdichte ist ein Indikator für das Füllverhalten im Spritzguss. Feine Pulver mit niedriger Schüttdichte erhöhen den Bindemittelbedarf und erschweren die Entbinderung. Der D90-Wert begrenzt die maximale Partikelgröße und sollte zur Wandstärke des Bauteils passen. Als Faustregel gilt: Die größte Partikelklasse sollte kleiner als ein Zehntel der minimalen Wandstärke sein.

Einfluss der Korngrößenverteilung auf die Oberflächengüte

Die Oberflächengüte eines MIM-Bauteils wird im Grünling vorgeprägt. An der Formtrennebene bilden grobe Pulverpartikel Mikroaufwerfungen; beim Sintern verdichten sich diese Bereiche, verschwinden aber nicht vollständig. Je feiner die Partikel sind, desto geringer ist die resultierende Rauheit. Ein feineres Pulver erhöht jedoch den Bindemittelanteil und damit die Schrumpfung.

Rauheitswerte nach dem Sintern

Die Tabelle zeigt den direkten Zusammenhang zwischen D50 und den Rauheitskennwerten Ra und Rz bei rostfreiem Stahl 316L, gesintert in Wasserstoffatmosphäre bei 1250–1350 °C. Ingeneure sollten die Oberflächengüte daher nicht als unabhängige Nachbearbeitungsgröße betrachten, sondern bereits in der Pulverspezifikation festlegen.

Werden Dichtflächen oder Gleitlager benötigt, lassen sich Rauheiten unter Ra 0,8 µm meist nur durch zusätzliches Schleifen oder Honen erreichen. Dafür ist im Sintern ein Aufmaß von 0,1 bis 0,3 mm einzuplanen. In vielen Fällen ist eine gute Korngrößenverteilung wirtschaftlicher als eine aufwendige Endbearbeitung.

Sintertemperatur, Schrumpf und Dichte im Zusammenspiel mit der Korngröße

Die Sintertemperatur liegt bei MIM-Werkstoffen üblicherweise zwischen 1100 und 1350 °C. Die exakte Temperatur hängt von der Legierung und der Ziel-Dichte ab. Feine Partikel besitzen eine größere spezifische Oberfläche, dadurch erhöht sich die Sinteraktivität und der Stofftransport findet schneller statt. Dies wirkt sich positiv auf die Dichte aus, verstärkt aber auch die lineare Schrumpfung.

Die Prozessparameter stehen in enger Wechselwirkung mit der Korngrößenverteilung