per~I:I~I~lj~I~~~II~ll~ilj~~llllijfM30000010223616

/ 05 0 ).jCjS 3

KESAN SAIZ DAN BENTUK PARTIKEL SERBUK SS316L TERHADAP PARAMETERPENGACUANAN SUNTIKAN LOGAM MENGGUNAKAN

REKABENTUK EKSPERIMEN

KHAIRUR RIJAL BIN JAMALUDIN

TESIS YANG DIKEMUKAKAN UNTUK MEMPEROLEH IJAZAHDOKTOR FALSAFAH

FAKULTI KEJURUTERAAN DAN ALAM BINAUNIVERSITI KEBANGSAAN MALAYSIA

BANGI

2009

111

PENGHARGAAN

Syukur Alhamdul illah kepada Allah S.W.T kerana me mberikan saya kesihatan yangbaik, kecukupan masa, dan kematangan fikiran untuk me nyiapkan kajian ini . Ju taanter ima kasih yang tidak terhingga dan j asa budi yang dikenan g ke akh ir hayat yangmungkin tidak terbalas oleh saya kepada penyelia utama Prof. Madya Dr. NorhamidiMuhamad atas bantuan yang begitu besar , bimbingan, teguran dan nasihat yang begituberguna sepanj ang kajian ini. Tidak lupa juga kepada penyelia bersama saya iaitu DrMohd Nizam Ab. Rahm an menerusi kepakaran yang beliau ada telah banyakmembantu da n menguatkan lagi semangat saya untuk me nyiapkan kajian ini . Terimakasih juga saya ucap kan kepada rakan-rakan seperjuangan dalam KumpulanPenye lidikan Pembuatan Term aju di Fakulti Kejuruteraan & Alam Bina, UKM ,terutaman ya Murtadahadi , Mohd Hal im Irwan Ibrahim, Nor Hafiez Mohamad Nor,Sufizar Ahmad dan Sri Yu lis M. Ami n yang sentiasa berkon gsi pendapat.

Ucapan teri ma kasih juga di tujukan kepada En Muhammad Hussain Ism aildari Fakulti Kej uruteraa n Mekan ika l, UiTM atas kerjasama yang telah diberikandalam menjayakan eksperime n aw alan kaji an ini . Tidak dilupakan ucapan terimakasih juga di hulurkan kepada sem ua kakitangan makma l Jabatan KejuruteraanMekanik & Bahan, Fakulti Kej uruteraa n & Alam Bina, UK M terutamanya En Mo hdRohaizat Ma t Tahir, En Rosli Ahmad, En Rosli Yusof, En Mohd Yusof Jamaluddin,En Abd ullah Sharif, En Yusri Marzuki dan ramai lagi yang mem berikan bantua n bagimenjayakan kajian ini .

Peruntukan pen yelid ikan yang dip erol ehi dari Kem enterian Sains, Teknolog idan Alam Sekitar, melalui vot projek: UKM-KK-02-FRGSO OI3 -2006 ama tlahdihargai. Begitu j uga dengan pihak Un iversiti Tekno logi Ma laysia selaku majikan danKementerian Pengajian Tinggi di atas pembe rian biasiswa SLAB di sepa njang tempoh

. . ..pcngaj ian iru.

Akhir kata, ter ima kas ih kepada isteri tersayang Hayati@Habi bah Abdul Talib,kedu a ibu saya yang di kasih i Che Khatipah Che Muda dan ibu men tua Ha lija hSuliman yang sentiasa mem beri doron gan dan semangat sepanjang pen gajian saya.

ABSTRAK

Proses Pengacuanan Suntikan Logam sesuai untuk menghasilkan komponen yang.kecil dan komplek yang memerlukan kekuatan tinggi pada kos berpatutan dalamkuantiti yang besar. Proses ini menghasilkan komponen yang berketumpatan tinggi,komplek dan berbentuk jitu. Kajian ini bertujuan untuk mengoptimumkan parameterpemprosesan bagi setiap peringkat proses dengan pengoptimuman proses berdasarkankepada teknik Rekabentuk Eksperimen, kaedah Taguchi. Analisis varian (ANOVA)dilakukan untuk menilai tahap signifikan setiap pembolehubah dan sumbangannyaterhadap ciri kualiti yang dikaji. Ciri kualiti jasad anum seperti bebas dari kecacatan,mempunyai kekuatan dan ketumpatan yang tinggi, dan ketumpatan akhir selepaspensinteran adalah hasil yang diperolehi daripada proses pengoptimuman. Serbukkeluli tahan karat (SS316L) dalam taburan saiz partikel secara monomodal danbimodal digunakan dalam kajian ini. Bahan pengikat yang digunakan ialah bahanpengikat rencam iaitu polietilena glikol (PEG) dan polimetilmetakrilate (PMMA).Sebelum jasad anum dihasilkan, penelitian sifat reologi bahan suapan dilakukanbertujuan untuk mendapatkan sifat reologi bahan suapan yang sesuai sebelumpengoptimuman parameter proses yang selanjutnya dilakukan. Dari kajian ini, kaedahpenghasilan dan taburan saiz partikel didapati mempengaruhi parameter pemprosesan.Bagi taburan saiz partikel secara bimodal yang menggunakan serbuk yang dihasilkansecara kaedah pengatoman air, beban serbuk, suhu acuan, tekanan pegangan, interaksidi antara tekanan dengan suhu penyuntikan serta interaksi di antara tekananpenyuntikan dengan beban serbuk adalah signifikan pada aras seerti yang sangattinggi iaitu a = 0.01 terhadap kesemua ciri-ciri kualiti jasad anum yang dikaji. Namun,bagi serbuk yang dihasilkan dengan kaedah pengatoman gas, suhu acuan, kadarpenyuntikan serta interaksi di antara tekanan dengan suhu penyuntikan adalahparameter yang signifikan. Bagi taburan saiz partikel secara monomodal yangmenggunakan serbuk yang dihasilkan dengan kaedah pengatoman air pula, suhu acuandan tempoh pegangan didapati signifikan bagi serbuk halus. Bagaimanapun, tahapsignifikan yang lebih rendah didapati pada serbuk kasar iaitu a = 0.025 denganparameter yang signifikan adalah tempoh pegangan dan , interaksi di antara suhupenyuntikan dengan suhu acuan. Pengoptimuman parameter penyuntikan danpensinteran yang dilakukan dalam kajian ini telah berjaya meningkatkan ketumpatansinter padatan serbuk halus yang dihasilkan dengan kaedah pengatoman gas dalamtaburan saiz partikel secara monomodal sehingga ke 99.88 % ketumpatan teori,manakala bagi padatan serbuk halus yang dihasilkan dengan kaedah pengatoman airdalam taburan saiz partikel yang sama sehingga ke 98.75 % ketumpatan teori. Begitujuga dengan padatan serbuk yang dihasilkan dengan kaedah pengatoman gas dalamtaburan saiz partikel secara bimodal telah berjaya ditingkatkan sehingga ke 99.94 %ketumpatan teori dan padatan serbuk yang dihasilkan dengan kaedah pengatoman airdalam taburan saiz partikel yang sama sehingga ke 98.66 % ketumpatan teori.Keputusan yang dihasilkan oleh kajian ini telah menghasilkan ketumpatan yang lebihtinggi dari kajian sebelumnya dan ini jelas menunjukkan bahawa pengoptimumanparameter pengacuanan dan pensinteran yang dilakukan dengan kaedah Taguchi telahmeningkatkan sifat mekanikal jasad anum serta ketumpatan jasad sinter sehinggamenghampiri nilai ketumpatan teori bahan SS316L.

v

INFLUENCE OF SS316L POWDER PARTICLE SIZE AND SHAPE ONMETAL INJECTION MOLDING PARAMETERS USING DESIGN OF

EXPERIMENT

ABSTRACT

The Metal Injection Moulding (MIM) process is suitable for producing relativelysmall and complex components that require high strength and cost viability. Thisprocess, carried out in large batches, produces high density, complex and accurateshaped parts. This study attempts to optimise the processing parameters for each stageof the process using the optimisation process based on a Design of Experiment (DOE)technique, the Taguchi Method. The analysis of variance (ANOVA) is performed inorder to evaluate the significance of each variable and its contribution to the qualitycharacteristic. The green part quality characteristics such as defect free, higher greenstrength, green density and the final density after sintering are results obtained fromthe optimisation process. Water and gas atomised stainless steel powder (88316L) inmono-modal and bimodal particle size distributions were used in this study. Thebinder system used is the composite binder consisting of polyethylene (PEG) andpolymethyl methacrylate (PMMA). Prior to the injection moulding of the green parts,rheological investigation of the feedstocks was performed in order to obtain thesuitable rheological properties before optimising the remaining processing parameter.This study exhibits that the method of metal powder production as well as the particlesize distribution influences the processing parameter. The high level of significance ofpowder loading, mould temperature, holding pressure, interaction between injectionpressure and temperature, as well as the interaction between injection pressure andpowder loading to the green part quality characteristics at (I = 0.0 I was demonstratedby the water atomised powder in bimodal particle size distributions. However, for thegas atomised powder, the mould temperature, injection rate as well as the interactionbetween injection pressure and temperature is significant. In addition, for the wateratomised powder with mono-modal particle size distribution, the mould temperatureand holding pressure are significant for the fine powder. However, lower significantlevel, (I = 0.025 was obtained for coarse powder where the holding time and theinteraction of the injection and mould temperature are the significant parameters. Theoptimisation of the injection and sintering parameters made in this study has enabledto improve the sintered density of the fine mono-modal gas atomised powder compactto 99.88 % of the theoretical density, while the sintered density of the fine mono­modal water atomised powder compact improved to 98.75 % of the theoreticaldensity. In addition, the sintered density of the gas atomised powder compact inbimodal particle size distribution also improved to 99.94 % of the theoretical densitywhile the water atomised powder compact under the same particle size distributionimproved to 98.66 % of the theoretical density. The study results showed a bettersintered density as compared to the previous studies and it is demonstrated that theoptimisation of the moulding and sintering parameter with the Taguchi Method hasenabled to improve the green part's mechanical properties as well as the sintereddensity that was close to 88316L theoretical density.