متالورژی پودر

متالورژی پودر ( Powder Metallurgy ) :

متالورژی پودر ، فرآیند قالب ­گیری قطعات فلزی از پودرهای فلزی و سرامیک، توسط اعمال فشارهای بالا برای دقیق شدن اشکال می­ باشد. پس از عمل تراکم پودرهای فلزی، عمل سینتر ­کردن ( تفجوشی ) ( Sintering ) ، در دمای بالا در یک کوره با اتمسفر، کنترل­ شده انجام می­ شود که در فلز متراکم، جوش ­خورده در حالت سرد، به صورت ساختمان همگن محکمی پیوند می­ خورد. متالورژی­ پودر، بخشی کوچک ولی بسیار مهم از صنایع فلزگری می‌باشد. اولین کاربرد متالورژی پودر برای تولید پلاتین با دانسیته کامل بود، که درقرن ۱۹ میلادی صورت گرفت؛ چون در آن زمان امکان ذوب پلاتین به دلیل نقطه‌­ی ذوب بالا وجود نداشت.

تاریخچه متالورژی پودر :

در اوایل قرن بیستم فلزهای دیر­گدازی مانند تنگستن و مولیبدن توسط روش متالورژی ­پودر شکل داده شدند. کاربید های سمانیت و یاتاقان­ های برنزی متخلخل نسل بعدی قطعات متالورژی پودر بودند. به این صورت قطعات متالورژی­ پودر در انواع صنایع مانند لوازم­ خانگی، اسباب­ بازی ­سازی و الکترونیک کاربرد پیدا­ نمود. آخرین کاربردهای قطعات متالورژی­پودر در صنایع خودرو­سازی ‌بود که موازی با رشد صنایع اتومبیل ­سازی رشد نمود.

به صورتی که امروزه بقای صنعت متالورژی ­پودر در کشورهای صنعتی بسیار وابسته به صنعت خودرو­سازی می‌باشد. در سال‌های ۱۹۵۰-۱۹۶۰ روش­های نوین مانند پرس­ پودر و ایزو استالیک گرم در صنعت متالورژی ­پودر بکار گرفته شد. این روش ­ها با تولید قطعات با دانسیته­‌ی بالا، توان رقابتی قطعات متالورژی پودر را افزایش دادند. دلایل گوناگونی وجود دارند که روش متالورژی­ پودر را فراگیر نمودند که مهمترین آن ­ها عبارتند از اقتصادی بودن در تعداد تولید بالا، کاهش انرژی مصرفی و ضایعات و همچنین ایجاد قطعات جدید می­ توان نام برد.

موارد استفاده از روش متالورژی پودر بسیار وسیع است. از این روش در ساخت رشته­ های تنگستن درون لامپ­های روشنایی، یاتاقان­ های روغنکاری خودکار، قطعات جعبه دنده­ی خودرو ( Gear Box ) ، مواد ترمیمی در دندان پزشکی، اتصالات الکترونیکی، المان­ های سوخت نیروگاه­ های هسته ­ای، اجزای ترمیمی ارتوپدی، ترمز هواپیما، باتری­ های شارژ شدنی و اجزای موتورهای جت اشاره نمود.

به علاوه، پودرهای فلزی در فرآورده­ هایی همچون رنگ­دانه ­ها، مواد چاپی، آردهای غنی شده، مواد منفجره، الکترودهای جوش­کاری، سوخت راکد، جوهر چاپ، ترکیبات لحیم ­کاری و کاتالیزورها نیز به کار میروند.

تمام این موارد اشاره شده، نشان ­دهده‌­ی گستره­‌ی کاربرد این مواد در صنایع مختلف می ­باشد.

انواع اتمسفر مورد استفاده در عمل تفجوشی عبارتند از :

• هیدروژن :

این نوع اتمسفر، دارای قابلیت بالایی در اشتعال می­ باشد و به شدت با فلزات واکنش می ­دهد. هیدروژن دارای چگالی پایین، هدایت حرارتی زیاد بوده و هزینه­‌ی استفاده از آن بالاست.

• نیتروژن :

نیتروژن خالص، توانایی زیادی در واکنش دادن با فلزات دارد.

• هیدروژن – نیتروژن

• گازهای رفورمه شده هیدرو­کربنی :

ارزان و حاصل سوختن هیدروکربن­ ها می ­باشد.

• آرگون+هلیم :

گران بوده و قادر به احیا کردن نمی ­باشد.

• خلاء :

در مواردی که فلزات و آلیاژها تمایل به هیدرید و اکسید شدن دارند، قطعات PM، را در خلاء سینتر می­ کنند؛ مانند فولادهای زنگ نزن Ta، Be، Zr، Ti و … .

انواع روش­ های تولید از طریق متالورژی پودر :

• PM

برای قطعات غیرمتحرک یا قطعاتی که استحکام زیادی نمی­ خواهند استفاده می ­شود.

• Auto Pm

برای قطعاتی که نیاز به استحکام و خواص دارند مانند قطعات خودرو استفاده می­ شود.

روش ­های کلی تولید پودر فلزات، روش­ های فیزیکی، روش ­های شیمیایی و روش ­های مکانیکی می ­باشند. که در زیر بیان شده است :

• روش ­های فیزیکی تولید پودر (اتمیزه کردن)
• اتمیزه کردن با سیال (گاز یا مایع)
• اتمیزه کردن با نیروی گریز از مرکز
• اتمیزه کردن در اثر برخورد مذاب با سطح جامد
• فرآیند اتمیزه شدن با خلا یا با گاز محلول
• فرآیند رسوب بخار فلزات
• روش ­های شیمیایی:
• روش احیای اکسیدهای فلزی
• روش رسوب فلز از محلول ­های نمک آن فلز
• روش تجزیه حرارتی کربنیل­ های فلزی
• روش رسوب الکترولیتی از نمک ­ها یا محلول­ های فلزی
• روش تجزیه هیدرید­های فلزی
• روش تجزیه ترمیت
• روش­های مکانیکی
• ماشین کاری
• خرد­کردن
• آسیاب کردن

امروزه به صورت عمده در موارد زیر از روش متالورژی پودر استفاده می­ شود :

• تولید آلیاژ
• ترکیب­ کردن عناصر فلزی و غیرفلزی
• ترکیب ­کردن فلزهای دارای نقطه­‌ی ذوب بالا با یکدیگر برای انجام عمل ریخته ­گری
• ساخت فلزات برای خواص جدید
• تولید اقتصادی و قطعات حساس

تقسیم ­بندی پودر­ها بر اساس فاکتورهای زیر صورت می­ گیرد :

• اندازه و نحوه­ی قرارگیری ذرات
• شکل ذرات
• شکل سطحی
• طبیعت جامد، متخلل و یا اسفنجی
• وجود ناخالصی
• تغییرشکل شبکه­ ای درون هر ذره

مراجع

• www.h-daneshmand.ir
• www.Iran-mavad.com
• علم متالورژی­پودر – راندل ام. جرمن، ترجمه­ی مجتبی ناصریان ریابی، علی حایریان اردکانی
• متالورژی­پودر، گوردون داوسون، ترجمه­ی دکتر علی حایریان
• متالورژی­پودر، ارهارد کلار، ترجمه­ی دکتر علی حایریان
• متالورژی پودر، فریتس وی لنل، ترجمه­ی دکتر پروین عباچی