متالوژي پودر

مقاله متالوژي پودر

مقاله متالوژي پودر

پيشگفتار   5
مقدمه   8
1-1- روشهاي مكانيكي توليد پودر   10
1-1-1-  روش ماشين كاري   10
2-1-1- روش خرد كردن   11
3-1-1- روش آسياب   12
4-1-1- روش ساچمه اي كردن   13
5-1-1- روشدانه بندي باگرانوله كردن   13
6-1-1- روش اتمايز كردن   13
7-1-1- توليد پودر با روش مانسمن   15
توليد پودر به روش شيميايي   17
1-2-1 روش احياء    17
2-2-1 روش رسوب دهي (  ته نشين سازي از مايع)    18
3-2-1- روش تجزيه گرمايي   19
4-2-1- روش رسوب از فاز گازي   20
5-2-1- روش خوردگي مرزدانه ها   21
توليد پودر به روش الكتروليتي    24
توليد پودر به روش پاشش   26
4-1-1- پاشش با گاز   26
2-4-1- پاشش آبي   28
3-4-1-پاشش گريز از مركز   28
1-2 : ريخته گري دوغابي يا Slip Casting   29
تراكم با سيستم چند محوري   33
تراكم در قالبها   34
2-2-2- متراكم كردن با لرزاندن ( ويبره اي )   34
3-2-2- متراكم كردن سيكلي ( نيمه مداوم)   36
4-2-2- متراكم كردن به روش ايزواستاتيك   37
5-2-2- متراكم كردن با نورد   38
2-4 : تزريق در قالب يا injection molding   42
مواد آلي افزودني   43
مخلوط كردن ذرات پودر با مواد آلي   45
نحوه تزريق در قالب   45
محدوديتهاي روش تزريق   46
كاربرد كاربيد سمانته شده   49
II- الماس مصنوعي   49
توليد ابزار از الماس مصنوعي   50
III- توليد ياقاقانهاي خود روغن كار   51
آناليز شيميايي ياتاقانهاي خود روغن كار   53
ياتاقانهاي برنزي زينتر شده   53
iv- توليد پودر براي روكش الكترودها   55
روكش الكترودها   56
كنترل خواص سرباره   57
كيتفيت رسوب جوش   57
قابليت چسبندگي با اكستروژن   58

پيشگفتار

يكي از شاخه‌هاي علم متالورژي كه دز سالهاي اخير رشد زيادي يافته است. متالورژي پودر است. البته قدمت توليد قطعات با پودر به پنج هزار سال و بيشتر  مي رسد. يكي ديگر از دلايل توسعه متالورژي پودر اين است كه در روش مزبور فلز تلف  شده به مراتب كمتر از  ساير روشهاست و حتي مي توان گفت وجود ندارد. سرمايه گذاري در صنعت متتالورژي پودر نيز،‌كمتر از سرمايه گذاري براي  روشهاي كلاسيك ساخت قطعات  است. زيرا در مرحله هم جوشي ،  درجه حرارت لازم كمتر از درجه حرارت ذوب فلزات است و در نتيجه، كوده هاي مورد احتياح ارزانتر اند.

دامنه استفاده از متالورژي پودر بسيار متنوع و گسترده بوده و در اين رابطه كافي است به زمينه هايي همچون توليد رشته هاي لامپها، بوش هاي خود روانساز، متعلقات گيربكس اتومبيل، اتصالات الكتريكي، مواد ضد سايش قطعات توربين و آمالگم هاي دندانپزشكي اشاره شود. علاوه بر آن پودر فلزات در موارد و كاربردهايي چون صنايع رنگ سازي مدارهاي چاپي، آردهاي غني شده مواد منفجره، الكترود هاي جوشكاري،  سوخت راكت ها، جوهر چاپ، باطري الكتريكي قابل شارژ، لحيم كاري و كاتاليزورها مورد استفاده قرار مي گيرند.

متالورژي پودر در ابتدا فلزات معمول، همچون مس و آهن شروع شد ولي لانه استفاده  از عمل آن به فلزات غير ديگر نيز سرايت كرد. كاربردهاي جديد تري براي متالورژي پودر به دنبال داشت. بطوريكه از آغاز دهه 1940 بسياري از قطعات فلزات غير معمول از طريع اين تكنولوژي تهيه شدند. در اين گروه مواد مي توان از فلزات دير گداز مانند نايوبيم، تنگستن، موليبدن، زير كنيم، تيتانيم، رنيم و آلياژهاي آنها نام برد. همچنين تعدادي از مواد هسته اي و تركيبات الكتريكي و مغناطسسي نيز با تكنيك هاي  متالورژي پودر تهيه شدند. هر چند موفقيت اوليه متالورژي پودر بيشتر مديون مزاياي اقتصادي آن است. ولي در سالهاي اخير ساخت قطعاتي كه توليد آنها  با روشهاي ديگر مشكل مي باشد در گسترش اين تكنولوژي  سهم چشمگيري داشته است. انتظار مي رود كه اين عوامل در جهت بسط متالورژي پودر و ابداع كاربردهاي آتي آن دست به دست هم داده و دست آودرهاي تكنولوژيكي تازه اي را  به ارمغان آورند. تداوم رشد متالورژي پودر را ميتوان به عوامل پنجگانه زير وابسته دانست:

الف) توليد انبوه قطعات سازه اي دقيق و با كيفيت بالا كه معمولاً‌بر بكارگيري آلياژهاي آهن مبتني مي باشند.

ب ) دستيابي به قطعاتي كه فرايند توليد آنها مشكل بوده و بايد كاملاً فشرده و داراي ريز ساختار يكنواخت ( همگن) باشند.

پ ) ساخت آلياژهاي مخصوص،‌عمدتاً مواد مركب محتوي فازهاي مختلف كه اغلب براي شكل دهي نياز به  بالا توليد مي شوند.

ت) مواد غير تعادلي از قبيل آلياژهاي آمورف و همچنين آلياژ هاي ناپايدار.

ث ) ساخت قطعات پيچيده كه شكل و يا تركيب منحصر به فرد و عير معمول دارند

متالورژي پودر روز به روز گسترش بيشتري يافته و بر ميزان پودر توليدي به طور پيوسته افزوده، بطوريكه پودر آهن حمل شده از آمريكا از سال 1960 تا 1978 ميلادي به ده برابر افزايش يافته است. هر چند در سالهاي اخير آهنگ رشد اين تكنولوژي چندان پيوسته نبوده، ولي مجموعه  شواهد دلالت بر گستردگي بيشتر آن، در مقايسه با روشهاي سنتي قطعه سازي دارد. باز خوردهاي دريافت شده از مهندسين طراح نشان مي دهد كه هر چه دانش ما در متالورژي پودر افزودن تر مي شود، دامنه كاربرد اين روش نيز گسترش بيشتري مي يابد. اغلب دست آوردهاي نوين اين زمينه صنعتي بر قابليت آن در ساخت،‌ مقرون به صرفه قطعات با شكل و ابعاد دقيق مبتني است.

مقدمه

در قرن بيستم و در سالهاي اخير، تكنيك متالورژي پودر بطور جدي تر،‌ مورد توجه قرار گرفته و جاي خود را به اندازه كافي در صنعت باز كرده است بطوري كه در حال حاضر مي توان آن را به عنوان يكي از تكنيك هاي جديد متالورژي به حساب آورد. البته قدمت توليد قطعات با پودر به بيش از پنج هزار سال پيش مي رسد، درآن زمان كوره هايي كه بتوانند حرارت لازم را براي ذوب فلزات ايجاد كند، وجود نداشتند. روش معمول، احيا سنگ معدن با ذغال چوب بود و محصولي كه به دست مي آمد نوعي فلز اسفنجي بود كه در حالت گرم با چكش كاري امكان شكل دهي مطلوب داشت.

هم اكنون، ستوني آهني با وزني حدود شش تن در شهر دهلي وجود دارد كه در هزار وششصد سال پيش با همين روش تهيه شده است . در اواخر قرن هيجدهم و لاستون

( wollaston ) كشف كرد كه مي توان پودر فلز پلاتين را كه در طبيعت به صورت آزاد شناخته شده بود، پس از تراكم و حرارت دادن، درحالت گرم با چكش كاري شكل داد. ولاستون جزئيات روش خود را درسال 1829 منتشر كرد و اهميت فاكتورهاي نظير اندازه دانه ها، متراكم كردن پودر با وزن مخصوص بالا و اكتيويته سطحي و غيره.. را توضيح داد.

همزمان با ولاستون وبطور جداگانه متالوريست بر جسته روسي پيومتر زابولفسكي

( pyotrsobolevsky ) در يال 1826، از اين روش براي ساختن سكه ها و نشان ها از جنس پلاتين استفاده كرد. در نيمه دوم قرن نوزدهم، متخصصين متالورژي به روشهاي روب فلزات با نقطه روب بالا دست يافتند و همين مسئله باعث شد كه مجدداً  استفاده از متالورژي پودر محدود شود،‌ هر چند تقاضا براي توليد قطعاتي مانند تنگستن از طريق  متالورژي پودر فلز، تلف شده به مراتب كمتر از ساير روشهاست و حتي مي توان گفت وجود ندارد. دراين مورد، بطوري كه تجربه نشان مي دهد،‌ هر يك كيلوگرم محصول ساخته شده باروش متالورژي پودر، معادل است با چند كيلو گرم محصول ساخته شده با ساير روشهاي شكل دادن نظير برش و تراشكاري،  چون در روشهايي نظير تراشكاري مقادير زيادي از فلزبه صورت براده در مي آيد كه تقريباً غير قابل استفاده است. علاوه بر آن يك كيلو گرم از مواد ساخته شده بوسيله روشهاي متالورژي پودر مي تواند كار ده ها كيلو گرم فولاد آلياژي ابزار را انجام دهد.

-1- روشهاي مكانيكي توليد پودر

1-1-1-  روش ماشين كاري

ماشين كاري كردن فلزات در حالات خاصي انجام مي شود، زيرا پودر حاصل از اين روش داراي دانه هاي زبر درشت با لبه هاي تيز است. اين پودر سخت قالب گيري مي شود وقطعه پرس شده آن خيلي متخلخل و داراي استحكام خام پايين است. آسياب كردن اين پودر در آسيابهاي گلوله اي قابليت فشرده شدن را بهتر مي كند،  هر چند باعث افزايش كار سختي مي شود كه بايد قبل از متراكم كردن آينل شود. يكي از موارد عمده استفاده از ماشين كاري توليد پودر منيزيم براي مقاصد آتش زايي است،‌ حالت انفجاري اين پودر مانع استفاده از روشهاي ديگر مي شود. با استفاده از ماشين كاري و توليد براده هاي نسبتاً‌ زبر و درشت خطر به طور قابل ملاحظه اي كم مي شود. وقتي براده ها در آسياب از اتمسفر خنثي درآسياب از تركيب ذرات پودر و اكسيژن هوا جلوگيري مي كند. و مانع انفجار مي شود. تخليه پودر از آسياب نبايد  به نحوي باشد كه پودر فوراً در تماس با هوا قرار گيرد و باعث احتراق شود. اگر آسياب كردن در مجاورت هوا انجام شود،‌ بايد جدار آسياب و نوع گلوله طوري باشد كه از جرقه زدن  جلو گيري شود.

لحيم هاي نقره و بعضي از آلياژهاي مورد استفاده در دندان پزشكي از طريق ماشين كاري تهيه  مي شوند. روش ماشين كاري، گران است و اين روش فقط وقتي بكار گرفته مي شود كه روشهاي ديگر قابل استفاده نباشد. مثل تهيه پودر منيزيم يا در مواقعي كه قيمت فلز بسيار گران است و قيمت ماشين كاري ناچيز به حساب مي آيد،‌ مثل توليد آلياژ هاي دندان پزشكي.

2-1-1- روش خرد كردن

خرد كردن فلزات به آسياب كردن شبيه است و با توجه به چكش خواري آنها از خرد كن هاي تكي و چكشي  وغيره استفاده مي شود. معدودي از فلزات به قدر كافي ترد و شكننده هستند. ( مانند برليوم آلياژ Mg ،Al اسفنج هاي فلزي كه از راه احياي اكسيد ها با الكتروليز به دست آمده اند) و به آساني خرد مي شوند. بعضي از فلزات را مي توان ترد كرد تا آسانتر خرد شوند . با افزودن گوگرد يا ناخالصيهاي ديگر يك لايه ترد در مرز دانه ها رسوب مي كند وعمل خرد كردن را آسان مي كند. اندازه ذرات پودر خرد شده مشابه دانه هاي قطعه ريخته گري شده است فلزات گروه VA.IVA ( سر گروه هاي در جدول مندليف (C )،VA (A ) IV هستند) با حرارت دادن در محيط هيدروژن ترد مي شوند ( H₂ بعداً خارج مي شود)‌ هيدراتهاي تردي كه ببه اين طريق به دست مي آيند به آساني پودر مي شوند. پودرهاي به دست آمده معمولا زاويه اي هستند و بايد آسياب شوند.

3-1-1- روش آسياب

واژه آسياب كردت به پروسه هايي اطلاق مي شود كه در آن نيروي ضربه اي به مواد خرد شدني وارد مي شود. در بعضي از اين روشها مانند آسياب گلوله اي، پودر با گلوله هاي آسياب كه سخت و مقاوم در مقابل فرسايش اند برخورد مي كند و به رزات ريز تبديل مي شود. نوع آسيابها، لرزشي و يا دوراني هستند تجربه نشان داده است كه آسيابهاي لرزشي راندمان بيشتري دارند و در مقايسه با آسيا بهاي دوار در زمان كوكتاه تري عمل كرد را انجا م مي دهند. در روشHametag با يك ونتيلاتور به ذرات پودر سرعت زيادي داده مي شود تا به يكديگر برخورد كنند.

در روشMicronizer  جت هاي گاز با سرعت زياد ذرات را به همديگر و يا به سطحي پرتاب مي كنند. خرد كردن فلزات چكش خوار فقط زماني عملي مي شود كه فلز با عمل كار سختي ترد وشكننده شده باشد. در آسياب مرطوب با افزودن فعال ساز، به اكتيو كردن سطح كمك كرده و از چسبندگي ذرات جلوگيري مي كنند كه باعث ريزي ذرات مي شود. بهترين عامل آلي اكتيو كردن سطح اسيد- استثاريك است كه با استفاده از آن ذرات به اندازه متوسط 3% ميكرون به دست مي آيد. بااستفاده از پتاسيم فريك سيانيد به عنوان فعال ساز پودر فلزاتي چون آهن، نيكل ، مس، و كروم با ابعاد ريز ميكرون به دست مي آيد .