متالورژی پودر

عامل مهم و قابل توجه در متالورژی پودر ، فرآیند تف جوشی یا زینتر پودر است که در ابتدا قطعات گرم شده و سپس تحت فشار قرار می گیرند تا ذرات پودر به خوبی به هم بچسبند. همچنین لازم به ذکر است که دما در فرآیند تف جوشی کمتر از نقطه ذوب فلز اولیه است.

چهار مرحله اساسی برای فرآیند متالورژی پودر شامل آماده سازی پودر ، مخلوط کردن، فشرده سازی و تف جوشی است. این مراحل در طول قرن ها برای تولید محصولات متنوع مورد استفاده قرار گرفته است. مانند هر فرآیند ساخت دیگری، متالورژی پودر نیز دارای تغییراتی است تا نیازهای تک تک قطعات را برآورده کند. روش ها و تکنیک های مختلفی از توسعه تکنولوژیکی پدید آمده است. چهار مورد از تغییرات مرسوم شامل قالب‌گیری تزریقی، پرس ایزواستاتیک، و ساخت افزودنی های فلزی است که جدیدترین پیشرفت حاضر محسوب می شود.

در ادامه چهار مرحله اساسی متالورژی پودر به ترتیب توضیح داده شده است.

آماده سازی پودر

خواص محصولات تولید شده با استفاده از متالورژی پودر به ویژگی ها و خواص پودر بستگی دارد. یکی از فرآیندهایی که برای تولید پودر در متالورژی پودر استفاده می شود ، اتمیزه کردن مذاب است. در این فرآیند، فلز مایع به قطرات کوچکی تبدیل می شود که سرد شده و به ذرات کوچک تبدیل می شوند.

اگرچه اتمیزه کردن رایج ترین روش برای تولید پودر است اما فرآیندهای دیگری مانند احیا شیمیایی ، رسوب الکترولیتی، آسیاب کاری و تجزیه حرارتی نیز وجود دارند. صرف نظر از اینکه از کدام فرآیند استفاده می شود، می توان تمام فلزات و آلیاژها را به پودر تبدیل کرد.

لازم به ذکر است که قبل از مرحله مخلوط کردن ، پودر مورد نظر از نظر مناسب بودن آن برای فرآیند متالورژی پودر ارزیابی و آزمایش می شود. عواملی که در نظر گرفته می شوند شامل سرعت جریان، چگالی، تراکم پذیری و استحکام پودر تولید شده است.

مرحله آماده سازی پودر

مرحله مخلوط کردن در فرآیند متالورژی پودر

در فرآیند مخلوط کردن به دلیل اینکه پودر خالص همه ویژگی های مدنظر را با هم ندارد، به همین جهت با سایر پودرها، چسب ها و روان کننده ها ترکیب می شوند تا این اطمینان حاصل شود که قطعه نهایی ویژگی های لازم را دارد. همچنین متناسب با نوع فرآیند متالورژی پودر و الزامات قطعه مدنظر ، فرآیند مخلوط کردن را می توان به صورت خشک یا مرطوب انجام داد.

دستگاه مخلوط سازی

مرحله فشرده سازی در متالورژی پودر

فشرده سازی شامل فشار دادن و فشرده کردن مخلوط پودر به شکل یا قالب مورد نظر است. هنگامی که فشرده سازی به درستی انجام شود، فضاهای خالی احتمالی بین ذرات پودر را کاهش می دهد و به طور قابل توجهی چگالی محصول را افزایش می دهد. قطعه فشرده نهایی با نام محصول سبز شناخته شده است.

فشار مرحله فشرده سازی بین 80 مگاپاسکال تا 1600 مگاپاسکال است. هر نوع پودر فلزی متناسب با خواص خود به فشار فشرده سازی متفاوتی نیاز دارد. به عنوان مثال در فشرده سازی پودر نرم، فشار بین 100 مگاپاسکال تا 350 مگاپاسکال است. برای فلزات انعطاف‌پذیرتر و سخت‌تر، مانند فولاد و آهن، فشار بین 400 مگاپاسکال تا 700 مگاپاسکال است.

مرحله فشرده سازی

زینتر پودر

اگرچه محصول حاصل از مرحله فشرده سازی تحت فشار شدیدی قرار گرفته است، اما به اندازه کافی مستحکم نیست که بتوان از آن استفاده کرد. به منظور ایجاد پیوند دائمی بین ذرات فلز، محصول فشرده شده در دمای بالا زینتر یا گرم می شود. در اصل ،زینتر کردن (تف جوشی) محصول قابل استفاده نهایی را تولید می کند.

در واقع زینتر کردن در متالورژی پودر یک عملیات حرارتی است که در آن تعداد زیادی از قطعات، به شکل فشرده، تحت دمایی قرار می گیرند که برای ایجاد فشار کافی برای یکپاره کردن و اتصال ذرات سست و تشکیل قطعه جامد کافی است. دمای مورد نیاز متناسب با نوع فلز متغیر است اما همیشه کمی کمتر از دمای ذوب فلز است.

لازم به ذکر است که صرف نظر از فشار اعمال شده در مرحله فشرده سازی، هنوز فضاهای متخلخل کمی در محصول وجود دارد. اما در حین مرحله زینتر کردن، مواد تحت فشار در دمای بالا قرار می گیرند تا فضاهای متخلخل بسته شود و قطعه مستحکم شود.

زینتر پودر

خدمات متالورژی پودر

علاوه بر ارائه خدمات متالورژی پودر به روش مرسوم ، ممکن است با اعمال تغییراتی این فرآیند با قالب گیری تزریقی، پرس ایزواستاتیک و یا افزودنی فلزی انجام شود. در ادامه به توضیح هر یک از این فرآیندها پرداخته شده است.

قالب گیری تزریقی

خدمات متالورژی پودر قالب گیری تزریقی توانایی بالایی در تولید اشکال پیچیده در مقادیر زیاد را دارد. پودرهای قالب گیری تزریقی به طور خاص با یک چسب، مانند موم یا یک ترموپلاستیک فرموله می شوند. مخلوطی که به آن مواد اولیه گفته می شود، به داخل حفره قالب یک دستگاه قالب گیری تزریقی معمولی وارد می شود. هنگامی که محصول سبز فشرده از قالب خارج می شود، بایندر یا چسب با فرآوری حرارتی یا حلال استخراج می شود. هر چسب باقیمانده در طی تف جوشی متلاشی می شود.

فرآیند متالورژی پودر قالب گیری تزریقی بسیار شبیه به قالب گیری تزریقی پلاستیک و ریخته گری فشار بالا است و همان اشکال پیچیده آن فرآیندها را تولید می کند. مشکل قالب‌گیری تزریقی متالورژی پودر، میزان پرداخت ثانویه ای است که لازم می باشد. مزیت این فرآیند توانایی آن در ایجاد تلورانس های ابعادی خوب در اشکال نامحدود و با ویژگی های هندسی منحصر به فرد است.

قالب گیری تزریقی

پرس ایزواستاتیک

پرس ایزواستاتیک یک فرآیند فشار ثابت است که در آن فشار یکسان به کل سطح قطعه کار اعمال می شود. پرس ایزواستاتیک متناسب با نیاز قطعه تولید شده می تواند به صورت سرد یا گرم انجام شود.

پرس ایزواستاتیک سرد قطعاتی را تولید می کند که بسیار بزرگ و پیچیده هستند. طیف گسترده ای از مواد را می توان برای فرآوری ایزواستاتیک استفاده کرد. در این روش پودر در قالب های الاستومری که ممکن است مرطوب یا خشک باشد، قالب گیری می شود.

پرس ایزواستاتیک گرم نیز ترکیبی از دمای بالا با فشار ایزواستاتیک است. ترکیب این دو عامل تخلخل را از بین می برد، چگالی را افزایش می دهد، خواص مکانیکی را بهبود می بخشد و قطعات نهایی با کارایی بالا تولید می کند. همچنین متالورژی پودر ایزواستاتیک گرم ، تخلخل ریز انقباضی را کاهش می دهد.

پرس ایزواستاتیک گرم

هزینه متالورژی پودر

هزینه متالورژی پودر از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است. این فرآیند معمولا نیاز به ماشین کاری و عملیات پرداخت نهایی ندارد و همچنین ضایعات پایینی دارد. در نتیجه نسبت به دیگر فرآیندهای ساخت مانند ریخته گری، فورج و … می توان تولید قطعات فلزی با شکل پیچیده را تسهیل کرد.