تولید پودر فلزی

تولید پودر فلزی یکی از پایه های مهم برای متالورژی پودر است که متناسب با نوع روش به کار رفته در ساخت پودر فلز ، هزینه نهایی نیز متغیر می باشد. مهم ترین پودرهای فلزی شامل آهن و فولاد، مس، آلومینیوم، نیکل، مولیبدن، تنگستن، کاربید تنگستن و قلع می باشند. همچنین از پودرها برای کاربردهایی غیر از متالورژی پودر مانند الکترودهای جوشکاری، جوشکاری زیرپودری، رنگ آمیزی، کاربردهای پیروتکنیکی و … استفاده می شود.

توليد پودر فلزي

تولید پودر فلزی به دو روش شیمیایی (یا فیزیکوشیمیایی) و مکانیکی تقسیم می شود که در ادامه به توضیح هر یک از آن ها پرداخته می شود.

تولید پودر فلزی به روش شیمیایی

تولید پودر فلزی به روش شیمیایی یا فیزیکو شیمیایی به روشی اطلاق می شود که با تغییر ترکیب شیمیایی یا حالت تجمع مواد خام در حین تهیه پودر ، یک پودر فوق ریز تولید می کند. با توجه به اصول مختلف شیمیایی، می توان آن را به روش احیا، روش الکترولیز و روش جایگزینی شیمیایی تقسیم کرد که در ادامه توضیح داده شده است.

روش احیا در تولید پودر فلزی

تولید پودر فلزی به روش احیا روشی برای احیای اکسید فلز یا نمک فلز با استفاده از یک عامل احیاکننده در شرایط خاص برای به دست آوردن پودر فلز یا آلیاژ است و یکی از پرکاربردترین روش های آسیاب کاری در تولید است. عوامل کاهنده معمول مورد استفاده شامل عوامل کاهنده گازی (مانند هیدروژن، آمونیاک تجزیه شده و غیره)، عوامل کاهنده کربنی جامد (مانند زغال سنگ، کک، آنتراسیت و غیره) و عوامل کاهنده فلزی (مانند کلسیم، منیزیم، سدیم و غیره) هستند.

همچنین از هیدروژن دار کردن/هیدروژن زدایی به عنوان محیط واکنش در روش احیا برای تولید پودر فلزی استفاده می شود. در این روش فلز را با هیدروژن در دمای معینی هیدروژن دار می کنند تا هیدرید فلزی تشکیل شود و سپس به صورت مکانیکی هیدرید فلز به دست آمده را به پودری با اندازه ذرات دلخواه تبدیل می‌کند و سپس هیدرید فلزی را می شکنند. سپس هیدروژن موجود در پودر در خلاء حذف می شود تا پودر فلزی به دست آید.

روش احیا عمدتاً برای تهیه پودرهای فلزی (آلیاژی) مانند تیتانیوم، آهن، تنگستن، مولیبدن، نیوبیم و تنگستن-رنیم انجام می شود. از مزایای روش احیا برای تولید پودر فلزی می توان به ساده بودن عملیات، کنترل آسان پارامترهای فرآیند، راندمان تولید بالا، هزینه کم و مناسب بودن روش برای تولیدات صنعتی اشاره کرد. عیب این روش آن است که فقط برای مواد فلزی مناسب می باشد که به راحتی با هیدروژن واکنش داده و پس از جذب هیدروژن ترد شده و به راحتی شکسته می شود.

روش الکترولیز

روش الکترولیز برای تولید پودر فلزی روشی است که در آن پودر فلز با ذوب الکترولیتی محلول آبی نمک یا نمک بر روی کاتد رسوب می کند. محلول آبی الکترولیتی می تواند پودرهای فلزی (آلیاژی) مانند مس، نیکل، آهن، نقره، سرب و آلیاژ آهن-نیکل تولید کند و نمک مذاب الکترولیتی می تواند پودرهای فلزی مانند زیرکونیم، تانتالیم، تیتانیم و نیوبیم تولید کند.

الکترولیز کلرید روی ذوب شده

مزیت روش الکترولیز این است که خلوص پودر فلزی آماده شده نسبتاً بالا است و خلوص پودر عنصری می تواند تا 99.7 درصد یا بیشتر باشد. علاوه بر این، روش الکترولیز می تواند اندازه ذرات پودر را به خوبی کنترل کند و پودر بسیار ریز نیز می تواند حاصل شود. اما باید توجه شود که پودر الکترولیتی مقدار زیادی برق مصرف می کند و هزینه آسیاب کاری بالایی دارد.

روش هیدروکسیل

روش هیدروکسیل در تولید پودر فلزی به سنتز فلزات خاص (آهن، نیکل و غیره) و مونوکسید کربن به ترکیبات کربونیل فلزی اشاره دارد که سپس از طریق حرارت به پودرهای فلزی و مونوکسید کربن تجزیه می شوند. در صنعت، روش هیدروکسیل عمدتاً برای تولید پودرهای ریز و پودرهای بسیار ریز نیکل و آهن و پودرهای آلیاژی مانند Fe-Ni، Fe-Co و Ni-Co استفاده می شود. پودری که به روش هیدروکسیل به دست می آید بسیار ریز بوده و خلوص بالایی دارد اما هزینه آن نیز بالاست.

روش جایگزینی شیمیایی

تولید پودر فلزی به روش جایگزینی شیمیایی بر پایه فعال بودن فلز است. فلزی که دارای فعالیت کمی است، توسط یک فلز بسیار فعال از محلول نمک فلز جابجا می شود. این روش عمدتاً برای تهیه پودرهای فلزی غیرفعال مانند مس، نقره و طلا به کار می رود.

تولید پودر فلزی به روش مکانیکی

توید پودر فلزی به روش مکانیکی یک روش فرآوری برای شکستن یک فلز به پودری با اندازه ذرات مورد نظر با استفاده از یک نیروی خارجی مکانیکی است و ترکیب شیمیایی ماده در فرآیند آماده سازی بدون تغییر باقی می ماند.

روش هایی که در حال حاضر به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند خردایش و آسیاب گلوله ای هستند که مزایایی مانند ساده بودن فرآیند و عملکرد بسیار خوب را ارائه می دهند و می توانند پودرهای بسیار ریز از فلزات و آلیاژهایی با نقطه ذوب بالا تهیه کنند که به دست آوردن آنها با روش های مرسوم دشوار است.

آسیاب گلوله ای در تولید پودر فلزی

روش آسیاب گلوله ای در تولید پودر فلزی عمدتاً به روش گلوله نورد و روش آسیاب گلوله ای ارتعاشی تقسیم می شود که از مکانیزمی استفاده می کند که در آن ذرات فلز با نرخ کرنش های مختلف برای شکستن و اصلاح تحت کشش قرار می گیرند.

این روش عمدتاً برای تهیه پودرهایی مانند آلیاژهای Sb، Cr، Mn و Fe-Cr مناسب است. از مزایای این روش می توان به عملکرد مداوم، راندمان تولید بالا، مناسب بودن برای خردایش خشک و تر اشاره کرد. همچنین می توان از آن برای تهیه پودر فلزات و آلیاژهای مختلف استفاده کرد. اما در این روش گزینش پذیری مواد ضعیف است و طبقه بندی آن در طول فرآیند آماده سازی پودر دشوار است.

روش خردایش

روش خردایش در تولید پودر فلزی به این صورت است که گاز فشرده شده از طریق نازل مخصوص اسپری شده و آن را به ناحیه خردایش می پاشند و در نتیجه باعث برخورد مواد موجود در آن ناحیه با یکدیگر و ساییده شدن آنها و تبدیل شدن به پودر می شود. پس از گسترش جریان هوا، مواد به ناحیه طبقه بندی شده می روند و متناسب با اندازه ذرات دسته بندی می شوند. همچنین پودر درشت باقی مانده به ناحیه خردایش برگردانده می شود تا به آسیاب ادامه دهد تا اندازه ذرات مورد نیاز جدا شود.

روش خردایش به طور گسترده در پودر کردن بسیار ریز غیر فلزات، مواد خام شیمیایی، رنگدانه ها، ساینده ها، داروهای مراقبتی و سایر صنایع استفاده می شود. از آنجایی که خردایش به روش خشک انجام می شود، فرآیند آبگیری و خشک شدن مواد حذف می شود. محصول حاصل از این روش دارای خلوص بالا، پراکندگی مناسب، اندازه ذرات ریز و توزیع باریک و سطح صاف ذرات می باشد.

با این حال، روش خردایش هزینه ساخت بالایی دارد و در فرآیند تولید پودر فلزی ، باید از گاز بی اثر پیوسته یا گاز نیتروژن به عنوان منبع گاز فشرده استفاده شود و مصرف گاز زیاد است، بنابراین فقط برای خرد کردن و آسیاب کردن فلزات و آلیاژهای ترد مناسب است.

اتمیزه کردن

تولید پودر فلزی به روش اتمیزه کردن عموماً با استفاده از یک گاز پرفشار یا یک مایع پرفشار یا یک تیغه در حال چرخش و سپس متراکم شدن در یک کالکتور برای به دست آوردن یک پودر فلز بسیار ریز انجام می شود.

روش اتمیزه کردن یکی از روش های اصلی تولید پودر فلز و آلیاژ است و هیچ تغییر شیمیایی در این فرآیند ایجاد نمی شود. روش اتمیزه کردن عموماً برای تولید پودرهای فلزی مانند Fe, ​​Sn, Zn, Pb, Cu و … استفاده می شود و همچنین می توان از آن برای تولید پودرهای آلیاژی مانند برنز, برنج, فولاد کربنی و فولاد آلیاژی استفاده کرد.

روش اتمیزه کردن

پودر اتمیزه شده دارای مزایایی از جمله شکل کروی، اندازه ذرات پودر قابل کنترل، محتوای اکسیژن کم، هزینه تولید پایین و سازگاری با تولید پودرهای فلزی مختلف است. با این حال، روش اتمیزه کردن دارای عیوبی از جمله راندمان تولید پایین، بازده کم پودرهای بسیار ریز و مصرف انرژی نسبتاً زیاد است.

هزینه تولید پودر فلزی

هزینه تولید پودر فلزی متناسب با روش انتخاب شده برای انجام این فرآیند متفاوت است. به عنوان مثال اگرچه روش الکترولیز خلوص بالایی دارد، اما استفاده از جریان برق در این فرآیند سبب می شود که هزینه نهایی زیاد شود. در صورتی که در روش احیا به دلیل سادگی فرآیند هزینه تولیدات کمتر است. همچنین هزینه تولید پودر فلزی به نوع فلز درخواست شده نیز بستگی دارد. به عنوان مثال اگر تولید آلیاژ پودری با استفاده از آهن مدنظر باشد، متناسب با نوع و مقدار فلز آلیاژ شده با آهن هزینه نهایی ممکن است افزایش یابد.

پودر تنگستن