متالورژی پودر ، به عنوان یک آماده سازی و فن آوری پیشرفته باستانی و پویا ، از فناوری آماده سازی سرامیک باستانی و فناوری ساخت آهن سرچشمه گرفته است ، تا سال 1909 ، ظهور تونگستن متالورژی پودر ، ظهور دوره مدرن متالورژی پودر را نشان داد. برای بیش از صد سال ، فناوری متالورژی پودر به شدت توسعه یافته است ، و انواع مختلفی از مواد مهم و محصولات کلیدی به طور مداوم پدیدار شده اند و به یکی از فناوری های مهم مهندسی مهم در اقتصاد ملی و علم و فناوری تبدیل شده اند.
خصوصیات و مزایای متالورژی پودر
متالورژی پودر فناوری است که از پودر فلزی (یا ترکیبی از پودر فلزی و غیر فلزی) برای تولید مواد فلزی ، مواد کامپوزیت و انواع مختلف محصولات با استفاده از قالب گیری و فرآیندهای پخت و پز به عنوان مواد اولیه استفاده می کند.
در مقایسه با فرآیند ذوب و ریخته گری سنتی ، متالورژی پودر مزایای بسیاری دارد. از یک طرف ، می تواند به طور مؤثر از تفکیک مؤلفه احتمالی در فرآیند ذوب جلوگیری کند و از ترکیب مواد یکنواخت اطمینان حاصل کند تا عملکرد پایدار و عالی تری بدست آورد. از طرف دیگر ، متالورژی پودر می تواند به شکل نزدیک شبکه برسد ، فرآیند پردازش بعدی و زباله های مادی را تا حد زیادی کاهش می دهد. طبق آمار داده های مربوطه ، میزان استفاده از مواد از قطعات تولید شده توسط فرآیند متالورژی پودر می تواند به بیش از 90 ٪ برسد ، در حالی که میزان استفاده از مواد از روش ماشینکاری سنتی معمولاً فقط 30 ٪ -50 ٪ است ، که نه تنها هزینه تولید را کاهش می دهد ، بلکه بهره وری تولید را نیز بهبود می بخشد و مفهوم توسعه سبز صنعت تولید مدرن را متناسب می کند. علاوه بر این ، با تنظیم ترکیب پودر ، اندازه ذرات و فرآیند آماده سازی ، تنظیم دقیق خواص مواد می تواند برای پاسخگویی به نیازهای زمینه های مختلف برای خواص خاص مواد ، مانند استحکام بالا ، سختی بالا ، مقاومت در برابر دمای بالا ، مقاومت در برابر خوردگی و غیره تحقق یابد.
فرآیند اصلی فرآیند متالورژی پودر
(i) تهیه پودر
روش خرد کردن مکانیکی: برای مسدود کردن فلز یا آلیاژ شکسته شده به پودر ، تجهیزات ساده ، کم هزینه ، عملکرد بزرگ ، به نیروی مکانیکی متکی است ، اما شکل پودر توزیع نامنظم ، اندازه ذرات گسترده است ، به راحتی می توان ناخالصی ها را معرفی کرد.
روش توجیه: مایع فلزی مذاب با گاز فشار قوی (نیتروژن ، آرگون) یا جریان آب پر سرعت در قطرات کوچک اسپری ، خنک شده و به پودر جامد می شود. پودر اتمیزاسیون گاز دارای شکل کروی بالایی ، سیالیت مناسب ، مناسب برای قطعات با کارایی بالا است. روش اتمی سازی آب با هزینه کم ، راندمان بالا ، شکل پودر نامنظم ، که اغلب در پودر فولادی معمولی و محصولاتی با نیاز کم مصرف استفاده می شود.
روش کاهش: استفاده از هیدروژن ، مونوکسید کربن و سایر عوامل کاهش دهنده برای کاهش اکسید فلزی به پودر ، خلوص بالا ، فعالیت زیاد ، فعالیت پخت و پز بالا ، تراکم دمای پایین ، اما تولید نیاز به دمای بالا و جو خاص ، تجهیزات سرمایه گذاری بزرگ ، هزینه بالایی دارد.
روش الکترولیز: محلول نمک فلزی الکترولیز یا نمک مذاب ، به طوری که یونهای فلزی موجود در رسوب کاتد به پودر ، خلوص بالا ، ریز و یکنواخت ، مناسب برای زمینه خلوص بالا و اندازه ذرات ، مانند مواد الکترونیکی ، اما راندمان تولید پایین ، مصرف انرژی بالا ، هزینه بالا.
(2) تشکیل
قالب گیری: پودر فلزی پیش درمانی را درون قالب قرار دهید ، قالب گیری فشرده سازی فشار ، مراحل از جمله پودر ، فشار دادن ، انتشار ، مناسب برای شکل ساده ، الزامات دقیق و دقیق محصولات مانند دنده. این مزایا تجهیزات ساده ، راندمان بالا ، کم هزینه ، تولید انبوه است. طراحی و ساخت محصولات پیچیده ، یکنواختی چگالی دشوار است.
قالب گیری فشار ایزوستاتیک: استفاده از انتقال فشار یکنواخت مایع ، قالب الاستیک بارگذاری شده با پودر ، قالب فشار فشار بالا را ایجاد می کند. فشار ایزوستاتیک سرد در دمای اتاق برای محصولاتی با شکل پیچیده و نیازهای چگالی بالا مناسب است. فشار ایزوستاتیک حرارتی در دمای بالا و فشار بالا به طور همزمان برای مواد هوافضا با کارایی بالا عمل می کند. مزیت این است که چگالی محصول یکنواخت است ، مناسب برای محصولات پیچیده بزرگ. تجهیزات گران قیمت ، چرخه طولانی و هزینه بالایی است.
قالب تزریق: مخلوط کردن پودر فلزی و چسب در مواد تزریق و دستگاه تزریق به حفره قالب ، برای تولید قطعات کوچک پیچیده و دقیق مانند اجزای الکترونیکی مناسب است. این مزایا راندمان و دقت قالب بالا است که برای تولید انبوه مناسب است. انتخاب و برداشتن چسب دشوار است و درمان نادرست بر عملکرد محصولات تأثیر می گذارد.
(3) صورتحساب
پخت و پز معمولی: برای ترکیب ذرات پودر و بهبود چگالی و استحکام ، بیل را در دمای و جو مناسب (هیدروژن ، نیتروژن ، خلاء و غیره) گرم کنید. جو هیدروژن برای از بین بردن ناخالصی ها ، اکسیداسیون نیتروژن ، خلاء برای نیازهای زیاد اکسیژن مناسب است.
پخت فشار گرم: فشار پخت ، در تجهیزات ویژه ، قالب با گرافیت و سایر مواد. محصولاتی که می توانند دمای پخت را کاهش دهند ، زمان را کوتاه کنند و چگالی و عملکرد بالاتری کسب کنند ، اغلب در تهیه سرامیک های با کارایی بالا و سایر مواد استفاده می شوند.
تخلیه پلاسما پلاسما (SPS): تولید پلاسما تخلیه و گرمای گرمای گرم شده سریع توسط جریان پالس. این می تواند ناخالصی های موجود در سطح ذرات را از بین ببرد ، سطح را فعال کند ، به سرعت گرم شود (100-1000 درجه در دقیقه) ، زمان کوتاه (چند دقیقه تا چند دقیقه) ، می تواند رشد دانه را مهار کند و برای تهیه نانومواد استفاده می شود.
زمینه کاربرد فناوری متالورژی پودر
(1) میدان هوافضا
هوافضا نیازهای جدی در مورد عملکرد مواد دارد و فناوری متالورژی پودر فقط شرایط را برآورده می کند. پودر متالورژی Superalloy برای تولید اجزای کلیدی مانند دیسک های توربین و تیغه ها ، مانند دیسک توربین موتور F119 Pucompany و پودر متالورژی مبتنی بر نیکل برای بهبود عملکرد و قابلیت اطمینان استفاده می شود. با چگالی کم ، مقاومت بالا و مقاومت در برابر خوردگی ، از آلیاژ تیتانیوم متالورژی پودر برای تولید قطعات ساختاری مانند جبهه بال هواپیما و قاب بدنه برای کاهش وزن هواپیما و بهبود راندمان سوخت و عملکرد پرواز استفاده می شود.
(2) زمینه تولید خودرو
قطعات متالورژی پودر به طور گسترده در سیستم های موتور ، انتقال و ترمز خودرو استفاده می شود. حلقه دریچه ، کاتتر و حلقه پیستون در موتور از آلیاژ پایه مس یا آلیاژ پایه آهنی ساخته شده است که می تواند در برابر دمای بالا و فشار بالا مقاومت کند و عملکرد و عمر موتور را بهبود بخشد. دنده انتقال و همگام ساز از دقت و قدرت بالایی برخوردار است ، باعث می شود چرخ دنده ها به راحتی تغییر مکان دهند و راندمان ترمز را با اصطکاک خوب و مقاومت در برابر سایش و ایمنی ترمز بهبود بخشند.
(3) زمینه اطلاعات الکترونیکی
با توسعه تجهیزات الکترونیکی به سبک کوچک ، سبک و با عملکرد بالا ، از فناوری متالورژی پودر استفاده بیشتری می شود. از مواد متالورژی پودر مغناطیسی نرم برای تولید اجزای الکترونیکی مانند ترانسفورماتورها و سلف استفاده می شود. پودر کامپوزیت های ماتریس فلزی پودر مانند مس-تونگستن و مس مولیبدن برای بستر اتلاف گرما و محفظه بسته بندی دستگاههای الکترونیکی پرقدرت استفاده می شود. از مواد تماس متالورژی پودر برای سوئیچ ها و رله های الکتریکی استفاده می شود تا از باز و شکستن مدار ایمن اطمینان حاصل شود.
هسته پودر مغناطیسی Fe-Silicon-Nickel (KNF)
(4) میدان تولید مکانیکی
از فناوری متالورژی پودر برای ساخت چرخ دنده ها ، یاتاقان ها و سایر قطعات مکانیکی استفاده می شود. دنده متالورژی پودر دارای دقت بالایی ، انتقال صاف و میزان استفاده زیاد از مواد است. بلبرینگ متالورژی پودر خودآزمایی و مقاوم در برابر سایش ، مناسب برای سرعت کم ، بار سنگین و سر و صدای کم است. در شرایط خاص کار ، تحمل روغن می تواند عملکرد خوبی را حفظ کرده و قابلیت اطمینان و عمر خدمات تجهیزات را بهبود بخشد.
(5) زمینه دستگاه های پزشکی
از نظر ایمپلنت ها ، از آلیاژ تیتانیوم متالورژی پودر برای ساخت مفاصل مصنوعی و غیره استفاده می شود ، که ساختار متخلخل آن می تواند رشد سلولهای استخوانی را تقویت کرده و خطر شل شدن ایمپلنت را کاهش دهد. ابزارهای جراحی از فولاد پر سرعت و فولاد ضد زنگ پودر پودر ساخته شده اند و دارای سختی بالاتر ، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی هستند و همچنین می توانند دستگاه های شکل پیچیده ای را ایجاد کنند. در مواد دندانپزشکی ، پروتزهای دارای قدرت ، چقرمگی و زیبایی شناسی خوبی دارند. ایمپلنت های دندانپزشکی از تیتانیوم متالورژی پودر یا آلیاژ تیتانیوم استفاده می کنند که می تواند میزان موفقیت کاشت را بهبود بخشد. براکت ارتودنسی از فولاد ضد زنگ متالورژی پودر یا آلیاژ نیکل تیتانیوم استفاده می کند که می تواند به طور دقیق نیرو را اعمال کند.
(6) بخش انرژی جدید
از نظر باتری های لیتیوم یون ، مواد کاتدی مانند لیتیوم آهن فسفات و مواد سه قلو تهیه شده توسط فناوری متالورژی پودر می تواند چگالی انرژی و بار و بازده تخلیه باتری ها را بهبود بخشد. در زمینه سلولهای سوخت ، صفحات دو قطبی فلزی تولید شده توسط فرآیند متالورژی پودر و حامل های کاتالیزور با سطح خاص سطح بالا می توانند عملکرد سلول سوخت را بهبود بخشند و هزینه ها را کاهش دهند. در تولید برق باد ، جعبه های دنده ، یاتاقان ها و سایر قطعات تولید شده توسط متالورژی پودر می توانند عملکرد پایدار را در محیط سخت حفظ کرده و عمر خدمات تجهیزات را طولانی تر کنند.
پیشرفت در فناوری متالورژی پودر
(1) همجوشی تولید مواد افزودنی فلزی (چاپ سه بعدی) و متالورژی پودر
فناوری تولید مواد افزودنی فلزی در سالهای اخیر به سرعت توسعه یافته است و ترکیب آن با متالورژی پودر پیشرفت جدیدی را برای تولید قطعات پیچیده به همراه داشته است. از طریق فناوری چاپ سه بعدی ، پودر فلزی می تواند به طور مستقیم جمع شود و لایه ای از لایه تشکیل شود تا قطعاتی با ساختار داخلی پیچیده و طراحی شخصی تولید شود. این فناوری نه تنها زباله های مواد و فرآیندهای پردازش را کاهش می دهد ، بلکه تولید قطعاتی را نیز قادر می سازد که تولید آنها دشوار باشد ، مانند تیغه های پیچیده موتورهای هوایی.
(2) فناوری متالورژی نانو پودر
با توسعه فناوری نانو ، فناوری متالورژی نانو پودر پدیدار شده است. پودر فلزی نانو ویژگی های سطح خاص و خاص ، فعالیت بالا ، نیروی محرک بزرگ پخت و پز دارد و می تواند مواد نانوساختار شده را با خاصیت مکانیکی ، الکتریکی و مغناطیسی عالی تهیه کند. در حال حاضر ، فناوری متالورژی نانو پودر پیشرفت چشمگیری در تهیه مواد مغناطیسی با کارایی بالا ، مواد ابررسانا و آلیاژهای با استحکام بالا داشته است.
(3) نوآوری کامپوزیت های متالورژی پودر
با افزودن مراحل مختلف پیشرفته (مانند ذرات سرامیکی ، الیاف و غیره) به پودر فلزی ، مواد کامپوزیت متالورژی پودر با عملکرد عالی تهیه می شود. این مواد کامپوزیت از مزایای استفاده از فلز و فاز پیشرفته ، ویژگی های استحکام بالا ، سختی بالا ، مقاومت در برابر سایش خوب ، درجه حرارت بالا و سایر مقاومت ها را دارند و به طور گسترده در هوافضا ، تولید خودرو ، مهندسی مکانیک و زمینه های دیگر مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال ، ماده کامپوزیت ماتریس آلومینیوم تهیه شده با افزودن ذرات کاربید سیلیکون به پودر آلیاژ آلومینیوم به طور قابل توجهی قدرت و سختی را بهبود می بخشد ، در حالی که ویژگی های چگالی کم آلیاژ آلومینیوم را حفظ می کند.
با نگاهی به آینده ، با پیشرفت مداوم علم و فناوری ، انتظار می رود فناوری متالورژی پودر در زمینه های نوظهور پیشرفت هایی به پیشرفت برساند و ادغام با سایر فناوری های برش بیشتر عمیق تر می شود. در زمینه های تولید هوشمند ، مواد کوانتومی و مهندسی زیست پزشکی ، فناوری متالورژی پودر پتانسیل ایجاد مواد و مؤلفه های با کارایی بالا و چند منظوره را دارد ، و راه حل های نوآورانه ای را برای چالش های جهانی مانند بحران انرژی ، حفاظت از محیط زیست و سلامت انسان فراهم می کند. می توان پیش بینی کرد که فناوری متالورژی پودر نقش مهمی در توسعه صنعتی آینده و پیشرفت اجتماعی خواهد داشت.
