روش اجرای متالورژی پودر فلزات + فاکتورهای ارزیابی و هزینه ها
به صورت کلی چهار روش اصلی در اجرای متالورژی پودر به کار گرفته می‌شوند که در ادامه به هرکدام ار آن‌ها اشاره خواهیم کرد. توجه داشته باشید که متالوژی پودری سهند به‌عنوان یکی از پیشروهای تولیدکننده پودر برنز و پودر مس و تولیدکننده قطعات فولادی و برنزی به روش متالورژی پودر در ایران شناخته می‌شود.
آماده‌سازی پودر
کاربرد پودر برنز و خواص هر محصول بسیار وابسته به ویژگی‌های مواد اولیه‌ای است که در تولید آن به کار می‌روند. متالورژی پودر نیز از این قاعده مستثنا نیست. در مرحله اول، آماده‌سازی پودر با یک روش به نام اتمیزه کردن مواد مذاب انجام می‌شود.
در اتمیزه کردن مواد مذاب، فلز مایع به قطرات کوچک تبدیل شده و سپس سرد و هر یک از این قطرات به ذرات کوچکی منجر می‌شوند. این فرآیند باعث تولید پودر فلز می‌گردد. دستگاه اتمیزه کردن فلزات اغلب از جریان آب با سرعت بالا برای پودر سازی ذرات فلزات استفاده می‌کند.
هرچند اتمیزه کردن روش رایج‌ترین برای تولید پودر فلزات است، اما از روش‌های دیگر ازجمله رسوب الکترولیتی و تجزیه حرارتی، نیز می‌توان به‌عنوان جایگزین استفاده کرد. این روش‌ها نیز امکان تولید پودرهای فلزی و آلیاژهای مختلف را فراهم می‌کنند.
فاکتورهای ارزیابی
- چگالی
- استحکام
- تراکم‌پذیری
- مخلوط کردن
- سرعت جریان
مرحله دوم متالورژی پودر، برای تولید قطعه است که در آن، پودرهای مختلف باید با مخلوط کننده‌ها و روان کننده‌ها ترکیب شوند. تشخیص نسبت مناسب بین پودرها نیاز به دانش و تجربه دارد، زیرا تأثیر بسیاری بر خصوصیات نهایی قطعات فلز و کاربرد پودر برنز دارد. این ترکیب بسته به نوع قطعه و مواد اولیه می‌تواند در محیط‌های مرطوب یا خشک انجام شود.
برای انجام فرآیند اختلاط پودرها، چهار روش اصلی وجود دارد:
- فشرده‌سازی پودرها
- میکسر پیچی (Screw Mixer)
- همزن تیغه‌ای (Blade Mixer)
- درام چرخان (Rotating Drum)
- مخروط دوتایی دوار (Rotating Double Cone)
در فرآیند فشرده‌سازی، پودرهای ترکیب شده در یک قالب خاص قرار می‌گیرند و تحت فشار فراورده می‌شوند تا به شکل نهایی قطعه دلخواه دست پیدا کنند. این فشرده‌سازی باید به‌گونه‌ای انجام شود که فضای خالی درون قطعه باقی نماند و چگالی آن ارتقا یابد. اعمال فشار در صنایع مختلف با محدوده‌های 80 تا 1600 مگا پاسکال انجام می‌گیرد.
دستگاه فشرده‌سازی پودرها در سه مرحله عمل می‌کند:
- ابتدا، پودرها وارد قالب شده و در معرض ارتعاش قرار می‌گیرند تا منافذ درون آن به‌طور کامل پر شوند.
- در این مرحله، فشار به‌صورت محدود به پودر اعمال می‌شود.
- در پایان، فشار نهایی به بالاترین سطح به پودر وارد شده؛ به‌گونه‌ای که ذرات آن تغییر شکل داده و چگالی آن افزایش می‌یابد.
تف جوشی
در مرحله قبل از عملیات فشرده‌سازی پودرها، شرایط مناسبی برای ایجاد پیوند دائمی بین ذرات فلزی فراهم نمی‌شود. برای ایجاد این پیوند، ذرات فلزی باید در معرض حرارت قرار بگیرند تا با افزایش دما، پیوندهای لازم برقرار گردند. در فرآیند تف جوشی یا Sintering، قطعات حاصل از مرحله سوم فشرده‌سازی تحت حرارت و فشار زیادی قرار می‌گیرند.
حرارت در این فرآیند اعمال شده تا قبل از نقطه ذوب ذرات فلزی ادامه پیدا کند. این اقدام به ایجاد پیوندهای جدیدی بین ذرات فلزی منجر می‌گردد که استحکام کافی را برای تولید قطعه فلزی ایجاد کند. در این فرآیند، کلیه فضای متخلخل درون قطعات از بین رفته و به‌این‌ترتیب، قطعات از نظر استحکام تقویت می‌شوند.
روش‌های تولید پودر فلزات
1- متالورژی به روش معمولی
در این روش متالورژی پودر، مراحل چهارگانه که در بالا ذکر شده را به شیوه کلاسیک اجرا می‌شود. این روش عمومی به نحوی شبیه به روش‌های گذشته است که در دوران پیشین برای انجام متالورژی پودر مورد استفاده قرار می‌گرفته‌اند. با این تفاوت که در اینجا برای اجرای مراحل چهارگانه، از فناوری‌های مدرن به‌جای روش‌های سنتی بهره می‌برد.
2- تکنیک قالب تزریقی
در روش قالب‌گیری تزریقی، به تولید قطعات با اشکال هندسی پیچیده با تیراژ بالا پرداخته می‌شود. در ابتدا، پودرهای ترکیبی که از نوعی چسب خاص و به شکل موم شبیه است، با یکدیگر مخلوط می‌شوند. سپس، این پودرهای ترکیب شده وارد دستگاه قالب‌گیری تزریقی می‌شوند.
در داخل دستگاه، پس از انجام عملیات‌های فشرده‌سازی و تف‌جوشی، چسب‌های مشابه موم که در مرحله اول به آن‌ها اشاره شد، به‌طور کامل متلاشی می‌شوند. این شیوه به‌نوعی شباهت زیادی با روش قالب‌گیری پلاستیک در تولید محصولات پلیمری دارد. قطعات تولیدی با این تکنیک دارای ابعاد دقیقی هستند، اما معمولاً نیاز به عملیات پرداخت کاری روی آن‌ها وجود دارد.
3- روش ایزواستاتیک
در تکنیک متالورژی پودر با پرس ایزواستاتیک، فشار یکسان به کل سطح قطعه اعمال شده که باعث می‌شود قطعه از نظر ساختاری کاملاً یکپارچه شود. این فرآیند می‌تواند به‌صورت سرد یا گرم، بسته به نوع مواد اولیه و مشخصات قطعه، اجرا شود. برای تولید قطعات با ابعاد بزرگ و پیچیده، معمولاً از پرس سرد استفاده می‌شود.
فشاری که توسط پرس روی قطعه اعمال می‌شود، متغیر است و بین 5000 تا 100000 پوند بر اینچ مربع قرار دارد. استفاده از پرس ایزو استاتیک گرم باعث حذف تخلخل درون قطعات می‌شود که به دنبال آن محصول نهایی با چگالی بالایی به دست می‌آید؛ بنابراین، خواص مکانیکی قطعات تولید شده با پرس گرم بهتر از قطعات پرس سرد خواهد بود.
4- تکنیک افزون فلز
روشی که به‌عنوان چاپ سه‌بعدی قطعات فلزی شناخته می‌شود، درواقع یکی از جدیدترین فناوری‌های متالورژی پودر است. این متد معمولاً از افزودن پودر برای تولید سریع و کم‌هزینه قطعات نمونه استفاده کرده و اغلب باعث حذف ضایعات مواد اولیه می‌شود.
در این فرآیند، فناوری لیزر برای اجرای مرحله تف جوشی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روش به‌دقت ابعادی بالایی در تولید محصولات فلزی منجر می‌شود و به‌عبارت‌دیگر، توانایی ایجاد قطعات با ابعاد دقیق و بدون باقی‌مانده ضایعات از مزیت‌های آن است.
هزینه تولید پودر برنز
هزینه تولید پودر فلزی به‌طور مستقیم با روشی که برای انجام فرآیند انتخاب می‌شود، متفاوت است. به‌عنوان‌مثال، روش الکترولیز با ویژگی خلوص بیشتر، اما با هزینه بالایی همراه است؛ زیرا استفاده از جریان برق در این فرآیند می‌تواند هزینه نهایی را افزایش دهد. در عوض، روش احیا به دلیل سادگی فرآیند، هزینه تولیدات را کاهش می‌دهد. همچنین، نوع فلز درخواستی نیز بر هزینه تولید پودر فلزی تأثیرگذار است.
تحلیل و پیش‌بینی ارزش بازار پودر برنز به عوامل مختلفی چون مسائل اجتماعی، سیاسی و اقتصادی بستگی دارد. این موضوع در بازارهای بین‌المللی، روند توسعه آن، تجزیه‌وتحلیل چشم‌انداز رقابتی و وضعیت توسعه مناطق کلیدی همیشه مورد بررسی کارشناسان این حوزه است.
بازار جهانی این پودر صنعتی کاربردی در چند سال گذشته با نرخ رشد قابل‌توجهی در حال گسترش بوده و پیش‌بینی می‌شود که این رشد تا سال 2030 ادامه دارد. به‌طورکلی، این پودر صنعتی به‌عنوان یک ماده چندکاره و پرکاربرد در صنایع گوناگون، هنر و تکنولوژی مدرن مورداستفاده قرار می‌گیرد و انتظار می‌رود که در آینده نیز جایگاه خود را حفظ کرده و از توسعه‌های فناورانه بهره‌مند شود.
