سابقه ی تولید قطعات با پودر فلزات به بیش از سه هزار سال پیش از میلاد مسیح در تمدن مصر باستان باز می گردد. حدود ۶۰۰-۸۰۰ سال پیش از میلاد مسیح در یونان، تولید قطعات به روش متالورژی پودر به صورت گسترده انجام می گرفت. تولید قطعات سنگین به روش متالورژی پودر به بعد از میلاد مسیح باز می گردد. هم اکنون ستون آهنی با وزنی بیش از شش تن در شهر دهلی کشور هندوستان وجود دارد که در سال ۳۰۰ میلادی به روش احیای مستقیم اکیسد آهن بدون ذوب کردن، تولید شده است. تکنولوژی های افزایش دما تا دمای ذوب آهن تا سال ۱۸۰۰ میلادی وجود نداشته است.

روش های معنا دار و پایه ای برای تولید پودر فلزات در اوایل قرن ۱۹ میلادی و برای تولید پلاتینیوم شکل گرفت. در این سال ها ولاستون (دانشمند انگلیسی) و زابولفسکی (دانشمند روسی) به روشی برای تولید رشته های تابان تنگستن دست یافتند. متالورژی پودر به عنوان یکی از روش های نو تولید قطعات در قرن بیستم و در زمان جنگ جهانی شناخته شد. امروزه از تکنولوژی های نوین (مانند تولید قطعات به روش پرس و پخت، پرینت سه بعدی و غیره) جهت تولید قطعات به این روش استفاده می گردد. اولین تولید صنعتی قطعات پودری آهن در سال ۱۹۳۷ میلادی با درخواست شرکت جنرال موتورز امریکا انجام شد. پیش از این شرکت هوگوناس از سال ۱۹۲۲ میلادی تولید آهن اسفنجی به روش کوره ی تونلی و با کیفیت بالا را آغاز کرده بود.

تست های اولیه پودر آهن در سال ۱۹۳۷ میلادی نشان داد که آهن اسفنجی تولید شده به روش کوره ی تونلی قابلیت تبدیل شدن به پودر آهن را داراست. سپس تولید پودر آهن در مقیاس کوچک در سال های بین ۱۹۳۷ میلادی تا ۱۹۳۹ میلادی در شرکت هوگوناس به صورت آزمایشی انجام و محصول آن به امریکا صادر گردید.

محصول اولیه پودر آهن آنیل نشده بود که منجر به کاهش خواص مکانیکی محصولات تولید شده گردید. بعد از سال ۱۹۴۰ میلادی شرکت هوگوناس فرایند آنیل را معرفی کرد که در آن پودر آهن خام در اتمسفر آلومینایی حراردت داده شده و کربن و اکسیژن موجود در آن کاهش یافته و خواص مکانیکی آن افزایش می یابد. در طول جنگ جهانی دوم به دلیل کمبود مس، استفاده از قطعات زینتر شده حاصل از پودر آهن رواج یافت.

نگاهی بر تاریخچه متالوژی پودر

متالوژی پودر (PM) یک فرآیند ساخت جذاب و همه کاره است که ریشه‌های تاریخی عمیقی دارد. تکامل این فرایند هزاران سال را در بر می‌گیرد. نمونه‌های اولیه پودرهای فلزی هنوز هم که هنوز است برای اهداف مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. از تمدن‌های باستانی تا به امروز، تاریخچه متالوژی پودر منعکس کننده سفری از نوآوری، پیشرفت‌های تکنولوژیکی و تلاش برای دقت در ساخت است. متالورژی پودر با تحقیقات مداوم بر روی بهینه سازی فرآیندها، توسعه مواد جدید و گسترش دامنه کاربردهای این تکنیک تولید چند منظوره به تکامل خود ادامه می دهد.

نگاهی به تاریخچه متالورژی پودر

پیشینه تولید قطعات با استفاده از پودر فلزات را می‌توان به بیش از سه هزار سال پیش از میلاد مسیح در تمدن مصر باستان بازنگری کرد. تاریخچه متالورژی پودر در حدود ۶۰۰-۸۰۰ سال پیش از میلاد مسیح در یونان، به‌صورت گسترده رواج پیدا کرد. پس از آن، تولید قطعات سنگین با استفاده از متالورژی پودر به‌مرورزمان صورت گرفت.

امروزه، در شهر دهلی کشور هندوستان، ستون آهنی‌ای به وزن بیش از شش تن وجود دارد که در سال ۳۰۰ میلادی به روش احیای مستقیم اکسید آهن، بدون نیاز به ذوب، تولید شده است. این نمونه نشان از تکنولوژی‌های زمان خود دارد که آن زمان، توانایی افزایش دما به‌اندازه‌ای بالا تا دمای ذوب‌آهن را نداشتند.

در اوایل قرن نوزدهم، روش‌های معنادار و اساسی برای تولید پودر فلزات و پلاتینیوم شکل گرفت. در این دوران ولاستون دانشمند انگلیسی و زابولفسکی دانشمند روسی به روشی برای تولید رشته‌های تابان دست یافتند. متالورژی پودر به‌عنوان یکی از روش‌های نوین تولید قطعات در قرن بیستم به‌ویژه در دوران جنگ جهانی، به شهرت رسید.

چه پیشرفت‌هایی در تکنولوژی‌های متالورژی پودر صورت گرفته است؟

امروزه، از تکنولوژی‌های پیشرفته مانند تولید قطعات به روش پرس و پخت، پرینت سه‌بعدی و سایر روش‌های نوین برای تولید قطعات بهره می‌برند. اولین تولید صنعتی پودر آهن در سال ۱۹۳۷ میلادی به درخواست شرکت جنرال موتورز امریکا انجام شد. پیش‌ازاین، شرکت هوگوناس از سال ۱۹۲۲ میلادی تولید آهن اسفنجی باکیفیت بالا را با استفاده از روش کوره تونلی آغاز کرد.

در سال ۱۹۳۷ میلادی، آزمایش‌های اولیه بر روی پودر آهن نشان دادند که آهن اسفنجی تولید شده از طریق کوره تونلی قابل‌تبدیل به پودر آهن را دارد. سپس، از سال ۱۹۳۷ تا ۱۹۳۹ میلادی، تولید پودر آهن به‌صورت آزمایشی در مقیاس کوچک در شرکت هوگوناس انجام شد و در نهایت محصول تولیدی به کشور امریکا صادر شد.

محصول اولیه پودر آهن پس از تولید، آنیل نشده بود که منجر به کاهش خواص مکانیکی محصولات تولیدی می‌شد. از سال ۱۹۴۰ میلادی به بعد، شرکت هوگوناس فرایند آنیل‌سازی را معرفی کرد. در این فرایند، پودر آهن خام در محیط آلومینایی حرارت داده می‌شد و مقدار کربن و اکسیژن در آن کاهش پیدا می‌کرد و باعث افزایش خواص مکانیکی در آن می‌شد. در طول جنگ جهانی دوم به دلیل کمبود مس، استفاده از قطعات زینت‌سازی شده از پودر آهن بسیار متداول شد.

در اوایل قرن ۱۹ میلادی، تولیدات اولیه شامل سکه‌ها و مدال‌های مسی، شمش‌های پلاتینی، حروف چاپ سربی و سیم‌های تنگستنی بودند که از آن‌ها در ساخت لامپ‌های رشته‌ای استفاده می‌کردند. در دهه ۱۹۲۰، نوک ابزارهای برشی تنگستن کاربیدی و بوش‌های غیرآهنی تولید شدند، همچنین یاتاقان‌های خود روانکار، بوش خود روغنکار، فیلترهای فلزی، فیلترهای برنزی از جمله محصولات اولیه بودند.

کاربرد علم متالوژی پودر در جنگ‌ جهانی دوم و سال‌های بعد از آن

در دوره جنگ جهانی دوم، توسعه سریعی در زمینه متالورژی پودر رخ داد. به‌خصوص در صنعت خودروسازی این پیشرفت بسیار چشمگیر بود و آهن و فولاد به‌عنوان جایگزین مس که قبلاً عنصر غالب بودند، مورداستفاده قرار گرفتند. افزایش تقاضا برای اجزای فلزی نسوز به‌ویژه در صنایع هوافضا و هسته‌ای، تحولاتی را به دنبال داشت. محصولات با تراکم کامل در دهه ۱۹۶۰ ظاهر شدند و اجزای ابرآلیاژی با کارایی بالا، مانند قطعات توربین موتور هواپیما، از جمله پیشرفت‌های برجسته دهه ۱۹۷۰ بودند.

در دهه‌های بعدی، تجاری‌سازی پودرهای سریع جامد شونده و آمورف، آهنگری پودر، تراکم گرم و قالب‌گیری تزریقی P/M به‌عنوان تحولاتی مهم در این حوزه مطرح شدند. فناوری‌های جدیدتر نیز شامل پودرهای زیر میکرون و نانوفاز، نورد مستقیم پودر، تراکم سرعت بالا و فشار فوق بالا و پخت میکروویو و پلاسمای دمای بالا پدیدآمده‌اند.

امروزه، با تولید محصولات از جنس سرامیک، الیاف سرامیک، ترکیبات بین فلزی و حتی برخی مواد کاملاً غیرفلزی، اصطلاح متالورژی پودر ممکن است با اصطلاح گسترده‌تر، فراوری ذرات (particulate processing) جایگزین شود.

متالورژی پودر چه خاصیت ‌هایی دارد؟

حال که نگاهی گذرا بر تاریخچه متالوژی پودر انداختیمُ، نوبت به آشنایی با خواص و ويژگی‌های این شاخه غلمی می‌رسد. خواص محصولات تولیدی توسط متالورژی پودر، به میزان زیادی به خواص پودر اولیه بستگی دارند. این خواص شامل خواص شیمیایی و خلوص، اندازه ذرات، توزیع اندازه، شکل ذرات و بافت سطحی ذرات است. فرایندهای مختلفی برای تولید پودر وجود دارد که هر کدام می‌توانند بر این ویژگی‌ها و در نتیجه محصول نهایی تأثیر بگذارند. بیش از ۸۰٪ از پودرهای موجود در بازار به روش اتمیزه کردن ساخته شده‌اند که در آن ماده مذاب به قطرات بسیار ریزی تبدیل شده و سپس قبل از اینکه با یکدیگر یا به سطحی برخورد کنند، جامد می‌شوند.

اتمیزه‌سازی روش مناسبی برای تولید پودرهای از پیش‌آلیاژی شده است. جالب است بدانید که همین پودرهای آتمیزه را شرکت‌ تولیدکننده فرآورده‌های متالورژی سهند به بهترین شکل ممکن در ایران انجام می‌دهد. شروع این فرایند با یک مذاب آلیاژی یا پودر از پیش‌آلیاژی شده آغاز می‌شود. هر کدام از ذرات پودری باید خواص شیمیایی آلیاژ مطلوب را دارا باشد. امروزه در بازار پودرهایی از آلیاژهای آلومینیوم، مس، نیکل، تیتانیوم، کبالت، روی و قلع، فولاد ضدزنگ و فولادهای مختلف کم‌آلیاژ و مواد غیرفلزی موجود هستند که می‌توانند ذوب شوند و مایع اولیه را تشکیل دهند.

تاریخچه متالورژی پودر، ملیله‌ای غنی است که شیوه‌های باستانی، انقلاب‌های صنعتی و فناوری‌های پیشرفته را به هم می‌پیوندد. از آزمایش‌های اولیه با پودرهای فلزی تا دقت قالب‌گیری تزریقی پودر مدرن، سفر متالورژی پودر نشان‌دهنده نبوغ انسان و پیگیری بی‌وقفه تعالی در تولید است.