روش اتمیزه کردن یا ذره ای کردن اکثرا برای فلزاتی مانند قلع ،سرب، روی، برنج، برنز و آلومینیم به کار می رود که نقاط ذوب پائینی داشته باشند. این فرایند برای پودرهای آهن بسیار خالص نیز بکار می رود. هنگام اتمیزه کردن فلزات مذاب به درون یک روزنه کوچک رانده می شود و در جریانی از هوا بخار یا گاز بی اثر، متراکم و خرد می شود. پودرهای که در این فرایند تهیه می شود به شکل قطرات اشک نامنظم و یا بصورت ذرات کروی است. ذرات اتمیزه شده به وسیله یک سیستم مکش جمع اوری شده و در کیسه هایی ته نشین می شود. برای قطعات ساختمانی، پودرهای اتمیزه شده مس، نیکل و آهن را اکسیده کرده و سپس تا ریزی دلخواه پودر نموده و در پایان فلز در یک گاز احیا کننده نظیر هیدروژن احیاء می شود.
پودرهای آتمیزه، از پراکندگی یک ماده مذاب به ذرات ریز، توسط یک جریان گاز یا مایع در حال حرکت یا از طریق پراکندگی مکانیکی، تولید می‌شوند. بسیاری از این پودرها پس از تولید، آنیل می‌شوند تا محتوای اکسید و کربن پودر را کاهش دهند.
درواقع روش آتمیزه کردن به‌عنوان متدی مؤثر و متداول برای تولید پودرهای فلزی و آلیاژی، مطرح است. این فرآیند بر روی مواد مختلف اعم از آلومینیوم، برنج، آهن، فولادهای کم آلیاژ و ضدزنگ، فولادهای ابزار و سوپر آلیاژها اجرا می‌گردد. در این روش، ماده مذاب توسط جریان گاز یا مایع به‌سرعت حرکت کرده و یا تحت پراکندگی مکانیکی قرار می‌گیرد و به ذرات ریز تبدیل می‌شود.
مزایای پودرهای آتمیزه
مزایای این پودرها شامل موارد زیر هستند:
- عمر مفید بیشتر: استفاده از این مواد منجر به عمر مفید بیشتر محصولات شده و همچنین هزینه‌های چرخه عمر آن‌ها را کاهش می‌دهد.
- خواص برتر در دمای بالا: این محصولات خواص حرارتی برتری داشته و در دماهای بالا عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهند که این امر بسیار حیاتی است.
- مقاومت در برابر سایش بیشتر: پودرهای آتمیزه دارای مقاومت بیشتر در برابر سایش هستند که این ویژگی اهمیت زیادی در کاربردهایی مانند قطعات مکانیکی دارد.
- افزایش انعطاف‌پذیری طراحی: از آنجائی که این مواد به شکل‌ها و ابعاد مختلف تولید می‌شوند، استفاده از آن‌ها، انعطاف‌پذیری در طراحی محصولات را افزایش می‌دهد.
- ماشین‌کاری بهبود یافته: ماشین‌کاری پودرهای آتمیزه شده بهبود یافته و فرآیند تولید با دقت بالاتر و مصرف مواد کمتر صورت می‌پذیرد که این موضوع به بهبود کارایی و کاهش هزینه‌ها منجر می‌گردد.
اهمیت پودرهای آتمیزه
افزایش مطالعات بر روی روش‌های تولید قطعات به کمک پودرهای فلزی، شامل متد تولید افزایشی (AM) و قلب گیری تزریقی (MIM) و پرس ایزواستاتیک گرم (HIP) می باشند. این متد باعث به‌روز شدن و ارتقای روش‌های تولید پودرهای فلزی آلیاژی مبتنی بر نیکل، آهن و کبالت شده است.
به‌این‌ترتیب، این روش‌های پیشرفته در تولید پودرهای فلزی، نه‌تنها به بهبود کارایی فرآیندهای تولیدی منجر می‌شود، بلکه امکان ایجاد قطعات با ویژگی‌های برتر و انعطاف‌پذیری در طراحی را نیز فراهم خواهد نمود. در ادامه به بررسی کامل این تکنیک‌ها می‌پردازیم:
قالب‌گیری تزریقی فلز (MIM)
فناوری‌های جدیدتر در زمینه متالورژی پودر ویژگی‌های مشترک خاصی را ارائه می‌دهند، اما اختلافات مهمی، به‌خصوص در کیفیت پودر وجود دارد. به‌عنوان‌مثال، فرآیند قالب‌گیری تزریقی فلز (MIM)، شامل مراحلی چون مخلوط کردن پودر با پلاستیک یا موم است. همچنین برای ساخت قطعات بزرگ، حذف بایندر (چسب زدایی) و سپس تف جوشی قطعه تا رسیدن به فشردگی کامل صورت می‌گیرد.
اهمیت پودرهای آتمیزه
این تکنیک فلزکاری، بسیار پیچیده بوده و مراحل متعددی دارد. در این فرآیند، پودرهای فلزی با پلیمرهایی نظیر موم و بایندرهای پلی پروپیلن ترکیب شده تا مخلوطی مایع ایجاد شود. این ماده اولیه به‌وسیله ماشین‌های قالب‌گیری تزریق پلاستیک، به داخل قالب ریخته می‌شود. سپس قطعه تولید شده خنک و از قالب خارج می‌گردد.
در مراحل بعدی، بخشی از مواد چسبنده با استفاده از حلال، کوره‌های حرارتی، فرآیند کاتالیزوری یا ترکیبی از این روش‌ها حذف می‌شود. نتیجه حاصل از این مراحل، در وضعیتی به نام “برآون” قرار دارد. برای بهبود انتقال، اغلب جداسازی و تف جوشی (زینتر) در یک فرآیند واحد ترکیب می‌شوند. قطعات MIM معمولاً در دماهای نزدیک به ذوب نسبی، در فرایندی به نام تف جوشی فاز مایع، ساخته می‌شوند. تف جوشی، پودر را تا دمای نزدیک به نقطه ذوب در یک کوره با اتمسفر گرم می‌کند تا ذرات با استفاده از نیروهای مویرگی متراکم شوند.
فلز محصول نهایی دارای خواص مکانیکی و فیزیکی مقایسه پذیر با قطعات آنیل تولید شده با روش‌های فلزکاری کلاسیک است. همچنین، عملیات حرارتی مانند آبکاری، بازپخت، کربورسازی، نیتریدینگ و سخت شدن پس از تف جوشی برای MIM نیز مانند سایر روش‌های ساخت امکان‌پذیر است.
از مزایای این متد می‌توان به امکان تولید اشکال پیچیده، ساخت قطعات میکرو سایز در حجم بالا اشاره کرد. همچنین دستیابی به قابلیت‌های داخلی اشکال قطعه مثل رزوه‌های خارجی و داخلی، بافت سطحی با جزئیات ویژه، خنجر و حکاکی از دیگر مزیت‌های این روش است.
تکنیک پرس استاتیک گرم (HIP)
روش ایزواستاتیک گرم، یک فرآیند مبتنی بر تولید است که به‌منظور کاهش تخلخل در فلزات و افزایش چگالی برخی از مواد سرامیکی به کار می‌رود. این فرآیند منجر به بهبود خواص مکانیکی و عملکرد مواد، می‌گردد.
در این حوزه، خلوص، به میزان بسیار زیادی حیاتی است؛ زیرا هیچ تغییری در محتوای اکسیژن در فرآیند پرس ایزواستاتیک گرم (HIP) امکان‌پذیر نیست. به همین دلیل، استفاده از پودرهای آتمیزه گازی تقریباً به‌عنوان یک اقدام ضروری، محسوب می‌شود. در این تکنیک، ابعاد ذرات در درجه دوم اهمیت قرار دارند؛ به‌عنوان‌مثال، در کاربردهای حیاتی مانند صنعت هوافضا، از پودرهای ریز با اندازه کمتر از 53 میکرومتر بهره‌مند می‌شوند.
فرآیند HIP یک قطعه را در معرض دمای بالا و فشار ایزواستاتیک در یک مخزن فشار بالا قرار می‌دهد. برای اینکه مواد با هم واکنش شیمیایی نداشته باشند، از آرگون که گاز تحت فشاری بی‌اثری است، استفاده می‌شود. بسیاری از سیستم‌ها از پمپاژ گاز مرتبط برای دستیابی به فشار موردنیاز بهره برده و فشار از تمام جهات به مواد اعمال می‌شود که به این دلیل به آن ایزواستاتیک می‌گویند.
تولید افزودنی (AM)
تولید افزودنی (AM)، که به نام تولید لایه افزودنی (ALM) هم شناخته می‌شود، یک فرآیند صنعتی برای چاپ سه‌بعدی است. این روش کاملاً تحت کنترل کامپیوتر قرار داشته و با رسوب دادن مواد، معمولاً به‌صورت لایه‌های متوالی، اشیاء سه‌بعدی را ایجاد می‌کند.
تولید افزودنی یا AM
چندین فرآیند برای تولید افزودنی با استانداردهای منحصربه‌فرد خود وجود دارند؛ این موارد عبارت‌اند از:
- بایندر جتینگ: تکنیک بایندر در چاپ سه‌بعدی از یک هد که در سه جهت x،y و z حرکت می‌کند، برای اعمال لایه‌های متناوب مواد پودری و یک چسب مایع به‌عنوان بایندر، بهره می‌برد.
- رسوب مستقیم توسط انرژی: تولید مواد افزودنی با این روش، از سیستم‌های لیزر، قوس الکتریکی یا تفنگ پرتو الکترونی بر روی یک بازو استفاده می‌کند. در این فرآیند، سیم ذوب یا پودر مواد اولیه به‌صورت افقی حرکت کرده و درحالی‌که بستر به‌صورت عمودی جابجا می‌شود، مواد افزوده می‌شوند. این روش در تولید مواد متنوع ازجمله سرامیک، فلزات و پلیمرها به کار می‌روند.
- اکستروژن مواد: فرآیند اکستروژن مواد در تولید افزودنی (AM) از پلیمرهای قرقره‌ای کمک می‌گیرد. در این متد، مواد به‌صورت اکسترود شده یا از طریق یک نازل گرم که روی یک بازوی متحرک نصب شده است، کشیده می‌شوند. این نازل به شکل افقی حرکت کرده و بستر نیز، عمودی حرکت می‌کند تا لایه به لایه مواد ذوب شده را ایجاد کند. اتصال لایه‌ها از طریق کنترل دما یا عوامل پیوند شیمیایی اتفاق می‌افتد.
- نفوذ بستر پودری: تکنیک نفوذ بستر پودری در فرآیندهای تولید افزودنی، شامل روش‌های متنوعی همچون ذوب فلزات با لیزر مستقیم (DMLM)، تف جوشی لیزری مستقیم فلزات (DMLS)، ذوب با پرتو الکترونی (EBM)، تف جوشی لیزری انتخابی (SLS) و تف جوشی حرارتی انتخابی (SHS) می‌باشند. در این روش‌ها، از پرتوهای الکترونی، لیزرها یا هدایای چاپ حرارتی برای ذوب یا ذوب بخشی از لایه‌های ریز مواد استفاده شده و سپس پودر اضافی از محیط خارج می‌گردد.
دلایل انتخاب تکنیک آتمیزه
برای همه روش‌های پیشرفته پودرهای آتمیزه مانند ساخت قطعات فلزی با استفاده از تزریق فلز (MIM)، فرآیند گرم کاری ایزواستاتیک (HIP) و تولید افزودنی (AM)، کیفیت پودر با اندازه دانه صحیح یک عامل اقتصادی و حیاتی است. در MIM، یکی از مسائل اساسی این است که پودر برای پخت در دماهای بالا، بسیار ریز باشد. اندازه متوسط معمولی حدود 10 میکرون است. با استفاده از تکنولوژی UHPWA، می‌توان به بازده 70 تا 80 درصد، در تهیه چنین پودری دست یافت.
دلیل انتخاب تکنیک آتمیزه
پودرهای آتمیزه گاز با هدف دستیابی به بازدهی بیش از 50 درصد به کار گرفته می‌شود. علاوه بر این، استفاده از گاز بی‌اثر آتمیزه به‌منظور کاهش محتوای اکسیژن، به‌ویژه برای سوپر آلیاژها، یکی از دلایل اصلی استفاده زیاد از آن است.
درروش فرآیند HIP، که در بسیاری از موارد حداقل و حداکثر اندازه ذرات (احتمالاً در محدوده 100 تا 300 میکرون) را محدود می‌کند، بازده بسیار بالایی در محدوده 80-98 درصد حاصل می‌گردد.
برای تولید افزودنی (AM) با استفاده از لیزر که به توزیع فشرده نیاز دارد (با نسبت حداکثر به حداقل حدود 2.5-3)، وسعت توزیع پودر، بسیار اهمیت دارد. پودرهای آتمیزه شده به‌طورمعمول از توزیع آماری لاگ-نرمال پیروی می‌کنند و انحراف استاندارد آن‌ها ممکن است از 1.8 تا 2.5 یا بیشتر باشد.
تفاوت بازده در محدوده اندازه 3:1 بسیار مهم است، به‌عنوان‌مثال با انحراف استاندارد 1.8، بازده ممکن است به 64٪ برسد، درحالی‌که با افزایش انحراف استاندارد به 2.2، به حدود 51٪ کاهش می‌یابد.
یک عامل اساسی دیگر جریان پذیری است که تحت تأثیر شکل ذرات است. این موارد به‌شدت تحت تأثیر پدیده “ستلایتینگ” قرار گرفته و در آن ذرات کوچک‌تر به ذرات بزرگ‌تر می‌چسبند. این امر در جریان مواد تأثیر خواهد داشت.
انواع آتمیزاسیون
در کل، سه نوع آتمیزاسیون وجود دارد:
- آتمیزاسیون گریز از مرکز: در فرآیند آتمیزاسیون گریز از مرکز، یک جریان مایع توسط نیروی گریز از مرکز از یک دیسک چرخان، فنجان یا الکترود به قطرات منفرد پراکنده می‌شود.
- آتمیزه شدن مایع: پودرهای آتمیزه مایع، به دلیل ابعاد کمتر، خالی از آلودگی‌ها و ساختار غیرمتخلخل بوده و بهترین وسیله برای فشرده‌سازی می‌باشند. این ذرات معمولاً به شکل کروی یا گلابی‌شکل تولید شده و نسبت به روش‌های دیگر هزینه کمتری دارد. البته محدودیت‌های آن شامل خلوص پودر، شکل ذرات و محتوای اکسیژن سطح نیز هستند.
- آتمیزه شدن گاز: این تکنیک، باعث تولید پودرهای فلزی باکیفیت بالا می‌شود. در طی این فرآیند، فولاد مذاب به قطرات فلزی ریز تبدیل شده که در حین سقوط در برج آتمیزه، سرد می‌گردند. پودرهای فلزی حاصل از این فرآیند، شکلی کاملاً کروی با سطح تمیزی بالا دارند. این پودرها عموماً ازنظر هندسی کروی‌تر بوده و محتوای اکسیژن سطحی کمتری نسبت به نمونه‌های آتمیزه شده با مایع دارند.
انواع آتمیزاسیون
خرید پودرهای آتمیزه با قیمت مناسب
شرکت فرآورده‌های متالورژی پودری سهند، به‌عنوان یک واحد تولید کننده پودر برنز و مس و همچنین قطعات فولادی و برنزی با استفاده از روش متالورژی پودر در ایران، شناخته شده هستند. این مجموعه تخصصی، به‌عنوان یکی از نخستین تولیدکنندگان محصولات متالورژی پودری در کشور، با بیش از 4 دهه تجربه درخشان و بهره‌مندی از تکنولوژی‌های پیشرفته، انواع محصولات باکیفیت را تولید می‌کند.
قطعات متالورژی پودری آهنی، پودرهای آتمیزه، بوش‌های خود روغن‌کار، فیلترهای برنزی، سیت و گاید سوپاپ، ازجمله محصولات تولیدی ارائه شده این شرکت هستند.
تکیه‌بر اطلاعات و دانش فنی بومی‌سازی شده، استفاده از کارکنان و متخصصین ماهر و باتجربه در زمینه‌های تولید، کنترل کیفیت و مناسب بودن قیمت پودر آتمیزه، ازجمله مزیت‌های این مجموعه می‌باشند. از دیگر برتری‌های این شرکت می‌توان به تولید قطعات بر اساس استانداردها و به دست آوردن رضایت مشتریان، گواهینامه نظام مدیریت کیفیت ISO-9001-2000 و استانداردهای بین‌المللی دیگر اشاره کرد.
