متالورژی پودر به‌عنوان یک رویکرد منحصربه‌فرد، در تولید قطعات فلزی و سرامیکی از طریق فشردن دقیق پودرهای اولیه بر پایه مواد، به کار می‌رود. این فرآیند ابتدا با تبدیل پودر به شکل هندسی دلخواه آغاز شده و سپس از طریق سینترینگ در دماهای زیر نقطه ذوب، به تشکیل محصول نهایی می‌پردازد. کاربرد محصولات متالورژی پودر در صنعت خودرو نیز بسیار حائز اهمیت است. درواقع بخش قابل‌توجهی از متالورژی پودر در این صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 این روش امکان ایجاد قطعات با شکل‌ها و ابعاد دلخواه را فراهم کرده و از مزیت‌های حرارتی سینترینگ برای به دست آوردن محصول با خواص مکانیکی مطلوب بهره می‌برد؛ اما برای اینکه بتوانیم کاربردهای این فناوری را در صنعت خودرو توضیح دهیم بهتر است در ابتدا تعریف جامعی از این فرایند داشته و مزایا و معایب و کاربردهای آن را به‌دقت موردبررسی قرار دهیم.

متالورژی پودر چیست

متالورژی پودر به‌عنوان یک روش جذاب برای تولید قطعات با استفاده از پودرهای فلزی، اقتصادی و تسهیل‌کننده تولید انواع اشکال، مورد توجه قرار می‌گیرد. این روش امروزه به‌طور گسترده در صنایع مختلف به‌کاررفته و به‌عنوان یک جایگزین مناسب برای روش‌های قدیمی به شمار می‌آید.

این تکنیک، فرایند تشکیل فلز بوده و از طریق حرارت دادن پودرهای فلزی متراکم شده به زیر نقطه ذوب انجام می‌شود. مراحلی از جمله مخلوط کردن پودرهای عنصری یا آلیاژی، فشرده‌سازی مخلوط در قالب و سپس تف جوشی یا گرم کردن شکل حاصل در یک اتمسفر کنترل‌شده از مراحل انجام متالورژی پودر است. این تکنیک به‌عنوان یک فرآیند پیشرفته برای تولید مواد فلزی و غیرفلزی مورد توجه قرار گرفته و با کمترین میزان تراشه و با بهره‌وری بالا، نقش مهمی در صنعت‌های مختلف ایفا می‌کند.

به دلیل امکان تولید اجزاء با هندسه پیچیده، مقاومت بالا و ویژگی‌های حرارتی مطلوب، در صنایعی نظیر هوافضا، اتومبیل‌سازی و صنایع نظامی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. به‌عنوان یک روش نوین و کارآمد، متالورژی پودر به تحولات بزرگ در صنایع فناوری و تولید مواد اولیه، به کار می‌رود.

همچنین به کمک متالورژی پودر، پردازش مواد با نقطه ذوب بسیار بالا، ازجمله فلزات نسوز مانند تنگستن، مولیبدن و تانتالیوم به‌راحتی قابل انجام است. علاوه بر این، فلزاتی را تولید می‌کند که در ذوب و ریخته‌گری بسیار دشوار بوده و معمولاً در این فرآیند به شکل شکننده‌ای تبدیل می‌شوند.

با گردش مالی سالانه بیش از شش میلیارد یورو در بازار اروپا، متالورژی پودر به‌عنوان یک صنعت پررونق شناخته می‌شود. تولید جهانی پودر فلز نیز بیش از یک‌میلیون تن است. جدا از روش ریخته‌گری که تنها در فلزات سریع گداز قابل استفاده است، روش متالورژی پودر به‌صورت تقریبی در تمامی مواد اجرا پذیر است. بسیاری از محصولات تولید شده به‌وسیله این تکنیک، با روش ریخته‌گری قابل تولید نمی‌باشند.

اهمیت متالورژی پودر

در زمینه مهندسی، همواره تلاش برای تولید قطعات فلزی با دقت بالا وجود دارد. بااین‌حال، در برخی مواقع، استفاده از شیوه‌های معمولی برای تولید قطعات ممکن است با چالش‌ها و مشکلاتی مواجه شود. به همین دلیل، در شرایط دشوار، متالورژی پودر به‌عنوان یک راهکار مؤثر برای تولید قطعات فلزی به کار می‌رود. جالب است بدانید که این فرآیند تولید فلزات به شکل پودر، در دوران باستان اختراع شده بود، اما مردم از قرن نوزدهم شروع به استفاده جدی از این روش کرده‌اند.

متالورژی پودر (PM) به ذراتی با اندازه معمولاً کمتر از 1000 نانومتر (1 میلی‌متر) اشاره دارد. اکثر ذرات فلزی مورد استفاده در این شیوه، در محدوده 5 تا 200 میلی‌متر قرار می‌گیرند. برای مقایسه، قطر موی انسان معمولاً در حدود 100 میلی‌متر (3.9 میلی‌متر) است.

در مورد شکل‌دهی قطعات فلزات بهتر است به این نکته اشاره کنیم که صنعت پودر فلز یک فناوری شناخته‌شده در این حوزه است و به‌صورت مستقیم با روش‌های دیگر فلزکاری مثل ریخته‌گری، آهنگری، مهرزنی (ریز خالی کردن) و ماشین‌کاری پیچ رقابت می‌کند. این صنعت شامل تأمین‌کنندگان پودر و تولیدکنندگان قطعات، همچنین شرکت‌های تأمین تجهیزات اختلاط، تجهیزات جابجایی پودر، پرس‌های متراکم و کوره‌های تف جوشی می‌شود. فرآوری متالورژی پودر مزایای زیادی دارد و این فرآیند نسبت به سایر فناوری‌های شکل‌دهی فلزات از نظر مصرف مواد و انرژی بهتر کار می‌کند.

کاربرد آن در صنعت خودروسازی

کاربرد محصولات متالورژی پودر در صنعت خودرو و به‌منظور تولید قطعات با ساختار پیچیده، مقرون‌به‌صرفه است و نیاز به ماشین‌کاری را به حداقل می‌رساند. این تکنیک، امکان استفاده از یک طیف گسترده از مواد مهندسی را فراهم کرده و با انتخاب مناسب، ریزساختار مطلوب در مواد قابل ایجاد است. قطعات متالورژی پودر دارای سطحی باکیفیت هستند و ممکن است از عملیات حرارتی برای افزایش استحکام یا مقاومت در برابر سایش بهره‌مند شوند.

در صورت لزوم، می‌توان ریز تخلخل کنترل شده را برای خود روان کاری یا فیلتراسیون اعمال کرد. بااین‌حال، هرچند دقت ابعاد خوب است، اما معمولاً با قطعات ماشین‌کاری شده تطابق ندارد. در مورد قطعات متالورژی پودر آهنی، در مقایسه با فولاد ریخته‌گری نشده، شکل‌پذیری پایین‌تر و مقاومت ضربه‌ای کمتری دارند. اکثر قطعات متالورژی پودر تخلخل دارند و در هنگام انجام عملیات تکمیلی باید به این موضوع توجه خاصی شود.

فرایندهای متالورژی پودر

این تکنیک، مجموعه‌ای از مراحل و عملیات است که به‌منظور تولید قطعات فلزی با استفاده از پودرهای فلزی اجرا می‌شود. این فرآیند عبارت‌اند از:

1. 1. تولید پودر

تولید پودر در فرآیند متالورژی یک دنیای پیچیده از مراحل و جزئیات است که از انتخاب دقیق ماده اولیه آغاز شده و تا تحویل محصول نهایی ادامه می‌یابد. این فرآیند به‌وسیله متخصصین با تجربه انجام گرفته تا خصوصیات و کیفیت محصولات تولیدی به حداکثر برسد. مرحله ابتدایی این تکنیک با انتخاب دقیق پودرها آغاز می‌شود، چراکه این موضوع مستقیماً بر خصوصیات نهایی محصولات تأثیرگذار است.

2. مخلوط پودر تولید شده

پودر خام به همراه برخی از عناصر آلیاژ، با افزودن روان کننده یا مواد افزودنی خاص، به‌منظور تولید پودری یکنواخت مخلوط می‌شود. این فرآیند تا زمانی که یک ترکیب همگن و یکپارچه حاصل گردد، ادامه می‌یابد. محصول به‌دست آمده نقش بسزایی در تعیین خصوصیات نهایی ماده ایفا می‌کند و اهمیت زیادی در فرایند تولید دارد.

3. فشرده‌سازی

هدف این مرحله از فرآیند، قرار دادن مخلوط پودر به شکل و اندازه مورد نیاز در قالب‌ها است که ازآنجا فرآیند شکل‌دهی با تراکم و مقاومت کافی با استفاده از فشارهای مکانیکی یا هیدرولیکی آغاز می‌شود.

در مرحله دوم این فرآیند که به فشرده‌سازی پودر معروف است، فشار بسیار بالا برای تغییر چگالی پودر به کار می‌رود. این فشار در محدوده‌ی 150 تا 700 مگا پاسکال متغیر است و منجر به فشرده‌سازی پودر فلزی می‌شود. در این مرحله، اهمیت پرس‌کاری قالبی به خاطر چهار مرحله مهم آن بیشتر می‌شود.

مراحل پرس‌کاری قالبی عبارت‌اند از:

• پر کردن حفره قالب با پودر
• اعمال فشردگی به پودر
• استفاده از پانچ پایینی برای فشرده‌سازی پودر
• حذف کمپکت (قطعه فشرده) باقی‌مانده از سطح بالایی قالب

این روش معتبرترین و شناخته‌شده‌ترین راه برای تولید محصولات از پودر بوده و در هر یک از مراحل، دقت و هوشمندی در اجرا امری ضروری است.

تف جوشی

در این قسمت از فرآیند، قطعات گرم شده در جو محافظ با دمای کمتر از دمای ذوب قرار می‌گیرند. این تکنیک منجر به از بین رفتن ساختار متخلخل در قطعه شده و به‌طور پایدار، قدرت و سختی را به دست می‌آورد. همچنین، در ساختار ذرات پودر، تشکیل پیوند تبلور و رشد دیده می‌شود.

در زینترینگ، قطعه فشرده (معروف به محصول سبز) زیر نقطه ذوب خود، در دمای مناسب و به مدت زمان معین، در حضور گازهای مناسب گرم می‌شود. هدف اصلی از تف جوشی در این مرحله، حذف روان کننده، تشکیل دوباره روان کننده و جلوگیری از اکسیداسیون است. این فرآیند به‌منظور بهبود ویژگی‌های نهایی قطعه و افزایش کیفیت آن اجرا می‌شود.

عملیات ثانویه

پس از مرحله پخت، قطعه تولید شده نیاز به طی کردن عملیات ثانویه مختلف دارد تا به شکل نهایی و کامل خود برسد. این عملیات ثانویه ضروری هستند، زیرا در خواص قطعه پس از پخت بهبودی ایجاد می‌کنند. تعدادی از فرآیندهای ثانویه در ادامه آورده شده‌اند:

آهنگری و نفوذ

در فرآیند مهم PM، آهنگری به‌عنوان یکی از عملیات ثانویه حائز اهمیت است، به‌ویژه زمانی که قطعه مورد طراحی جزء موتورهای جت یا توربین باشد. در این حالت، آهنگری به‌منظور دستیابی به تلرانس‌های ابعادی بهتر، روی قطعات زینتر اجرا می‌گردد. هدف اصلی این فرآیند، بهبود تلرانس‌های ابعادی است و علاوه بر این، با آهنگری، سطح جذاب و مناسبی برای قطعه ایجاد می‌شود. اگر نیاز به باقی ماندن قطعات در شرایط تنش بالا دارید، فورج حتماً یکی از مراحل ضروری خواهد بود.

در فرآیند نفوذ نیز، منافذ قطعات متخلخل با استفاده از یک ماده با نقطه ذوب بسیار پایین‌ پر می‌شوند. این ماده به دلیل نفوذپذیری، بهبود استحکام و همچنین سختی قطعه زینتر شده را فراهم می‌کند. برای انجام این فرآیند، برای نفوذ آهن از فلزاتی مثل مس استفاده می‌شود.

با افزایش استحکام، سختی و چگالی قطعه زینتر شده از طریق نفوذ بهبود می‌یابد. برای به دست آوردن خواص اضافی در قطعات متخلخل، آغشته سازی قسمت زینتر شده در مدت زمانی مشخص، در روغن یا گریس می‌تواند مفید باشد. به‌عنوان‌مثال، با قرار دادن یاتاقان‌های سینتر شده در روغن گرم با 30 درصد حجم خود، از خواص بهتری بهره‌مند می‌شوند.

اتمام و آبکاری

پرداخت، یکی از جنبه‌های اساسی در شکل‌گیری هر محصول است و تمام تکنیک‌های تکمیلی برای بهبود قطعات زینتر شده نیز به کار می‌روند. این فرآیندهای تکمیل شامل آبکاری، براق کردن، رنگ‌آمیزی، پوشش و سایر روش‌هاست. هرکدام از این مراحل با هدف افزایش جلوه و کیفیت نهایی محصول، به‌طور دقیق و هوشمندانه اجرا می‌شوند.

برای ایمن‌سازی و حفاظت قطعات زینتر شده از فرآیند خوردگی، از روش آبکاری بهره‌مند می‌شوند. در قطعات متخلخل، خطر خوردگی و تخریب وجود دارد. به همین دلیل، برای جلوگیری از برهم‌کنش با گازهای جوی، این قطعات با استفاده از فلزات مختلف پوشش داده می‌شوند. در فرآیند آبکاری، می‌توان از فلزاتی مانند مس، نیکل، روی، کروم و حتی کادمیوم برای روکش قطعات زینتر شده استفاده نمود. این اقدام، علاوه بر زیبایی، به حفظ و بهبود کیفیت و عمر مفید این قطعات کمک می‌کند.

Finishing and plating

رنگ‌آمیزی و عملیات حرارتی

فرآیند رنگ‌آمیزی، به‌ویژه در مورد قطعات متخلخل از جنس آهن، انجام می‌شود. با توجه به حساسیت آهن به خوردگی، این فرآیند به‌شدت ضروری است. رنگ‌آمیزی قطعات آهنی یا سیاه کردن آن‌ها در حمام نمک می‌تواند از خوردگی جلوگیری کرده و مانع از تخریب آن‌ها شود. این اقدام نه‌تنها به زیبایی و تنوع ظاهری قطعات کمک می‌کند بلکه ایمنی و مقاومت آن‌ها را در برابر عوامل خوردگی افزایش می‌دهد.

شکستگی در فرآیند PM موجب کاهش سختی قطعات متخلخل می‌شود. بهترین راه برای افزایش سختی قطعات زینتر شده، گرم کردن آن‌ها است. عملیات حرارتی به‌عنوان یکی از روش‌های مرسوم برای افزایش سختی در متالورژی پودر به کار می‌رود. این روش نه‌تنها از نظر فنی مؤثر است بلکه در بهبود خصوصیات مکانیکی و ساختار قطعات نیز تأثیرگذار خواهد بود.

کاربردهای متالورژی پودر

روش متالورژی پودر به‌عنوان یک رویکرد منحصربه‌فرد، امروزه به‌طور گسترده در صنایع مختلف به کار می‌رود و کاربردهای متعددی دارد. این روش در پنج زمینه اصلی مورد استفاده قرار می‌گیرد:

• تولید قطعات ظریف و دقیق: ساخت بوشن‌ها، بادامک‌ها و چرخ دنده‌ها با دقت بالا و کاربردهای متنوع در صنایع مختلف.
• آلیاژ کردن فلزهای غیرقابل آلیاژ: ساخت نقاط اتصال مهمانه و جاروبک‌های موتور با استفاده از پودرهای مس و گرافیت در صنایع مختلف.
• ترکیب فلزهای دارای نقطه ذوب بالا: استفاده از ترکیبات فلزی با نقطه ذوب بالا، مانند تنگستن، تانتالیم و مولیبدن برای ریخته‌گری قطعات مقاوم و باکیفیت.
• ترکیب فلزها و غیرفلزها: ساخت مواد اصطکاکی از مس، آهن و آزبست برای موارد مختلف، به‌عنوان‌مثال کاربرد محصولات متالورژی پودر در صنعت خودرو.
• ساخت قطعات فلزی با خواص عالی: تولید یاتاقان‌های خودرو با ویژگی‌های منحصربه‌فرد، ازجمله حفظ روغن در داخل یاتاقان به علت وجود شبکه‌ای از خلل و فورج پیوسته در ساختار آن‌ها.

متالورژی پودر در قطعات خودروها

با توجه به عملکرد برتر و هزینه نسبتاً کم متالورژی پودر، این صنعت به‌طور فزاینده در قطعات خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرند. میانگین مصرف محصولات متالورژی پودر در هر خودرو در مناطق اروپا و آمریکا اکنون به حدود 20 کیلوگرم می‌رسد و پیش‌بینی می‌شود که در آینده از فرآیندهای متالورژی پودر برای تولید قطعات خودرو به شکل گسترده‌تری استفاده گردد.

به‌عنوان‌مثال، در قطعات کمپرسور خودرو که شامل سیلندر، سرسیلندر، سوپاپ، صفحه سوپاپ، میل‌لنگ، شاتون و میله پیستون می‌شوند، استفاده از متالورژی پودر دارای مزایای بی‌شماری است. این فرآیند می‌تواند از قالب‌ها برای تولید انبوه استفاده کرده و محصولات را به‌طور مداوم شکل دهد.

 اضافه کردن عناصر آلیاژی به مواد خام می‌تواند عملکرد محصول را بهبود بخشد. متالورژی پودر دارای دقت پردازش بالاتر و تمرکز پایین‌تر است که می‌تواند در حرکت‌های بدون برش مؤثر بوده و در نتیجه در هزینه‌ها صرفه‌جویی کند.

با توجه به آمار، در مناطق اروپا، ژاپن و سایر کشورهای توسعه یافته صنعتی، تقاضای صنعت خودرو برای قطعات متالورژی پودر حدود 90 درصد از بازار متالورژی پودر را تشکیل داده و در آمریکای شمالی بیش از 80 درصد از این بازار را به خود اختصاص می‌دهد. از نظر صنعت قطعات متالورژی پودر در چین، بازار اصلی این صنعت از کمپرسور یخچال، کمپرسور تهویه مطبوع و موتورسیکلت به صنعت خودرو تحول یافته است.

مزایای کاربرد محصولات متالورژی پودر در صنعت خودرو

محصولات متالورژی پودر در صنعت خودرو به دلیل ویژگی‌ها و مزایای خاصی که ارائه می‌دهند، جایگاه بسیار مهمی دارند. برخی از این مزیت‌ها عبارت‌اند از:

این شیوه، به‌عنوان یک فرآیند تولید با مزایای بسیار مانند صرفه‌جویی در مواد اولیه، کاهش وزن، عملکرد عالی، کاهش هزینه و موارد دیگر شناخته شده است. از این صنعت در خودروسازی به‌ویژه در تولید موتور، گیربکس، بلبرینگ موتور، شاسی، بدنه و اجزای داخلی به‌طور گسترده‌ای استفاده می‌شود. می‌توان گفت که به نسبت تا 90 درصد و حتی بیشتر از تمام قطعات خودروها را تشکیل می‌دهد.

شعار حفاظت از محیط‌زیست، یک اصل مهم است که سال‌هاست مردم با آن آشنا هستند. در گذشته، توسعه اقتصادی اولویت بود، اما اکنون توسعه به همراه حفاظت از محیط‌زیست به‌عنوان یک ضرورت ملی در نظر گرفته می‌شود. این دوره تغییر، با تأکید بر صرفه‌جویی در انرژی و پذیرش استانداردهای کم کربن، در ساختار کلان صنعت تأثیرگذار است. اقداماتی همچون کاهش انتشار قطعات تولید شده از متالورژی پودر در صنعت خودرو، نه‌تنها به بهبود عملکرد این قطعات منجر می‌شود، بلکه به توسعه پایدار و کاهش اثرات منفی بر محیط‌زیست نیز کمک می‌کند.

در مقایسه با قطعات خودرویی که از فرآیندهای سنتی تولید می‌شوند، قطعات متالورژی پودر نه‌تنها قوام بالایی دارند بلکه میزان ماشین‌کاری را به‌شدت کاهش می‌دهند و این امکان را فراهم می‌کنند که به‌عنوان مواد خودروان کننده عمل کرده و ویژگی‌های روان کنندگی را به محصول بی‌افزایند. به‌عنوان‌مثال، چرخ‌دنده‌های تولید شده با این روش علاوه بر عملکرد برجسته، تضمین می‌کنند که در هنگام استفاده، سکوت پایداری حاصل شود. همچنین با تولید مقادیر زیادی از قطعات خودرو، هزینه تولید به‌شدت کاهش می‌یابد.

تولید پودر فلز

پودرهای فلزی متشکل از مواد بسیار ریز و دقیق هستند که به‌طورمعمول در فرآیندهای تولید مورد استفاده قرار می‌گیرند. به‌عنوان‌مثال، برخی از انواع فلزات شامل آهن، آلومینیوم، کبالت، تنگستن، مس، برنز، کاربید فلز و سایرها هستند.

مراحل استفاده از پودر فلزی در فرآیند متالورژی پودر از تولید فلز پودر آغاز می‌شود. در این روش، پودر نقش بسیار حیاتی ایفا می‌کند، زیرا بدون آن امکان ادامه فرآیند وجود ندارد. در هنگام تولید پودر از هر ماده‌ای، ابعاد دقیق آن بسیار اهمیت دارد و باید به آن توجه شود. خرد کردن، آسیاب کردن و حتی رسوب الکترولیتی از فرآیندهایی هستند که در تولید پودر به کار می‌روند. پودرهای فلزی در اشکال و اندازه‌های گوناگونی موجود هستند. شکل، اندازه و توزیع این پودرها به روش تولید آن‌ها بستگی دارد.

سه روش اصلی برای تولید پودر وجود دارد:

• تکنیک‌های مکانیکی ازجمله ماشین‌کاری، فرزکاری و آلیاژسازی مکانیکی
• روش‌های فیزیکی ازجمله تکنیک‌های اتمیزه کردن بیشتر فلزات به شکل پودر در دسترس هستند.
• روش‌های شیمیایی شامل رسوب الکترولیتی، تجزیه جامد توسط گاز، تجزیه حرارتی، رسوب از مایع، رسوب از گاز، سنتز واکنشی جامد-جامد

برخی از پودرها ممکن است با استفاده از روش‌های گوناگون ساخته شوند، درحالی‌که برای برخی دیگر، تنها چند گزینه ممکن باشد. ویژگی‌های پودر مثل شکل، اندازه، توزیع اندازه، مساحت سطح، چگالی ظاهری، جریان، زاویه قرارگیری، تراکم‌پذیری و مقاومت خام، توسط روش تولید آن تعیین می‌شود.

تکنیک‌های تولید پودر

تکنیک‌های تولید پودر به شکل گسترده‌ای متنوعی هستند که برخی از مهم‌ترین روش‌های آن عبارت‌اند از:

اتمیز کردن

یکی از روش‌های متداول برای تولید پودر از مواد، اتمیزه کردن است. در این تکنیک، ماده از حالت جامد به مذاب تبدیل می‌شود. سپس حالت مذاب فلز تحت فشار زیاد از داخل سوراخی عبور داده می‌شود. زمانی که این ماده مذاب با فشار زیاد از دهانه عبور می‌کند، تلاطم ایجاد می‌شود که به‌نوبه خود منجر به تشکیل پودر و ذرات گاز می‌شود. سپس ذرات گاز و پودر از هم جدا می‌شوند.

سه نوع فرایند اصلی برای این تکنیک وجود دارد:

این سه روش شامل اتمیزه کردن مایع، گاز و اتمیزه کردن گریز از مرکز می‌شوند. در روش اتمیزه کردن، فلز مذاب با افشاندن به قطرات ریز تبدیل می‌شود و انجماد قبل از برخورد با یکدیگر یا سطح جامد صورت می‌گیرد. این روش اغلب با مشکلاتی همچون دشواری عبور مواد مذاب خاص از ساختارهای روزنه‌ای مواجه می‌شود که می‌تواند اندازه پودر حاصل را محدود کند.

در روش اتمیزه، فلز مذاب با استفاده از گازهای پرانرژی یا جت‌های مایع تجزیه می‌شود. این تکنیک باعث تشکیل قطرات ریز فلز شده که سپس انجماد می‌شوند. نمونه‌های مهم از این شیوه شامل قلع، برنج، مس، آلومینیوم، کادمیوم و روی می‌باشند.

به‌صورت خلاصه انواع اتمیز کردن شامل:

• اتمیزه کردن تحت خلأ: در این تکنیک مذاب فلز در محیط خلأ از گازهای اشباح خالی می‌شود.
• اتمیزه کردن دو سیال: سیال فلز تحت‌فشار بالای گاز، آب یا روغن، به ذرات ریزتر شکسته می‌شود.
• اتمیزه کردن گریز از مرکز: این حالت به‌وسیله نیروی گریز از مرکز، سیال فلز را به ذرات ریزتر تبدیل می‌کند.
• اتمیزه کردن به روش آلتراسونیک: در این روش، مذاب فلز با اعمال ارتعاشات متفاوت، به ذرات ریزتر تبدیل می‌شود.

آهن اسفنجی

از فرآیند آهن اسفنجی به‌عنوان یکی از متداول‌ترین و پرکاربردترین روش‌های تولید پودر پس از اتمیزه کردن یاد می‌شود. در این شیوه، پودر با استفاده از احیای حالت جامد تولید می‌شود. ابتدا، سنگ معدن مگنتیت با آهک و کک ترکیب و در مخلوطی قرار می‌گیرند. سپس، این مخلوط در مخزن کاربید سیلیکون قرار داده شده و دوباره حرارت داده می‌شود. این مرحله باعث احیای مخلوط و تشکیل سرباره خواهد شد. در مرحله آخر، مخزن تخلیه شده و آهن اسفنجی که در قالب احیا است، از سرباره جدا می‌گردد. سپس با خرد کردن و باز پخت، آهن اسفنجی به‌صورت پودر تولید می‌شود.

اگرچه فرآیند آهن اسفنجی یکی از پرکاربردترین روش‌های تولید پودر است، اما معایبی نیز دارد. در این فرآیند، پودری با دانه‌های کوچک و شکل غیریکنواخت تولید می‌شود. این دانه‌های با این اشکال خاص ممکن است منجر به نقص‌ در کل فرآیند گردد.

تجزیه ذرات با گریز از مرکز

تجزیه گریز از مرکز یکی دیگر از روش‌های رایج برای تولید پودر از فلز است. در این متد، فلز مورد نظر ابتدا به ساختار میله‌ای تبدیل می‌شود. سپس این میله در محفظه‌ای قرار می‌گیرد که شامل یک دوک با سرعت بالا است. با توجه به اینکه این دوک دارای دو نوک است، از یک نوک برای ایجاد قوس لازم استفاده می‌شود که میله را ذوب می‌کند. به دلیل چرخش با سرعت بالای دوک، قطرات مذاب میله به دیواره‌های محفظه پرتاب می‌شوند. پیش از برخورد با دیواره‌ها، این قطرات به شکل جامد تبدیل می‌شوند. سپس گاز به گردش درآمده و کار جداسازی پودر از محفظه را انجام می‌دهد.

دسته‌بندی دیگری برای روش تولید پودر فلز

با توجه به ویژگی‌های مختلف پودر فلزات، روش‌های متفاوتی برای طبقه‌بندی تولید متالورژی پودر وجود دارد. نوع دیگری از طبقه‌بندی تولید پودر شامل روش‌های احیا حالت جامد، اتمیزه کردن، الکترولیز و روش شیمیایی است. در ادامه به توضیح مختصری در مورد هر یک از این شیوه‌ها به‌غیراز اتمیز کردن که در بالا اشاره شد، می‌پردازیم:

احیا حالت جامد

احیا حالت جامد یک روشی تکرارپذیر در تولید پودر است. در این شیوه، از یک ساختار اسفنجی آهنی استفاده می‌شود که انتهای آن به‌صورت الک می‌پاید. مواد اولیه از درون کوره عبور کرده، خرد شده و با کربن مخلوط می‌گردد و واکنش ایجاد می‌کند. خلوص گردوغبار تشکیل شده، به کیفیت ماده اولیه وابسته است. ذرات نامنظم شبیه به اسفنج، نرم و به‌راحتی فشرده شده و این ویژگی می‌تواند منجر به پخته شدن شود.

الکترولیز

فرآیند ترکیب الکترولیتی، با تنظیم شرایطی همچون دما و چگالی جریان، منجر به تشکیل فلزات بسیاری مانند اسفنج یا پودر می‌شود. این فرآیندها می‌توانند شامل مراحل خشک کردن، شستشو، احیا و خرد کردن باشند که نتیجتاً پودرهای با چگالی و خلوص بالا تولید می‌کنند. برخی از نمونه‌های اصلی این فرآیند شامل پودرهای مس، آهن، منیزیم و کروم هستند.

تکنیک شیمیایی

روش شیمیایی یکی از پرکاربردترین راه‌های تولید فلز پودر است که در آن احیای اکسید، رسوب و تجزیه اساسی انجام می‌شود. این فرآیند به‌طور اولیه با تصفیه نیکل آغاز شده و پودرهای به‌دست‌آمده از احیای اکسید، به دلیل وجود منافذ، ساختار اسفنجی دارند. پودرهای رسوبی نیز ذرات بسیار کوچک با خلوص بالا را تشکیل می‌دهند. از تجزیه حرارتی معمولاً برای کربونیل‌ها استفاده شده و نتیجتاً می‌توان از آن به خلوص حداقل 95.5٪ دست یافت.

کاربرد محصولات متالورژی پودر در تولید قطعات صنعت خودرو

استفاده از متالورژی پودر در ساخت قطعات خودرو به نوآوری در توسعه مواد جدید و فناوری پرس ارتباط مستقیم دارد. این روش امکان فشرده‌سازی و شکل‌دهی به طیف گسترده‌ای از مواد موجود با چگالی و استحکام بالاتر را فراهم می‌کند. مزایای متالورژی پودر در تولید قطعات خودرو شامل توانایی تولید پیکربندی‌های پیچیده با روش‌های مقرون‌به‌صرفه است. این روش امکان ساخت اجزای پیچیده بدون ضایعات یا نیاز به تکمیل و ماشین‌کاری را فراهم می‌آورد.

پودرهای پایه آهن و فولاد ضدزنگ به‌طور گسترده در تولید قطعات خودرو استفاده می‌شوند. برخی از قطعات تولید شده به این روش شامل:

• اجزای اگزوز،
• اجزای فرمان،
• اجزای انتقال،
• اجزای صندلی،
• میله‌های اتصال،
• دریچه متغیر سوپاپ،
• درپوش اصلی یاتاقان،
• سیستم کاهش کاتالیزوری،
• اجزای سیستم سوخت‌رسانی

اجزای موتور به این وسیله بهبود یافته و به طراحی پیچیده و باکیفیت بالا تبدیل می‌شوند. این روش امکان تولید قطعات بدون نیاز به مراحل تکمیل و ماشین‌کاری را فراهم کرده و درنهایت باعث کاهش هدر رفت مواد و هزینه‌های تولید می‌گردد.

فلزات استفاده شده در متالورژی پودر

محدودیت‌های کمی در انتخاب فلزات برای استفاده در فرآیند متالورژی پودر وجود دارد. اگرچه انتخاب گسترده‌ای در دسترس است، برخی از فلزات به دلیل خواص و ویژگی‌هایشان به‌طور مکرر مورد استفاده قرار می‌گیرند. در انتخاب فلزات، عوامل خاصی وجود دارند که تولیدکنندگان باید آن‌ها را در نظر بگیرند.

این عوامل کلیدی در فرآیند انتخاب شامل مقاومت در برابر خوردگی، سختی، استحکام کششی، چقرمگی ضربه و استحکام خستگی می‌باشند. هر فلزی ممکن است تمام این ویژگی‌ها را داشته باشد. الزامات قطعه‌ای که باید تولید شود، نوع فلز انتخابی را تعیین می‌کند. برخی از این فلزات عبارت‌اند از:

فولاد ضدزنگ، مس و نیکل

فولاد ضدزنگ به دلیل ویژگی‌های مثبت فراوان، اولین انتخاب برای تولید بسیاری از قطعات است که دو مورد اصلی مقاومت در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی را داراست. سری فولادهای ضدزنگ مورد استفاده برای فرآیند متالورژی پودر شامل ۳۰۰ و ۴۰۰ هستند. تطبیق‌پذیری این فلز، آن را برای طیف وسیعی از کاربردها به انتخابی ایده آل تبدیل کرده است.

فولاد ضدزنگ گرید ۳۱۶L دارای مقاومت در برابر خوردگی، چقرمگی، شکل‌پذیری و مقاومت در برابر اسیدها است و به‌طور گسترده برای تولید قطعات هوافضا، قطعات خودرو، ابزار پزشکی و ساخت کشتی استفاده می‌شود.

پودر مس و آلیاژهای آن در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی مقاوم بوده و به‌طور گسترده در فعالیت‌هایی که رطوبت زیادی دارند، استفاده می‌شوند. آلیاژهای مس می‌توانند پودرهای پیش‌آلیاژی یا مخلوط عنصری باشند. برنز نیز یک آلیاژ مس ساخته‌شده از مس و قلع است که برای تولید بلبرینگ‌های خود روان کننده استفاده می‌شود.

خواص نیکل آن را به فلزی ایده‌آل برای استفاده در ساخت قطعات توربین‌های گازی و موتورهای موشک تبدیل می‌کند زیرا در برابر خوردگی مقاوم است و می‌تواند در دماهای بالا مقاومت کند. مونل، آلیاژی از مس و نیکل، بسیار سخت بوده و در مقابل اثرات آب شور مستحکم است. نیکل یک رسانای خوب الکتریسیته و سفید نقره‌ای بوده که چکش‌خوار، سخت و انعطاف‌پذیر است و به‌آرامی در اسیدهای رقیق حل می‌شود.

آلومینیوم، آهن و تیتانیوم

اکثر اجزای آلومینیوم با استفاده از آلیاژهای آلومینیوم ساخته می‌شوند؛ زیرا این عنصر خام نرم و بسیار انعطاف‌پذیر است. صرف‌نظر از ترکیب با فلزات دیگر، آلومینیوم سبک است و به‌راحتی شکل می‌گیرد. تقریباً در هر صنعتی ازجمله صنایع هوافضا و خودروسازی از این فلز استفاده می‌شود.

از میان انواع مختلف فلزات مورد استفاده برای متالورژی پودر، آهن یکی از رایج‌ترین آن‌هاست. پودر آهن، پودر کریستالی سیاه خاکستری با چگالی ۷٫۶۹۴ گرم بر سانتی‌متر مکعب و نقطه ذوب ۱۸۳۷ درجه سانتی‌گراد است. برای متالورژی پودر، پودر آهن با استفاده از اتمیزه کردن آب با فشار بالا تولید می‌شود. بدین منظور، پودر در دمای ۱۱۲۱ درجه سانتی‌گراد پخته می‌شود. ازآنجایی‌که این عنصر یک فلز نرم است، معمولاً با کربن مخلوط شده تا فولاد تشکیل شود. کاربرد محصولات متالورژی پودر آهن در صنعت خودرو مانند شفت، بازوهای راکر و روتورهای پمپ روغن است.

علاوه بر موارد بالا باید گفت که گران‌ترین فلز موجود برای فرایند متالورژی پودر، تیتانیوم است. با ظاهری نقره‌ای، به دلیل استحکام استثنایی و مقاومت در برابر خوردگی ارزش بالایی دارد. پودر تیتانیوم مانند سایر فلزات با استفاده از فرآیندهای مختلف تولید می‌شود. وقتی تیتانیوم به پودر تبدیل می‌شود، رنگ خاکستری یا سیاه به خود می‌گیرد، اما وقتی به شکل جامد است، خواصی را که دارد حفظ می‌کند.

پودر تیتانیوم برای تولید قطعات هواپیما، موشک و پردازش شیمیایی استفاده می‌شود. قیمت بالای تیتانیوم به دلیل روش‌های پیچیده مورد نیاز برای تولید آن است، اگرچه که روش‌های کم‌هزینه‌تر برای پردازش آن در حال تکمیل هستند.

مزایا و معایب کاربرد محصولات متالورژی پودر در صنعت خودرو و دیگر صنایع

امروزه در صنایع مختلف مثل خودروسازی، تولید باکیفیت بالا، کارایی ممتاز و عدم نیاز به ماشین‌کاری از اهمیت بسیاری برخوردار است. تکنیک متالورژی پودر، علاوه بر مزایای فراوان، با چالش‌هایی نیز همراه است. این روش تولید، با وجود معایب، به دلیل فواید بیشمار آن، به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ اما از طرف دیگر، قالب‌های به‌کاررفته در متالورژی پودر هزینه زیادی دارند، بنابراین اگر در تولید انبوه از این شیوه استفاده نشود، از نظر اقتصادی ممکن است مطلوب نباشد. در ادامه برخی از مزیت‌ها و معایب این تکنیک را بررسی خواهیم کرد:

مزایای کاربرد محصولات متالورژی پودر در صنعت خودرو و صنایع دیگر

• با کاهش یا حتی حذف تراشه، میزان ضایعات قراضه به حداقل می‌رسد.
• این موضوع به‌عنوان یک مزیت مهم در تهیه اقتصادی و تولید سریع تلقی می‌شود.
• این روش امکان تولید محصول نهایی با دقت بالا و کیفیت سطح مطلوب را فراهم می‌کند.
• ایجاد قالب در متالورژی پودر امکان تولید انبوه را ایجاد کرده و این مزیت صرفه اقتصادی و تولید سریع را فراهم می‌کند.
• تکنولوژی متالورژی پودر توانایی کاهش یا حتی از بین بردن فرآیندهای استفاده شده در ساخت‌های متداول را داراست.
• متالورژی پودر این امکان را فراهم می‌کند تا مواد با نقطه ذوب بسیار بالا تولید شوند که در ریخته‌گری دشوار و شکننده هستند.
• این روش امکان تولید ترکیبات آلیاژهای بسیار مختلف را فراهم می‌کند که با متالورژی پودر به‌راحتی انجام شده ولی با روش‌های دیگر دشوار است.
• قطعات پخته شده همچنین می‌توانند محصولاتی با سطح کاملاً پر و متخلخل داشته باشند که ممکن است دارای ویژگی‌های خود روغن‌کاری نیز باشند.

معایب کاربرد محصولات متالورژی پودر در صنعت خودرو و صنایع دیگر

در فرآیند متالورژی پودر، قالب‌ها ممکن است به‌عنوان محدودکننده‌های پودرهای فلزی عمل کنند که می‌تواند به ایجاد محدودیت در شکل قطعه تولیدی منجر گردد. تراکم قطعات پیچیده در محصولاتی که به روش متالورژی پودر تولید می‌شوند، ممکن است به‌صورت همگن توزیع نشود و این شرایط می‌تواند برای تولید قطعات پیچیده، محدودیت ایجاد کند.

در صورت عدم تولید انبوه، ممکن است از نظر اقتصادی مناسب نباشد، زیرا قالب‌های مورد استفاده در متالورژی پودر دارای هزینه‌های بالایی هستند. تولید یک محصول واحد یا تعداد کم باعث افزایش هزینه‌ها می‌شود. همچنین، برای بهبود خواص قطعات تولید شده، مراحل ثانویه ممکن است طی شود.

محصولات تولید شده با متالورژی پودر تلرانس زبری بیشتری نسبت به سایر روش‌ها دارند که این ویژگی می‌تواند در ایجاد محصولات با کیفیت و دقت بالاتر تأثیرگذار باشد.

شرکت معتبر تولید پودر متالورژی

همان‌طور که اشاره شد، صنعت خودرو یکی از مهم‌ترین بخش‌های صنعتی در جهان است. کاربرد محصولات متالورژی پودر در صنعت خودرو نیز سهم زیادی در پیشرفت این فرایند دارد. تولید با متالورژی پودر در مقایسه با روش‌های ریخته‌گری و ساخت متداول، کاربردی‌تر است. به‌طورکلی، قطعاتی که تولید آن‌ها با ریخته‌گری و روش‌های ساخت کلاسیک دشوار یا غیرممکن است، می‌توانند توسط متالورژی پودر تولید شوند. اتومبیل‌های اروپایی شامل 7 کیلوگرم، ماشین‌های ژاپنی 5 کیلوگرم، اتومبیل‌های آمریکایی حاوی بیش از 16 کیلوگرم متالورژی پودر هستند.

قطعات تولید شده توسط متالورژی پودر در اتومبیل، موتور، شاسی، سیستم انتقال قدرت و سایر قطعات بوده و این موضوع نشان دهنده اهمیت نحوه تولید این قطعات و کیفیت آن‌ها توسط شرکت‌های مشغول به کار است.

متالورژی پودری سهند، یکی از تولیدکنندگان برجسته پودر برنز و پودر مس و تولیدکننده قطعات فولادی و برنزی به روش متالورژی پودر در ایران است. این مجموعه با سال‌ها تجربه و با بهره‌گیری از تکنولوژی پیشرفته و بهره‌مندی از دانش فنی، تولید حرفه‌ای و انبوه محصولات خود را در صنعت متالورژی با گستره محصولات و قطعات گسترده‌ای آغاز نموده و به‌عنوان یکی از اولین شرکت‌های تولیدکننده محصولات متالورژی پودری در کشور شناخته شد.

این مجموعه تخصصی، هم‌اکنون با استناد به 4 دهه فعالیت مداوم و حرفه‌ای، در حال تولید محصولات باکیفیت ازجمله قطعات متالورژی پودری آهنی، پودرهای آتمیزه، بوش‌های خود روغن‌کار، فیلترهای برنزی، سیت و گاید سوپاپ بوده و این محصولات را به شرکت‌های تولیدی در کشور ارائه می‌دهد.