Author: sahand-admin01

لامپ خلاء چیست ؟

در پاسخ به این سؤال که لامپ خلاء چیست باید بگوییم که این نوع از تجهیزات، لامپ‌های الکترونیکی یا دستگاه‌های الکترونیکی هستند که درون آن‌ها فضای خلا یا هوای با فشار بسیار کم وجود دارد. در زمان‌های گذشته، پیش از ظهور ترانزیستورها و مدارهای مجتمع، این لامپ‌ها نقش مهمی در الکترونیک ایفا می‌کردند.

لامپ‌های خلا شامل یک بستره و یک یا چند الکترود هستند که درون یک محفظه شیشه‌ای یا فلزی قرار دارند. بستره، استوانه‌ای باز است که درون آن خلاء ایجاد شده و الکترودها معمولاً به شکل سیمی بوده و در مقابل یکدیگر قرار می‌گیرند.

وقتی جریان الکتریکی به داخل لامپ خلا اعمال می‌شود، الکترون‌ها از یک الکترود به الکترود دیگر حرکت می‌کنند. این جریان الکترونی قابل کنترل است و می‌تواند برای تقویت سیگنال‌ها، افزایش قدرت، تنظیم سیگنال‌ها و کاربردهای دیگر الکترونیکی استفاده شود.

به‌عنوان‌مثال، لامپ‌های خلا از نوع تقویت‌کننده (Amplifier) قادرند سیگنال‌های صوتی را تقویت کنند و در رادیوها و تجهیزات صوتی برای ارسال و دریافت سیگنال‌ها به کار روند. همچنین، انواع دیگری از لامپ‌های خلا برای سوئیچینگ (Switching)، اصلاح موج (Waveform rectification) و تولید سیگنال‌های پالس (Pulse generation) نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تاریخچه لامپ خلاء چیست

نخستین نمونه‌های لامپ خلا در اواخر قرن هفدهم ساخته شدند، اما تا دهه ۱۸۵۰ تکنولوژی لازم برای تولید نسخه‌های پیچیده‌تر از این لامپ‌ها فراهم نبود. این تکنولوژی شامل پمپ‌های کارآمد خلا، تکنیک‌های پیشرفته شیشه‌سازی و سیم‌پیچ‌های القایی می‌شد.

لامپ‌های خلا در اوایل قرن بیستم به‌طور گسترده در الکترونیک مورد استفاده قرار گرفتند و قبل از اینکه توسط فناوری‌های پلاسما، ال‌سی‌دی و دیگر تکنولوژی‌ها برای تلویزیون و مانیتور جایگزین شوند، به کار می‌رفتند.

در دهه ۱۹۷۰، روسیه همچنان از لامپ‌های خلا برای بسیاری از کاربردها استفاده می‌کرد. این لامپ‌ها در رادار تانک‌ها و هواپیمای میگ-۲۵ به کار می‌رفتند. لامپ‌های خلا قدرتمند در برابر پالس الکترومغناطیسی نیز مقاوم بودند. همچنین، این لامپ‌ها نسبت به الکترونیک غربی در برابر دمای سرد مقاومت بیشتری داشته و در مقابل، جت‌های غربی نیاز به سیستم‌های محیطی کنترل‌شده و پیچیده‌ای برای حفاظت از الکترونیک خود داشتند.

کاربرد لامپ خلاء چیست

لامپ‌های خلا در گذشته نقش مهمی در صنعت الکترونیک و ارتباطات ایفا می‌کردند. با پیشرفت تکنولوژی، استفاده از این ابزار در بسیاری از کاربردهای مدرن کاهش یافته، اما همچنان در برخی صنایع و کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. این کاربردها عبارتند از:

• تولید سیگنال‌های پالس: لامپ‌های خلا در تولید سیگنال‌های پالس (Pulse) که برای رادارها، تجهیزات پزشکی و سنسورها استفاده می‌شوند، به کار می‌روند.
• درایورها و تقویت صوت: لامپ‌های خلا در تقویت‌کننده‌ها و درایورهای صوتی نیز به کار می‌روند. آن‌ها قادرند سیگنال صوتی را تقویت کرده و به بلندگوها یا سیستم‌های صوتی منتقل کنند.
• تولید امواج نوسانی: این نوع تجهیزات، در تولید امواج نوسانی (Oscillation) کاربرد دارند. این امواج معمولاً در تجهیزات رادیویی و ارتباطات بی‌سیم برای ارسال و دریافت سیگنال‌ها به کار می‌روند.
• نمایشگرهای نوری: برای نمایشگرهای نوری در ابزارها و تجهیزات الکترونیکی نیز به کار می‌روند. به‌عنوان‌مثال، لامپ دیود (Diode Tube) به‌عنوان نمایشگر نوری در ابزارهای اندازه‌گیری و تجهیزات ارتباطی استفاده می‌شود.
• تقویت‌کننده‌ها و الکترونیک قدرت: این وسیله به‌عنوان تقویت‌کننده (Amplifier) استفاده می‌شوند. آن‌ها قادرند سیگنال‌های الکترونیکی را تقویت کرده و قدرت سیگنال را افزایش دهند. این کاربرد در رادیوها، تجهیزات صوتی، تلویزیون‌های قدیمی و سایر سیستم‌های الکترونیکی قدرتمند مشاهده می‌شود.
• سایر کاربردها: این ابزار در برخی کاربردهای دیگر مانند سوئیچینگ (Switching) در سیستم‌های قدرت، اصلاح موج (Waveform Rectification) در منابع تغذیه و تجهیزات قدرت. همچنین در دستگاه‌های کنترل و اندازه‌گیری مورد استفاده قرار می‌گیرند. این لامپ‌ها ممکن است در تجهیزاتی مانند منابع پایداری (Stabilized Power Supply)، ابزارهای اندازه‌گیری دقیق و دستگاه‌های تحلیل الکترونیکی استفاده شوند.

با پیشرفت تکنولوژی و استفاده از تراشه‌های نیمه‌هادی و قطعات الکترونیکی جامد، این ابزار به شکل گسترده‌ای در بسیاری از کاربردها جایگزین شده‌اند. به‌عنوان‌مثال، در بسیاری از روشنایی‌های تجاری و خانگی، لامپ‌های خلا با لامپ‌های ال‌ای‌دی (LED) و فلورسنت معمولی همچون لامپ‌های کم‌مصرف جایگزین شده‌اند.

اجزای لامپ‌ خلاء چیست

همان‌طور که اشاره شد، لامپ‌های خلا یا لامپ‌های تخلیه، دستگاه‌های الکترونیکی پیچیده‌ای هستند که اجزای متعددی دارند. در ادامه، به برخی از این اجزا اشاره خواهیم کرد:

• سیستم تغذیه: برای عملکرد لامپ‌های خلا، یک سیستم تغذیه الکتریکی ضروری بوده که شامل منابع برق، ترانسفورماتورها، آداپتورها و قطعات مرتبط با تأمین برق لامپ خلا است.
• الکترودها: این ابزار دارای دو الکترود است که در دو انتهای لامپ قرار گرفته‌اند. این الکترودها معمولاً از فلزاتی مانند تنگستن ساخته شده و نقش مهمی در تولید و جریان الکترون‌ها در داخل لامپ دارند.
• محفظه (بال): محفظه یا بال، قسمتی از لامپ‌های خلا بوده که شامل یک جعبه شیشه‌ای یا فلزی است. این جعبه برای نگهداری قطعات داخلی لامپ و جلوگیری از تأثیرات خارجی بر آن‌ها استفاده می‌شود.
• خلاء: داخل لامپ‌های خلا باید خلاء یا فضای خالی از هوا باشد. برای ایجاد این وضعیت، از فشار کم یا پمپاژ هوا استفاده می‌شود تا هوا از داخل لامپ خارج شده و خلاء ایجاد گردد. ایجاد این شرایط تأثیر مستقیمی بر عملکرد و عمر مفید لامپ دارد.
• گاز یا ماده تخلیه کننده: برخی از لامپ‌های خلا حاوی یک گاز یا ماده تخلیه کننده است که با تأثیر برق، تخلیه الکتریکی را در داخل لامپ ایجاد می‌کند. این گازها می‌توانند نیتروژن، آرگون، زنون و نئون باشند. نوع گاز مورد استفاده به نوع لامپ خلا و کاربرد آن بستگی دارد.
• کاتد: لامپ‌های خلا دارای کاتدی هستند که وظیفه تولید الکترون‌ها را بر عهده دارد. کاتد معمولاً از فلزاتی مانند تنگستن ساخته شده و با تأثیر گرمای الکتریکی یا نوری، الکترون‌ها را آزاد می‌کند. در برخی از لامپ‌های خلا، کاتدها ممکن است با لایه‌ای از پودر مس پوشیده شوند تا هدایت الکتریکی بهبود یافته و عملکرد تخلیه الکتریکی بهینه گردد.

این اجزا برای لامپ‌های خلا با طراحی‌ها و کاربردهای مختلف متغیر هستند.

انواع لامپ خلاء

این لامپ‌ها انواع مختلفی دارند که متداول‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

• دیود (Diode): دیودهای خلا ساده‌ترین نوع لامپ‌های خلا بوده که یک کاتد و یک آند دارند. این لامپ‌ها جریان الکتریکی را در یک جهت هدایت کرده و عمدتاً در یکسو کردن جریان برق استفاده می‌شوند.
• تریود:(Triode) تریودها شامل سه الکترود هستند: کاتد، آند و شبکه کنترل. این لامپ‌ها در تقویت‌کننده‌ها، رایانه‌ها، رادیوها و فرستنده‌ها به‌کاررفته و نقش مهمی در تقویت سیگنال‌های الکتریکی ایفا می‌کنند.
• تترود :(Tetrode)تترودها چهار الکترود دارند: کاتد، آند، شبکه کنترل و شبکه محافظ. شبکه محافظ به کاهش اثرات نامطلوب بین کاتد و آند کمک کرده و باعث بهبود عملکرد لامپ می‌شود.
• پنتود :(Pentode)پنتودها شامل پنج الکترود هستند: کاتد، آند، شبکه کنترل، شبکه محافظ و شبکه سرکوبگر. این ساختار پیچیده‌تر موجب افزایش بهره‌وری و کاهش نویز در تقویت سیگنال‌ها می‌شود.
• هگزود :(Hexode)هگزودها دارای شش الکترود هستند و برای کاربردهای خاص در مدارات فرکانس بالا و مدولاتورها استفاده می‌شوند. این لامپ‌ها پیچیدگی بیشتری داشته و توانایی کنترل چندین جریان الکترون را دارا هستند.
• هپتود :(Heptode)هپتودها با هفت الکترود طراحی شده‌اند و در مدارات مخلوط کننده و تبدیل فرکانس به کار می‌روند. این لامپ‌ها برای کارهایی که نیاز به پردازش سیگنال‌های چندگانه دارند، توصیه می‌شوند.
• مگنترون :(Magnetron)مگنترون‌ها در تولید امواج مایکروویو مورد استفاده قرار گرفته و در دستگاه‌هایی مانند رادارها و اجاق‌های مایکروویو به کار می‌روند. این لامپ‌ها قادر به تولید توان‌های بالا در فرکانس‌های مایکروویو هستند.
• کلایسترون :(Klystron)کلایسترون‌ها نیز برای تولید و تقویت امواج مایکروویو استفاده می‌شوند و در تجهیزات ارتباطی و راداری کاربرد دارند. این لامپ‌ها با استفاده از سرعت دهی به الکترون‌ها امواج مایکروویو پایدار تولید می‌کنند.
• لامپ اشعه کاتدی :(Cathode Ray Tube – CRT)لامپ‌های اشعه کاتدی در گذشته برای نمایش تصاویر در تلویزیون‌ها و مانیتورهای رایانه‌ای استفاده می‌شدند. این لامپ‌ها با شتاب دادن الکترون‌ها به سمت صفحه فسفری، تصاویر را ایجاد می‌کنند.

نحوه عملکرد و ساخت لامپ خلا

نحوه ساخت و عملکرد این ابزار عبارتند از:

ایجاد خلاء

در ابتدا، داخل لامپ خلا باید خلاء یا فضای خالی از هوا ایجاد شود. برای این منظور، از یک پمپ خلاء استفاده می‌شود تا هوا از داخل لامپ خارج شود و فضای خلا به وجود آید. این کار برای جلوگیری از اشتعال ناخواسته و بهبود خنک شدن الکترودها انجام می‌شود.

اعمال ولتاژ

پس از ایجاد خلاء، ولتاژ مناسبی به لامپ خلا اعمال می‌شود. این ولتاژ معمولاً توسط یک سیستم تغذیه الکتریکی مناسب تأمین می‌شود. ولتاژ اعمال شده باعث ایجاد یک میدان الکتریکی قوی در داخل لامپ شده که برای به حرکت درآوردن الکترون‌ها ضروری است.

تخلیه الکتریکی

با اعمال ولتاژ، تخلیه الکتریکی در داخل لامپ خلا رخ می‌دهد. این تخلیه شامل جریان الکترون‌هایی است که از کاتد (Cathode) آزاد می‌شوند و به سمت آند (Anode) حرکت می‌کنند. در طول این مسیر، الکترون‌ها ممکن است با گاز یا ماده تخلیه کننده موجود در داخل لامپ برخورد داشته باشند.

تولید نور

برخورد الکترون‌ها با گاز یا ماده تخلیه کننده باعث تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی نوری می‌شود. این نور می‌تواند به‌صورت نور مرئی یا نور فرابنفش باشد، که به نوع گاز یا ماده تخلیه کننده و ویژگی‌های خاص لامپ بستگی دارد. در برخی لامپ‌ها، این برخوردها می‌توانند به تولید اشعه‌های دیگری مانند اشعه ایکس نیز منجر گردد.

تقویت سیگنال

لامپ‌های خلا می‌توانند به‌عنوان تقویت‌کننده سیگنال عمل کنند. در برخی موارد، سیگنال‌های الکتریکی به لامپ خلا وارد می‌شوند و با فرآیند تخلیه الکتریکی، این سیگنال‌ها تقویت می‌گردند.

این ویژگی به‌خصوص در تقویت‌کننده‌های صوتی و رادیویی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین افزودن پودر مس به دلیل هدایت حرارتی بالا، به برخی از قطعات داخلی لامپ خلا می‌تواند به پراکندگی بهتر حرارت و جلوگیری از گرم شدن بیش‌ازحد الکترودها کمک کند. این امر باعث افزایش عمر مفید لامپ‌ها خواهد شد.

پودر فلزات چیست ؟ مزایای استفاده از پودر فلزات

پودر فلزات به‌طور خاص با عبارت PM که از Powder Metal اختصار گرفته شده، توصیف می‌شود. این مواد از ذرات ریز فلزات به شکلی فشرده به‌دست‌آمده و روش تولید آن‌ها کاملاً متفاوت از شیوه سنتی است.

در تکنیک‌های قدیمی، از ذوب و قالب‌گیری برای ایجاد قطعات فلزی استفاده می‌شد. اما امروزه در فرآیند تولید با پودر فلز، امکان ایجاد قطعات با اشکال هندسی پیچیده وجود دارد. همچنین هزینه بالاتر روش سنتی که در نتیجه ذوب فلز و استفاده از ماشین‌آلات ثانویه حاصل می‌شود از معایب دیگر روش‌های قدیمی به شمار می‌رود. به همین دلیل، هر چه پیچیدگی قطعه افزایش یابد، استفاده از روش‌های سنتی هزینه بیشتری خواهد داشت.

علاوه بر مزیت هزینه کمتر، می‌توانیم ویژگی کاهش ضایعات در فرآیند تولید محصولات نهایی مثل پودر مس را نیز به‌عنوان یک ارزش افزوده در این روش مدنظر قرار دهیم. با استفاده از پودر فلز، هدر رفت مواد اولیه به حداقل ممکن می‌رسد. به‌این‌ترتیب، درحالی‌که این شیوه امکان تولید قطعات با اشکال هندسی پیچیده را فراهم می‌کند، حداقل هدر رفت و ضایعات فلز در فرآیند تولید را نیز خواهد داشت، که می‌تواند حتی به صفر نزدیک باشد.

این مزیت به دلیل انطباق بسیار بالای روش تولید قطعات با پودر فلز با تکنیک‌های کامپیوتری است. نتیجه این انطباق محصولاتی با وزن بهینه، دوام بالا، استحکام و استقامت مطلوب می‌شود که در کاربردهای حساس مانند صنعت هوافضا که کاهش وزن قطعات در آن بسیار حیاتی است، نقش تعیین‌کننده‌ای در توسعه استفاده از این شیوه تولید قطعات فلزی، ایفا می‌کند.

کاربرد پودر فلزات

محصولات حاصل از تولید با استفاده از این روش مانند پودر برنز، در صنایع مختلف، ازجمله صنایع خودروسازی، صنایع دریایی، تجهیزات پزشکی و درمانی، و دیگر کاربردها، قابل استفاده هستند. این موارد به‌صورت گسترده در محصولاتی که روزانه با آن‌ها سروکار داریم، مشاهده می‌شود.

مثال‌هایی از این قبیل شامل قطعات موتور خودروها می‌شوند، که از پودر فلز به دست می‌آیند. همچنین، فیلامنت‌های مورد استفاده در لامپ‌ها نیز از این طریق تولید می‌شوند. قطعات ترمز و تجهیزات آزمایشگاهی نیز به‌وسیله همین تکنیک ایجاد می‌گردند.

با توسعه روش‌های بهتر تولید پودر فلزات از طریق بهره‌گیری از متدهای نوین، قابلیت‌ها و دامنه استفاده از این محصولات می‌تواند به‌صورت گسترده‌تری افزایش یابد.

اصول اولیه ساخت

عمدتاً قطعات PM در سه مرحله تولید می‌گردند: مخلوط‌سازی پودر فلزات، قالب‌گیری، و سپس بسته‌بندی یا تشدید. البته ممکن است نیاز به اعمال حرارت باشد تا قطعات با ویژگی‌های مطلوب برای صنعت به دست آیند. این فرآیند حرارتی باعث تنظیم چگالی و ابعاد قطعه شده و سطح آن را بهبود می‌بخشد.

ترکیب و عبور فلزات از صافی برای آماده‌سازی در فرآیند پودر فلزات انجام می‌شود. پودرها ممکن است اشکال و ابعاد متنوعی داشته باشند؛ به‌عنوان‌مثال، برخی از آن‌ها ممکن است به شکل کروی باشند.

روش‌های متنوعی برای به دست آوردن پودرهای فلزی مانند پودر مس وجود دارد که تجزیه، واکنش‌های شیمیایی، اتمیزه کردن (پودرهای اتمیزه)، خرد کردن یا ریز سازی، الکترولیز و احیای حالت جامد ازجمله آن‌ها هستند. در هر یک از این فرآیندها، به‌اندازه و شکل ذرات فلزی تولید شده اهمیت زیادی داده می‌شود. این نکته باید در زمان استفاده از پودر فلزی برای ساخت قطعات PM مدنظر قرار گیرد.

قالب‌گیری، با استفاده از فشار از پیش تعیین شده و هماهنگ با نیازهای قطعه، صورت خواهد گرفت. به‌طور عمومی، این فشار در دمای اتاق به پودر فلز وارد می‌شود، درحالی‌که مرحله سفت‌شدن یا سخت‌شدن قطعه در دماهای بالاتر صورت می‌گیرد.

مرحله سخت‌شدن قطعه باید تحت شرایط خاص و کنترل‌شده ازنظر فشار اتمسفریک صورت گیرد. پس ‌از این مرحله، از حرارت‌های ثانویه برای ارتقاء ویژگی‌های فیزیکی و دقیق‌تر کردن ابعاد قطعه بهره‌مند خواهیم شد.

نحوه تبدیل قطعات پودر فلز به شکل دلخواه

در یکی از قدیمی‌ترین روش‌های تولید قطعات پودر فلزات که هنوز هم به کار گرفته می‌شود، قطعات با ترکیب پودرهای فلز آهن با ذرات کمتر از ۱۸۰ میکرون، به همراه افزودنی‌هایی نظیر کربن، مس یا نیکل و مواد روان کننده تولید می‌شوند. موم نرم‌کننده در این فرآیند کمک می‌کند تا پودر فلز بهتر در قالب جا بیافتد و شکل مناسبی به خود بگیرد.

سپس این ترکیب را در دما و فشار کنترل‌شده در کوره حرارت می‌دهیم. این کار باعث می‌شود تا پودر فشرده با ایجاد پیوندهایی با پودرهای مجاور به استحکام مورد نظر برسد.

قطعه به‌دست‌آمده در این مرحله به‌شدت نزدیک به قطعه ایده‌آلی که مصرف‌کننده مدنظر دارد خواهد بود. بااین‌حال، هنوز حدود ۵ تا ۱۵ درصد تخلخل وجود دارد و به همین دلیل ممکن است نسبت به قطعات بدون تخلخل، ضعیف‌تر باشد.

اهمیت به‌کارگیری تکنیک پودر فلزات

علاوه بر مزیت‌های گفته شده در بالا، استفاده از این شیوه به دلایل زیرتوصیه می‌شود:

• برای تولید قطعاتی با ترکیب فلزات و غیرفلز، این روش ارجحیت دارد.
• با توجه به قابلیت اتوماسیون و سرعت بالا، این تکنیک دارای صرفه اقتصادی بالایی است.
• در تهیه آلیاژهایی از دو فلز با نقطه ذوب متفاوت (مانند مس و تنگستن)، روش پودر فلزات بهترین راه عملی است.
• قادر به تولید با نرخ بالا، به میزان بیش از 500 تا 1000 قطعه در ساعت، بوده و تولید قطعات خاص را سهل می‌کند.
• ویژگی دسترسی به رِنج وسیعی از ترکیبات را داشته و ضایعات ماشین‌کاری را به حداقل می‌رساند یا حتی حذف می‌کند.
• گاهی به دلیل محدودیت‌های ابعادی، هندسه‌ی قطعه یا نوع آلیاژ، استفاده از روش‌های دیگر ناممکن است. به‌عنوان‌مثال، برای تولید رشته‌های بسیار کوچک و مقاوم از تنگستن که از نظر سختی ویژه هستند، روش‌های دیگر غیرقابل استفاده بوده و تنها با بهره‌گیری از تکنولوژی متالورژی پودر امکان‌پذیر خواهد بود.

فلزات استفاده شده در این فرایند

اصلی‌ترین فلزات مورد استفاده در این فرایند، آهن و فولاد هستند که همراه با فلزات زیر، به تحولات عظیمی در این صنعت منجر شده‌اند:

• مس
• قلع
• تیتانیوم
• تنگستن
• آلومینیوم
• فولاد ضدزنگ
• کاربید تنگستن
• و انواع فلزات گران‌بها

هرکدام از این عناصر، نقش مهمی در تحولات و پیشرفت‌های این صنعت ایفا می کنند.

تهیه محصولات معتبر

در صورت تمایل به خرید پودر برنز یا محصولات مشابه، به شرکت فرآورده‌های متالورژی سهند مراجعه نمایید و از محصولات باکیفیت و مطابق با استانداردهای بین‌المللی این شرکت بهره‌مند شوید.

شرکت فرآورده‌های متالورژی پودری سهند با بیش از 40 سال سابقه درخشان، به دلیل تکنولوژی بومی، تجربه فنی بسیار، و استفاده از کارکنان ماهر و متخصص، توانسته است محصولاتی باکیفیت برتر ارائه داده و به جلب رضایت مشتریان بپردازد. این شرکت با دریافت گواهینامه سیستم مدیریت کیفیت ISO-9001-2000، تعهد خود را به تولید قطعات با استانداردهای بین‌المللی نشان داده است.

فعالیت‌های این مجموعه، علاوه بر تأمین نیازهای داخلی، به جلوگیری از خروج ارز و کاهش وابستگی به واردات مواد اولیه منجر شده و با بومی‌سازی صنایع و تأمین مواد اولیه داخلی، به تحقق اهداف داخلی سازی تکنولوژی و مقابله با تحریم‌های ظالمانه نیز کمک کرده است.

کاربرد محصولات متالورژی پودر در صنعت خودرو

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.

انواع روش های تولید پودر اتمایز چیست ؟

ریز سازی، اتمایز یا اتمیزه کردن یکی از روش های رایج تولید پودر فلزات (مثل پودر مس و پودر برنز) است که عمر آن به حدود 50 سال می‌رسد. این تکنیک، بسیار پرکاربرد و باصرفه اقتصادی بالا، در تولیدات پودر فلزات نقش بسیار مهمی دارد؛ اما روش های تولید پودر اتمایز چیست؟ پیش از پرداختن به انواع تکنیک‌های آن، نیاز است تا با پروسه و ویژگی‌های این روش بیشتر آشنا شویم.

اتمایز کردن چیست

اتمیزه کردن فرآیندی است که طی آن فلز مذاب به قطرات کوچک تقسیم شده و قبل از تماس قطرات با یکدیگر یا با سطح جامد، به‌سرعت منجمد می‌شود. به‌طورمعمول، ابتدا فلز مذاب شده، سپس یک جریان نازک از آن با فشار از سوراخ عبور کرده و در معرض ضربه جت‌های گاز پرانرژی یا مایع قرار می‌گیرد. این فرایند باعث متلاشی شدن آن و درنهایت تولید پودر فلز خواهد شد.

انجام این شیوه با کمک درجه بالای مذاب فلز و همچنین میزان زیاد فشار آب یا گاز امکان‌پذیر است. با اضافه کردن عناصر اکسیدکننده به مقدار کم، می‌توان اندازه و شکل ذرات پودر تولید شده را تغییر داد تا در نهایت محصول به‌دست‌آمده خلوص بالایی داشته باشد. انواع روش های تولید پودر اتمایز اغلب در فراهم آوردن پودرهایی نظیر آهن، برنج و آلومینیوم مورد استفاده قرار می‌گیرند.

استفاده از تکنیک اتمایز کردن فلز

توسعه مطالعات در زمینه تکنیک‌های تولید قطعات از پودرهای فلزی ازجمله روش‌ های تولید افزایشی (AM)، قالب‌گیری تزریقی فلز (MIM) و پرس ایزو استاتیک گرم (HIP) منجر به پیشرفت در فرآیندهای ساخت پودرهای فلزی آلیاژی، به‌ویژه آلیاژهای مبتنی بر آهن، نیکل و کبالت شده است.

در سال‌های اخیر، علاقه به مطالعه در حوزه متالورژی پودر و پودرهای اتمایزه به‌شدت افزایش یافته است. در دهه‌های 1980 و 1990، روش‌های معمول ساخت قطعات متخلخل توجه زیادی به خود جلب نکرده بودند؛ اما در دهه‌ی گذشته، ابتدا ظهور روش‌هایی نظیر قالب‌گیری تزریقی فلز و پرس ایزو استاتیک گرم و سپس چاپ سه بعدی یا AM، مشاهده شد. این روش‌ها در حدود ده سال اخیر، باعث افزایش سرمایه‌گذاری در زمینه متالورژی پودر در سراسر جهان شده است.

حجم جهانی مصرف پودر در این روش‌های نوین، در مقایسه با تجارت قطعات متالورژی پودر کلاسیک که حدود 1 میلیون تن پودر آهن را در سال در بر می‌گیرد، هنوز کم است؛ اما نرخ رشد آن با سرعت 10 تا 40 درصد در سال افزایش می‌یابد. ظرفیت تولید پودرهای ذوب شده و اتمایزه در خلأ و گاز نیز تنها حدود 20,000 تا 30,000 تن در سال است.

قالب‌گیری تزریقی فلز

فن‌آوری‌ها و روش های تولید پودر اتمایز به شکل مدرن‌تر، در زمینه متالورژی پودر ویژگی‌های مشترک خاصی دارند که بر کیفیت نهایی محصول تأثیر می‌گذارد. به‌عنوان‌مثال، در فرآیند قالب تزریقی فلز، پودر با پلاستیک یا موم مخلوط شده، سپس قطعات بزرگ به‌وسیله قالب‌گیری تزریقی ساخته می‌شوند.

در مرحله بعدی، بایندر (چسب زدایی) حذف شده و سپس تف جوشی قطعه انجام می‌گیرد تا فشردگی کامل حاصل گردد. این فرآیند نه‌تنها در کیفیت پودر مؤثر است بلکه به تفاوت‌های مهم در مقایسه با روش‌های دیگر نیز می‌انجامد.

درواقع قالب‌گیری تزریقی فلز یک فرآیند پیشرفته در زمینه متالورژی پودر است که از مراحل متنوعی تشکیل شده است. در این متد، پودرهای فلزی با پلیمرهایی مانند موم و بایندرهای پلی‌پروپیلن ترکیب شده تا یک مخلوط مایع به وجود آید. سپس این ماده اولیه به‌وسیله ماشین‌های قالب‌گیری تزریق پلاستیک به داخل قالب تزریق می‌شوند. در نهایت قطعه قالب‌گیری شده یا قطعه خام به دست می‌آید.

در مرحله بعد، بخشی از مواد چسبنده با استفاده از حلال، کوره‌های حرارتی، فرآیند کاتالیزوری یا ترکیبی از این روش‌ها، حذف می‌شود. این مرحله شکننده و متخلخل، به وضعیتی که به آن “برآون” می‌گویند، می‌رسد. برای بهبود انتقال، جداسازی و تف جوشی (زینتر) اغلب در یک فرآیند واحد ترکیب می‌شوند.

در عملیات تف جوشی، پودر به نزدیکی نقطه ذوب در کوره‌ای با اتمسفر محافظ گرم می‌شود. در این فرآیند، با بهره‌گیری از نیروهای مویرگی، ذرات پودر فشرده شده و تراکمی بیشتر پیدا می‌کنند. قطعات قالب‌گیری تزریقی فلز اغلب در دماهای نسبتاً نزدیک به ذوب در فرآیندی به نام تف جوشی فاز مایع، پخته می‌شوند.

محصول نهایی دارای خواص مکانیکی و فیزیکی با قطعات آنیل شده‌ای که با روش‌های فلزکاری کلاسیک تولید شده‌اند، قابل مقایسه است. همچنین، عملیات حرارتی مانند آبکاری، باز پخت، کربورسازی، نیتریدینگ و سخت شدن پس از تف جوشی نیز به‌عنوان بخشی از این فرآیندها انجام می‌شوند.

انتخاب مواد و مراحل اصلی قالب‌گیری تزریقی

برای تأمین مواد اولیه در فرآیند قالب‌گیری تزریقی فلز، انتخاب از گستره وسیعی از فلزات امکان‌پذیر است، بااین‌حال، فولادهای ضدزنگ به‌عنوان یکی از پرکاربردترین فلزات در متالورژی پودر به شمار می‌روند. پس از قالب‌گیری اولیه، بایندر ماده اولیه حذف شده و ذرات فلزی با نفوذ به یکدیگر پیوند می‌خورند و متراکم می‌شوند تا به خواص استحکام موردنظر دست یابند. عملیات دوم معمولاً محصول را 15٪ در هر بعد کوچک می‌کند.

هزینه‌های کلی این فناوری با تولید تناژ بالا، به دلیل خلوص خالص و حذف عملیات پرهزینه و اضافی مانند ماشین‌کاری، کاهش یافته است. اگرچه این فناوری‌ها از نظر مشخصات ابعادی دارای عملکرد ضعیفی می‌باشند.

قالب‌گیری تزریقی فلز، بیشتر از سایر روش های تولید پودر اتمایز به پودرهای ریز نیاز دارد تا فعالیت زینترینگ بالاتری داشته باشد و قطعه خام با چگالی بالا پخته شود. پودرهای متداول، ابعاد ذراتی در محدوده 5-15 میکرومتر را دارا بوده و اندازه ذرات حداکثر از 15 میکرومتر تا 50 میکرومتر متغیر است.

تشکیل پودرهای مورد استفاده به شکل‌های متنوع، با ذرات کروی و سطوح صاف، به عنوان ویژگی‌های منحصر به فرد محسوب شده و این خاصیت می‌تواند به کاهش “brown strength” و به طور کلی به استحکام اجزا پس از جداشدن اشاره داشته باشد.

در این روش، استفاده از پودرهایی با خلوص متوسط امری حیاتی است؛ به عنوان نمونه، محتوای اکسیژن از اهمیت کمتری برخوردار است، زیرا تف جوشی در دماهای بالا به کاهش اکسیداسیون می‌انجامد. آلیاژها در این فرآیند شامل فولادهای کم آلیاژ، انواعی از فولادهای ضد زنگ (که حدود 50 درصد از بازار را تشکیل می‌دهند) و سوپرآلیاژهایی چون IN718 می‌شوند.

در مورد اتمیزه کردن آب، این کار به طور گسترده در فرآیند تولید فولادهای ضدزنگ به کار می‌رود، در حالی که برای سوپرآلیاژها، اتمیزه کردن گاز با استفاده از روش VIGA بی‌اثر خلأ، امری ضروری می‌شود.

مزایا و معایب

در دنیای فناوری قالب‌گیری و روش های تولید پودر اتمایز، ایجاد اشکال پیچیده به‌عنوان یک گزینه برجسته برای تولید قطعات میکرو در حجم بالا شناخته می‌شود. در این تکنیک، در قسمت‌های داخلی قطعات، مانند رزوه‌های داخلی و خارجی، سوراخ‌های پروفیل‌شده و بافت‌های سطحی، جزییات دقیقی از خنجر و حکاکی‌ها گرفته تا نشانه‌ها، ایجاد می‌گردد.

اما این توانایی منحصربه‌فرد با چالش‌های خاصی نیز همراه است. هزینه اولیه بالاتر به دلیل سرمایه‌گذاری موردنیاز برای ساخت ابزارها ازجمله چالش‌هایی است که در فرآیند MIM باید مدیریت شود. همچنین، تاکنون امکان ساخت قطعات بزرگ‌تر از 20 سانتیمتر در این فرآیند فراهم نشده است که به‌ویژه در تولید اندازه‌های بزرگ ممکن است محدودیتی ایجاد کند.

قالب‌گیری تزریقی فلز به‌خوبی برای تولید حجم بالای قطعات کوچک مناسب است، اما با توجه به محدودیت‌ها در اندازه و هزینه اولیه بالاتر، فقط زمانی که نیاز به تولید مقادیر زیادی وجود دارد، به ابزاری مؤثر تبدیل می‌شود.

پرس ایزو استاتیک گرم (HIP)

این تکنیک به‌عنوان یک روش تولیدی، برای افزایش چگالی و کاهش تخلخل در فلزات و مواد سرامیکی استفاده شده و بهبود خواص مکانیکی و کارایی مواد را ایجاد می‌کند.

در فرآیند پرس ایزو استاتیک گرم، ظروف فلزی قوطی مانند، با پودر پر شده و پس از آب‌بند کردن و از بین بردن هوا، به‌صورت ایزو استاتیک گرم تحت‌فشار قرار می‌گیرند. این فشار عموماً در محدوده 1000 تا 2000 بار و دماهای 1000 تا 1200 درجه سانتی‌گراد است. این فرآیند منجر به بهبود ویژگی‌های مکانیکی و عملکردی مواد می‌گردد.

این روند نیازمند چگالی ضربه‌ای بالا و قابل تکرار برای کاهش انقباض در فشار بوده و به‌طور عمده معمولاً 10-15٪ است. شکل ذرات مورد استفاده در این فرآیند، کروی و صاف بوده که برای پر کردن بهتر قوطی‌های شکل دار بسیار مؤثر هستند.

خلوص در اینجا امری بسیار حائز اهمیت است، زیرا هیچ تغییری در محتوای اکسیژن طی فرآیند پرس ایزو استاتیک گرم ممکن نیست؛ بنابراین، استفاده از پودرهای اتمیزه شده گازی در اینجا تقریباً اجباری است. اندازه ذرات اهمیت ثانویه دارد و درحالی‌که برای کاربردهای ضروری، معمولاً از پودرهای ریز با اندازه کمتر از 53 میکرومتر استفاده می‌شود.

آلیاژهای مورد استفاده از فولادهای زنگ نزن و ابزار گرفته تا سوپر آلیاژها را شامل می‌شود. فرآیند پرس ایزو استاتیک گرم، یک قطعه را در معرض دمای بالا و فشار ایزو استاتیک در یک مخزن فشار بالا قرار می‌دهد. گاز تحت‌فشاری که بیشتر استفاده می‌شود، گاز بی‌اثر آرگون است تا مواد با یکدیگر واکنش شیمیایی نداشته باشند.

استفاده از پمپاژ گاز برای رسیدن به سطح فشار در بسیاری از سیستم ها مورد استفاده قرار میگیرد. فشار از همه جهات به مواد اعمال شده و به همین دلیل از اصطلاح “ایزو استاتیک” استفاده می‌شود.

تولید افزودنی (AM)

تولید افزودنی یا تولید لایه افزودنی (ALM) به‌عنوان نامی برای فرآیند چاپ سه بعدی در صنعت تولید شناخته می‌شود. این فرآیند که تحت کنترل کامپیوتر قرار دارد، با رسوب دادن مواد، به‌طورمعمول در لایه‌های متوالی، اقلام سه بعدی را با دقت ایجاد می‌کند. تعدادی از فرآیندهای تولید افزودنی (AM) با استانداردها و خصوصیات خاص خود وجود دارند که عبارت‌اند از:

بایندر جتینگ، رسوب مستقیم توسط انرژی و اکستروژن مواد

در روش بایندر جتینگ، از یک هد چاپ سه‌بعدی که در اطراف محورهای  x، y  و z حرکت می‌کند، استفاده می‌شود. این هد چاپ لایه‌های متناوب مواد پودری را همراه با یک چسب مایع به‌عنوان چسب به هم متصل می‌کند.

در رسوب مستقیم، امکان تولید مواد افزودنی با استفاده از انرژی مستقیم، در طیف گسترده‌ای از مواد ازجمله سرامیک، فلزات و پلیمرها فراهم می‌شود. با نصب یک لیزر، قوس الکتریکی یا یک تفنگ پرتو الکترونی بر روی یک بازو، سیم ذوب، مواد اولیه رشته یا پودر را به‌صورت افقی حرکت می‌دهد تا درحالی‌که بستر به‌صورت عمودی حرکت می‌کند، مواد را ایجاد کند.

در اکستروژن مواد، از پلیمرهای قرقره‌ای استفاده شده که یا اکسترود می‌شوند یا از طریق یک نازل گرم، روی یک بازوی متحرک نصب شده، کشیده می‌شوند. این نازل به‌صورت افقی و بستر به‌صورت عمودی، حرکت می‌کنند و مواد ذوب شده را لایه به لایه شکل می‌دهند. اتصال لایه‌ها به یکدیگر از طریق کنترل دما یا عوامل پیوند شیمیایی صورت می‌پذیرد.

نفوذ بستر پودری، لمینیت ورق و پلیمریزاسیون Vat

فرآیند همجوشی بستر پودری شامل چندین تکنیک متفاوت در زمینه تولید افزودنی است، ازجمله ذوب فلزات با لیزر مستقیم، تف جوشی (پخت) لیزری مستقیم فلزات، ذوب با پرتو الکترونی، تف جوشی لیزری انتخابی و تف جوشی حرارتی انتخابی. در این روش‌ها، از پرتوهای الکترونی، لیزرها یا هدهای چاپ حرارتی برای ذوب یا ذوب بخشی از لایه‌های ریز مواد استفاده شده، سپس پودر اضافی خارج می‌گردد.

همچنین، تکنیک لمینیت ورق به دو شکل مختلف تقسیم می‌شود؛ ایجاد اشیای چند لایه و تولید مواد افزودنی اولتراسونیک. در ساخت اشیای چند لایه، از قسمت های متناوب کاغذ و چسب برای ایجاد اقلام با جذابیت بصری یا زیبایی شناختی استفاده می‌شود.

سپس جوشکاری اولتراسونیک برای اتصال ورق‌های فلزی نازک به کار می‌رود. همچنین یک مرحله کم انرژی و دمای پایین این شیوه می‌تواند از فلزات مختلف مانند آلومینیوم، فولاد ضدزنگ و تیتانیوم بهره برد.

پلیمریزاسیون Vat نیز از یک فتوپلیمر رزین مایع برای ایجاد ساختار لایه به لایه استفاده می‌شود. نور فرابنفش از آینه‌ها برای هدایت به‌سوی لایه‌های مختلف رزین استفاده کرده و این لایه‌ها از طریق فتوپلیمریزاسیون خشک می‌شوند.

تولید افزودنی قوس سیمی (DED-arc)

در تکنیک تولید افزودنی قوس سیمی یا DED-arc، از منابع انرژی جوش قوس الکتریکی و دستگاه‌های دست‌کاری برای ایجاد اشکال سه بعدی از طریق رسوب قوس استفاده می‌شود. این فرآیند اغلب از سیم به‌عنوان منبع مواد استفاده کرده و یک مسیر مشخص از پیش تعیین شده را برای ایجاد شکل مورد نظر دنبال می‌کند. این تکنیک از روش های تولید پودر اتمایز معمولاً با استفاده از تجهیزات جوشکاری رباتیک انجام می‌شود.

زمینه فرآیندهای تولید افزودنی در تقاضاهای خود نسبتاً متنوع بوده و بزرگ‌ترین روش در حال حاضر، تف جوشی لیزری است. این فرآیند به پودرهایی با خواص جریان عالی نیاز دارد تا به پخش شدن پودر در لایه‌های نازک قبل از زینترینگ یا دقیق‌تر جوشکاری قطعه کمک کند. محتوای اکسیژن نیز بسیار مهم است و سعی می‌شود از پودرهای اتمیزه شده در آب استفاده کنند.

تولید پودر اتمایز با روش های مختلف

روش های زیادی برای اتمیزه کردن فلزات به‌منظور تولید پودر وجود دارد اما سیستم کلی آن‌ها مشابه است. برای این کار به‌طور عمده معمولاً از آب یا گاز استفاده می‌شود. علاوه بر این، روش های دیگری مثل ترکیب این دو یعنی با آب و گاز تحت عنوان فشار فوق بالا یا Ultra high pressure (UHP) و همچنین استفاده از نیروی گریز از مرکز نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه این موارد را توضیح می‌دهیم:

روش اتمایز با استفاده از گاز

اتمیزه کردن با استفاده از گازهای مختلفی انجام می‌شود. برای مثال می‌توان به اتمیزه کردن با هوا یا گاز بی‌اثر اشاره کرد.

 در اتمیزه کردن با هوا یا Air atomization تمام فرآیند ذوب شدن فلز و اتمایز در حضور هوا انجام می‌گیرد. کمپرسورها هوای فشرده را جهت تکه‌تکه کردن فلز مذاب خارج می‌کنند و در مرحله بعد نیز از طریق مکش حجم بالای هوا فرآیند خنک‌سازی فلز به‌سرعت انجام می‌شود. این روش عموماً به‌منظور تولید پودر قلع، روی و سرب، به کار می‌رود. می‌توان گفت که اکنون اتمایز کردن با استفاده از گاز، اصلی‌ترین روش تولید آلومینیوم و آلیاژهای آن نیز است.

روش دیگر استفاده از گاز بی‌اثر یا Inert gas atomization است. در این روش عمدتاً منظور از گاز بی‌اثر آرگون یا نیتروژن است که از آن برای تجزیه فلز مذاب استفاده می‌شود. نکته مثبت در این روش این است که حضور این گازها به‌جای هوا از اکسیداسیون فلز جلوگیری می‌کند.

روش بعدی اتمیزه کردن با گاز بی‌اثر در خلأ یا Vacuum inert gas atomization است. مراحل ذوب و ریختن فلز در یک محفظه که خلأ است انجام گرفته و سپس تجزیه آن توسط گازهای بی‌اثر انجام می‌گیرد. این روش برای فلزاتی که نسبت به اکسیداسیون بسیار حساس هستند مثل آلیاژهای مبتنی بر نیکل، تیتانیوم و آهن، مفیدترین تکنیک است.

روش های تولید پودر اتمایز بااستفاده از آب

روش اتمیزه کردن به‌وسیله آب یا Water atomization به قرن‌ها قبل باز می‌گردد. در این شیوه فلز مذاب با استفاده از اسپری‌های آب سرد، تجزیه می‌شوند. در نتیجه پودر فلز به دست می‌آید. این فرآیند نیز در حضور هوا انجام می‌گیرد، بنابراین اکسیژن بالایی در معرض فلزات قرار دارد.

در این فرآیند جت‌ها نقش مهمی در تعیین اندازه ذرات دارند. با تنظیم فشار جت‌ها می‌توان اندازه نهایی ذرات فلز را تعیین کرد. در نهایت ذرات فلز که اکنون به شکل پودر هستند در کف مخزن جمع شده و قابل‌برداشت می‌باشند. این روش به کمک روغن به‌جای آب نیز قابل انجام است.

روش اتمایز با استفاده از آب با فشار فوق بالا

در این روش که به آن Ultra-high pressure water atomization گفته می‌شود از فشار آب بسیار بالا استفاده می‌شود. جت‌های آب، مافوق صوت بوده و حدوداً سرعتی برابر با 400 تا 500 متر بر ثانیه دارند که امواج ضربه‌ای ایجاد می‌کنند. این فرآیند معمولاً در حضور یک گاز بی‌اثر صورت می‌پذیرد و محصول آن پودرهایی بسیار ریز است که ذرات آن می‌توانند از حالت کروی و نامنظم متغیر باشند.

روش های تولید پودر اتمایز با نیروی گریز از مرکز

مشابه با روش های قبلی فلز به شکل مذاب درآمده اما به‌جای آب یا گاز، نیروی گریز از مرکز ایجاد شده مایع را شکافته و فلز مذاب را به شکل قطرات اسپری می‌کنند تا خنک و جامد شوند. این روش بسیار کارآمدتر از شیوه‌هایی است که از آب و گاز در آن‌ها استفاده می‌شود و همچنین نیاز به‌صرف انرژی کمتری دارد.

عوامل مؤثر در انتخاب روش های تولید پودر اتمایز

انتخاب روش های تولید پودر اتمایز توسط تولیدکنندگان، از عوامل مهم در بازده و کیفیت نهایی محصولات است. موضوعات زیادی در انتخاب این تکنیک‌ها تأثیرگذار هستند که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم:

• هزینه: هزینه فرآیند اتمیزه کردن نیز یک عامل مهم است. هزینه‌های سرمایه‌گذاری اولیه، هزینه‌های عملیاتی و مواد مصرفی همگی تأثیرگذار هستند.
• زمان: زمان مورد نیاز برای انجام فرآیند اتمیزه کردن نیز مهم است. برخی از مراحل به‌صورت سریع‌تر انجام می‌شوند که در مواردی که زمان حیاتی است، می‌تواند مؤثر باشد.
• نوع مواد: خواص مواد اولیه، مانند دما حساسیت، ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی، در انتخاب تکنیک اتمیزه کردن تعیین‌کننده بوده و برخی از این شیوه‌ها برای مواد خاصی مناسب‌تر هستند.
• مقدار تولید: میزان تولید مورد نیاز در انتخاب شیوه اتمیزه کردن تأثیرگذار است. برخی از تکنیک‌ها برای حجم تولید کم مناسب هستند، درحالی‌که گروهی دیگر برای تولید انبوه بیشتر کاربرد دارند.
• خواص نهایی محصول: خواص نهایی محصول نیز نقش مهمی در انتخاب تکنیک اتمیزه کردن ایفا می‌کند. برخی از فرآیندها خواص ویژه‌ای مثل استحکام، چگالی، یا خواص حرارتی بهتری ارائه می‌دهند.
• اندازه و شکل ذرات: اندازه و شکل ذرات پودر تأثیر بسیاری بر روی فرآیند اتمیزه کردن دارند. توزیع اندازه ذرات و انحراف استاندارد آن‌ها می‌تواند بازده و یکنواختی فرآیند را تحت تأثیر قرار دهد.

ترکیب این عوامل به‌صورت موازی در انتخاب تکنیک اتمیزه کردن تعیین‌کننده است و نیاز به تحلیل دقیق و بهینه‌سازی دارد.

مزایا و معایب تولید پودر اتمایز

این روش پرکاربرد و پرطرفدار مزایای بسیاری دارد که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌کنیم:

• استفاده از این روش نسبت به روش‌های دیگر نیاز به هزینه‌های کمتری دارد.
• تولید پودر فلز با این شیوه در حجم بالای صنعتی با سرعت بیشتر، قادر به انجام است.
• پودرهایی که از طریق روش اتمایز تولید می‌شوند مقاومت زیادتری نسبت به خوردگی و سایش دارند.
• در اتمایز تولید مستقیم فلز مذاب به پودر صورت می‌گیرد. در نتیجه ضایعات زیادی نداشته و نیازی به انجام جداسازی و پس از تولید ندارد.
• پودرهای خروجی این روش ریز و یکنواخت بوده، در نتیجه خواص مکانیکی و ماشین‌کاری بهتری دارد.

از نقاط ضعف این تکنیک می‌توان به این مورد اشاره کرد که عبور دادن فلز داغ و مذاب از سوراخ خروجی می‌تواند گاهی دچار اختلال شود که درنتیجه آن اندازه پودر به‌دست‌آمده می‌تواند محدود و دستخوش تغییر گردد.

خرید انواع پودرهای فلزی

مجموعه فرآورده‌های متالورژی پودری سهند ارائه دهنده پودر انواع فلزات با بهترین سطح و بالاترین کیفیت است. استفاده از دانش فنی بالا و تکنولوژی به‌روز در کنار تجربه تخصصی باعث شده تا محصولات استاندارد و باکیفیتی عرضه کنند. قیمت‌های ارائه شده نیز نسبت به شرکت‌های دیگر پایین‌تر و رقابتی‌تر هستند.

فرآورده‌های متالورژی پودری سهند، با بهره‌گیری از تجهیزات پیشرفته ازجمله کوره ذوب القایی، کوره ذوب دوار و تجهیزات خشک‌کن پودر، در دنیای صنعتی متالورژی پیشتاز محسوب می‌شوند. این مجموعه فناور به دلیل داشتن واحد‌های تولید قطعه با استفاده از تکنولوژی پرس‌کاری، واحد سینترینگ با روش تف جوشی و قالب‌سازی، توانسته است خدمات خود را به شرکت‌ها و صنایع مختلف در سراسر ایران ارائه دهد.

این توانمندی باعث می‌شود که نیازهای بازارهای داخلی را از طریق تولید مستقیم فرآورده‌های متالورژی پودری که باکیفیت بالا و استانداردهای معتبر تولید می‌شوند، برطرف نمود و به شکل قابل‌توجهی از محصولات متالورژی پودری خارجی مستقل گردد.