مقاله بررسی متالورژي پودر

دسته بندي : فنی و مهندسی » صنایع
مقاله بررسي متالورژي پودر در 48 صفحه ورد قابل ويرايش

فهرست مطالب

پيشگفتار ?
مقدمه ?
?-?- روشهاي مکانيکي توليد پودر ??
?-?-?- روش ماشين کاري ??
?-?-?- روش خرد کردن ??
?-?-?- روش آسياب ??
?-?-?- روش ساچمه اي کردن ??
?-?-?- روشدانه بندي باگرانوله کردن ??
?-?-?- روش اتمايز کردن ??
?-?-?- توليد پودر با روش مانسمن ??
توليد پودر به روش شيميايي ??
?-?-? روش احياء ??
?-?-? روش رسوب دهي ( ته نشين سازي از مايع) ??
?-?-?- روش تجزيه گرمايي ??
?-?-?- روش رسوب از فاز گازي ??
?-?-?- روش خوردگي مرزدانه ها ??
توليد پودر به روش الکتروليتي ??
توليد پودر به روش پاشش ??
?-?-?- پاشش با گاز ??
?-?-?- پاشش آبي ??
?-?-?-پاشش گريز از مرکز ??
?-? : ريخته گري دوغابي يا Slip Casting 29
تراکم با سيستم چند محوري ??
تراکم در قالبها ??
?-?-?- متراکم کردن با لرزاندن ( ويبره اي ) ??
?-?-?- متراکم کردن سيکلي ( نيمه مداوم) ??
?-?-?- متراکم کردن به روش ايزواستاتيک ??
?-?-?- متراکم کردن با نورد ??
?-? : تزريق در قالب يا injection molding 42
مواد آلي افزودني ??
مخلوط کردن ذرات پودر با مواد آلي ??
نحوه تزريق در قالب ??
محدوديتهاي روش تزريق ??
کاربرد کاربيد سمانته شده ??
II- الماس مصنوعي ??
توليد ابزار از الماس مصنوعي ??
III- توليد ياقاقانهاي خود روغن کار ??
آناليز شيميايي ياتاقانهاي خود روغن کار ??
ياتاقانهاي برنزي زينتر شده ??
iv- توليد پودر براي روکش الکترودها ??
روکش الکترودها ??
کنترل خواص سرباره ??
کيتفيت رسوب جوش ??
قابليت چسبندگي با اکستروژن ??


پيشگفتار:

يكي از شاخه‌هاي علم متالورژي كه دز سالهاي اخير رشد زيادي يافته است. متالورژي پودر است. البته قدمت توليد قطعات با پودر به پنج هزار سال و بيشتر مي رسد. يكي ديگر از دلايل توسعه متالورژي پودر اين است كه در روش مزبور فلز تلف شده به مراتب كمتر از ساير روشهاست و حتي مي توان گفت وجود ندارد. سرمايه گذاري در صنعت متتالورژي پودر نيز،‌كمتر از سرمايه گذاري براي روشهاي كلاسيك ساخت قطعات است. زيرا در مرحله هم جوشي ، درجه حرارت لازم كمتر از درجه حرارت ذوب فلزات است و در نتيجه، كوده هاي مورد احتياح ارزانتر اند.

دامنه استفاده از متالورژي پودر بسيار متنوع و گسترده بوده و در اين رابطه كافي است به زمينه هايي همچون توليد رشته هاي لامپها، بوش هاي خود روانساز، متعلقات گيربكس اتومبيل، اتصالات الكتريكي، مواد ضد سايش قطعات توربين و آمالگم هاي دندانپزشكي اشاره شود. علاوه بر آن پودر فلزات در موارد و كاربردهايي چون صنايع رنگ سازي مدارهاي چاپي، آردهاي غني شده مواد منفجره، الكترود هاي جوشكاري، سوخت راكت ها، جوهر چاپ، باطري الكتريكي قابل شارژ، لحيم كاري و كاتاليزورها مورد استفاده قرار مي گيرند.

متالورژي پودر در ابتدا فلزات معمول، همچون مس و آهن شروع شد ولي لانه استفاده از عمل آن به فلزات غير ديگر نيز سرايت كرد. كاربردهاي جديد تري براي متالورژي پودر به دنبال داشت. بطوريكه از آغاز دهه 1940 بسياري از قطعات فلزات غير معمول از طريع اين تكنولوژي تهيه شدند. در اين گروه مواد مي توان از فلزات دير گداز مانند نايوبيم، تنگستن، موليبدن، زير كنيم، تيتانيم، رنيم و آلياژهاي آنها نام برد. همچنين تعدادي از مواد هسته اي و تركيبات الكتريكي و مغناطسسي نيز با تكنيك هاي متالورژي پودر تهيه شدند. هر چند موفقيت اوليه متالورژي پودر بيشتر مديون مزاياي اقتصادي آن است. ولي در سالهاي اخير ساخت قطعاتي كه توليد آنها با روشهاي ديگر مشكل مي باشد در گسترش اين تكنولوژي سهم چشمگيري داشته است. انتظار مي رود كه اين عوامل در جهت بسط متالورژي پودر و ابداع كاربردهاي آتي آن دست به دست هم داده و دست آودرهاي تكنولوژيكي تازه اي را به ارمغان آورند. تداوم رشد متالورژي پودر را ميتوان به عوامل پنجگانه زير وابسته دانست:

الف) توليد انبوه قطعات سازه اي دقيق و با كيفيت بالا كه معمولاً‌بر بكارگيري آلياژهاي آهن مبتني مي باشند.

ب ) دستيابي به قطعاتي كه فرايند توليد آنها مشكل بوده و بايد كاملاً فشرده و داراي ريز ساختار يكنواخت ( همگن) باشند.

پ ) ساخت آلياژهاي مخصوص،‌عمدتاً مواد مركب محتوي فازهاي مختلف كه اغلب براي شكل دهي نياز به بالا توليد مي شوند.

ت) مواد غير تعادلي از قبيل آلياژهاي آمورف و همچنين آلياژ هاي ناپايدار.

ث ) ساخت قطعات پيچيده كه شكل و يا تركيب منحصر به فرد و عير معمول دارند

متالورژي پودر روز به روز گسترش بيشتري يافته و بر ميزان پودر توليدي به طور پيوسته افزوده، بطوريكه پودر آهن حمل شده از آمريكا از سال 1960 تا 1978 ميلادي به ده برابر افزايش يافته است. هر چند در سالهاي اخير آهنگ رشد اين تكنولوژي چندان پيوسته نبوده، ولي مجموعه شواهد دلالت بر گستردگي بيشتر آن، در مقايسه با روشهاي سنتي قطعه سازي دارد. باز خوردهاي دريافت شده از مهندسين طراح نشان مي دهد كه هر چه دانش ما در متالورژي پودر افزودن تر مي شود، دامنه كاربرد اين روش نيز گسترش بيشتري مي يابد. اغلب دست آوردهاي نوين اين زمينه صنعتي بر قابليت آن در ساخت،‌ مقرون به صرفه قطعات با شكل و ابعاد دقيق مبتني است.


مقدمه

در قرن بيستم و در سالهاي اخير، تكنيك متالورژي پودر بطور جدي تر،‌ مورد توجه قرار گرفته و جاي خود را به اندازه كافي در صنعت باز كرده است بطوري كه در حال حاضر مي توان آن را به عنوان يكي از تكنيك هاي جديد متالورژي به حساب آورد. البته قدمت توليد قطعات با پودر به بيش از پنج هزار سال پيش مي رسد، درآن زمان كوره هايي كه بتوانند حرارت لازم را براي ذوب فلزات ايجاد كند، وجود نداشتند. روش معمول، احيا سنگ معدن با ذغال چوب بود و محصولي كه به دست مي آمد نوعي فلز اسفنجي بود كه در حالت گرم با چكش كاري امكان شكل دهي مطلوب داشت.

هم اكنون، ستوني آهني با وزني حدود شش تن در شهر دهلي وجود دارد كه در هزار وششصد سال پيش با همين روش تهيه شده است . در اواخر قرن هيجدهم و لاستون

( wollaston ) كشف كرد كه مي توان پودر فلز پلاتين را كه در طبيعت به صورت آزاد شناخته شده بود، پس از تراكم و حرارت دادن، درحالت گرم با چكش كاري شكل داد. ولاستون جزئيات روش خود را درسال 1829 منتشر كرد و اهميت فاكتورهاي نظير اندازه دانه ها، متراكم كردن پودر با وزن مخصوص بالا و اكتيويته سطحي و غيره.. را توضيح داد.

همزمان با ولاستون وبطور جداگانه متالوريست بر جسته روسي پيومتر زابولفسكي

( pyotrsobolevsky ) در يال 1826، از اين روش براي ساختن سكه ها و نشان ها از جنس پلاتين استفاده كرد. در نيمه دوم قرن نوزدهم، متخصصين متالورژي به روشهاي روب فلزات با نقطه روب بالا دست يافتند و همين مسئله باعث شد كه مجدداً استفاده از متالورژي پودر محدود شود،‌ هر چند تقاضا براي توليد قطعاتي مانند تنگستن از طريق متالورژي پودر فلز، تلف شده به مراتب كمتر از ساير روشهاست و حتي مي توان گفت وجود ندارد. دراين مورد، بطوري كه تجربه نشان مي دهد،‌ هر يك كيلوگرم محصول ساخته شده باروش متالورژي پودر، معادل است با چند كيلو گرم محصول ساخته شده با ساير روشهاي شكل دادن نظير برش و تراشكاري، چون در روشهايي نظير تراشكاري مقادير زيادي از فلزبه صورت براده در مي آيد كه تقريباً غير قابل استفاده است. علاوه بر آن يك كيلو گرم از مواد ساخته شده بوسيله روشهاي متالورژي پودر مي تواند كار ده ها كيلو گرم فولاد آلياژي ابزار را انجام دهد.

3-1- فصل سوم:

توليد پودر به روش الكتروليتي :

تحت شرايط مناسب مي توان پودر فلزات را بر روي كاتد سلول الكتروليز رسوب داد. پودر خالص فلزات تيتا نيوم، مس،آهن و برليم نمونه هايي از پودرهاي توليد شده با روش اخير مي باشد.

انحلال در سطح آند و ايجاد رسوب پودري در كاند انجام مي گيرد. انتقال يونها در الكتروليت منجر به توليد شد پودري با درجه خلوص بالا در سطح كاتد مي شود كه پس از جمع آوري،‌ آسياب و نهايتاً براي كاهش سختي كرنشي ايجاد شده در آن تحت عمل آنيلينگ قرار مي گيرد. نيروي محركه توليد پودر در اين روش ولتاژ خارجي اعمال شده بردو قطب الكتروليز بوده و جمع آوري پودر از سطح كاتد با نشستن سطح آن و خشك كردن رسوب حاصله عملي مي شود. پودر توليد شده به روش الكتروليتي معمولاً شاخه اي و يا اسفنجي بوده و ويژگيهاي آن تابع شرايط حمام درحين رسوب و همچنين عمليات بعدي انجام گرفته بر روي پودر مي باشد.

بالا بودن دانسيته جريان خارجي،‌ كم بودن غلظت يوني در محلول الكتروليت و اسيدي بودن آن و همچنين افزايش مواد كلوئيدي به حمام به توليد پودر اسفنجي كمك مي كند. دماي حمام در شرايط كار در حدود 60 درجه سانتيگراد بوده و از الكتوليت با گران و سيكوزيه بالا استفاده مي شود. از بهم زدن الكتروليت نيز پرهيز مي شود تا رسوب ايجاد شده بر سطح كاتد حتي الامكان باشد.

هر چند الكتروليز براي توليد پودرهاي با درجه خلوص بالا روشي شناخته شده مي باشد ولي انجام آن مشكلاتي را نيز به همراه دارد. تركيب شيميايي حمام الكتروليت بسيار حائز اهميت بوده و ناخالصي هاي موجود در آن مي تواند رسوب پودر بر سطح كاتد را با وقفه مواجه سازد. علاوه بر اين روش مذكر تنها براي توليد پودرهاي فلزي( غير آلياژي ) قابل استفاده مي باشد. همچنين تميز كردن و آماده سازي پودر توليد شده براي فرايند هاي بعدي مي تواند هزينه توليد را به ميزان زيادي افزايش دهد.


4-1- فصل چهار:

توليد پودر به روش پاشش

4-1-1- پاشش با گاز

بكارگيري هوا، ازت، هليم و آرگون بعنوان سيالات متلاشي كننده جريان مذاب در توليد پودر فلزات و آلياژها از كار آيي چشمگيري برخوردار مي باشد. جريان فلز ( آلياژ) مذاب در اثر برخورد با گاز منبسط شده اي كه از يك افشانك خارج مي گردد متلاشي شده و در مراحل بعدي به دانه هاي پودر كروي تبديل مي گردد. پاشش گازي براي توليد پودر سوپر آلياژ ها و مواد پر آلياژ روشي ايده آل و شناخته شده مي باشد.

طرحهاي گوناگون مورد استفاده تابعي از مكانيزم تغذيه فلز مذاب و پيچيدگي تجهيزات ذوب و جمع آوري پودر مي باشد، ولي ويژگي مشترك همه اين روشها انتقال انرژي از يك گاز سريعاً منبسط شونده به جريان مذاب و تبديل آن به دانه هاي پودر است. افشاننده هاي با دماي كم داراي طرح افقي مطابق شكل11 مي باشند. و گاز داراي سرعت بالا كه از يك افشانك خارج مي گردد فلز مذاب را به منطقه انبساط گاز مي كشاند. سرعت زياد گاز باعث توليد جرياني از قطرات ريز مذاب شده كه در حين حركت در محفظه جمع آوري پودر سرد و منجمد مي گردند.

روش پاشش براي فلزات با نقطه ذوب بالا در محفظه بسته اي كه با گاز خنثي پر شده انجام مي گيرد تا از اكسيد اسيدن دانه هاي پودر جلوگيري شود. اندازه محفظه ( تانك) پاشش بايد به نحوي انتخاب شود كه دانه هاي پودر پيش از برخورد به ديواره هاي آن بصورت جامد در آيند. در چنين سيستمهايي مذاب در كوره القايي تحت خلاء، تهيه و به افشانك ريخته مي شود. دماي فوق ذوب تا حد قابل ملاحظخ اي بابد بجاي افشانك مدور مي توان از افشانكهاي چند گانه كه بصورت محيطي جريان مذاب را احاطه كرده اند، استفاده نمود. گاز پاشش مذاب بايد از محفظه توليد پودر تخليه شود تا از ايجاد فشار جلوگيري شود.

در حاليكه در سيستم پاشش افقي اينكار بوسيله فيلتر تعبيه شده در بدنه دستگاه، كه نقش جمع آوري پودر را نيز بعهده دارد، انجام مي شود. درتجهيزات پاشش قائم گاز بكار گيري سيلكون، تخليه و در صورت نياز بازيابي شده و دانه هاي ريز پودر نيز از آن جدا مي شوند.

پاشش گازي را مي توان تحت شرايط كاملاً خنثي انجام داد. از اين توليد پودر هاي پر آلياژ با تركيب آلياژي دست نخورده ( كنترل شده ) با اين روش امكان پذير مي باشد. دانه هاي پودر حاصل از فرايند، كروي و توزيع دانه بندي آنها نسبتاً گسترده مي باشد متغيرهاي كنترل كننده فرايند نسبتاً زياد و شامل نوع گاز، سرعت گاز، شكل افشانك و دماي گاز مي باشد.


2-4-1- پاشش آبي

پاشش آب متدوالترين فرايند براي توليد پودر فلزات و آلياژ هاي با نقطه ذوب پايينتر از 1600 درجه سانتيگراد مي باشد. جهت دهي آب به سمت مسير مذاب را مي توان با استفاده از افشانك حلقوي، چند تايي و يا منفرد عملي نمود. اين فرايند مشابه پاشش گازي مي باشد. با اين تفاوت كه سرعت انجماد در اين مورد بيشتر و ويژگيهاي عامل متلاشي كننده مذاب نيز با حالت پيشين متفاوت مي باشد.

در پاشش آبي شكل دانه هاي پودر ، به علت انجماد سريعتر در مقايسه با روش گازي، نامنظم تر بوده و بعلاوه سطح دانه ها ناصاف تر و اكسيد اسيون آنها نيز بيشتر است. با توجخ به انجماد نسبتاً سريع دانه ها كنترل شكل آنها در صورتي امكان پذير خواهد بود كه دماي فوق ذوب در حد قابل ملاحظه اي بالا شد.

3-4-1-پاشش گريز از مركز

نياز به كنترل اندازه دانه هاي پودر و همچنين اشكالات موجود در توليد پودر فلزات فعال منجر به توسعه و بكارگيري اين روش پاشش شده است. در افشانك مختلفي كه بر مبناي اعمال نيروي گريز از مركز بر مذاب بنا شده اند، نيرو باعث پرتاب قطرات مذاب و انجماد آنها بصورت پودر مي گردد. يكي از نمونه هاي بكار گيري اين روش، روش الكترود چرخان است كه در توليد پودر فلزات فعال مانند زير كنيم، وم همچنين سوپر آلياژ ها بكار گرفته مي شود،‌

1-2 : ريخته گري دوغابي يا Slip Casting

از اين روش بطور وسيع براي سراميكها و در مقياس كمتر براي فلزات استفاده مي شود. مواد ذيل براي ريخته گري لازم است:

1- پودر فلز يا سراميك

2- مايع براي معلق نگهداشتن ذرات ( آب الكل)

3- مواد افزودني براي جلو گيري از ته نشيني ذرات و چسبنده ها

دراين روش معمولاً‌ ذرات از 5 ميكرو است ( از ذرات بزرگتر از 20 ميكرومتر به علت سرعت ته نشين زياد به ندرت استفاده مي شود) با كمك افزودني ها از ته نشيني ذرات بطور سريع جلو گيري بعمل مي آيد و عمل فشرده شدن در ريخته گري دوغابي يكنواخت مي شود. مواد پس از آماده شدن در قالبي كه از مواد جذب كننده مايع ( مثل پلاستر پاريس ) ساخته شده است رسخته مي شود، معمولاً چندين ساعت وقت لازم است تا مايع از خلل و فرج مويي (‌ Capillary ) شكل قالب خارج شود و مواد متراكم شده از قالب بيرون آيد.

قبل از زنيترتيگ قطعه متراكم شده بايد خشك شود تا رطوبت بطور كامل از آن خارج و سپس زينتر شود. با اين روش قطعات با تخلخل كم و يا زياد مي توان توليد كرد اما وزن مخصوص قطعه متراكم شده در اين روش پايين است و در زنيترتيگ انقباض زياد تري لازم است تا به وزن مخصوص بالاتر برسد.