ميتالورجيا المساحيق

دمج المسحوق

الدمج يتضمن تطبيق الضغط على المسحوق للوصول للشكل المطلوب. ويمكن أن يتم ذلك إما عن طريق تطبيق الضغط المحوري مباشرة ( الدمج التقليدي " الطريقة التقليدية " ) أو عن طريق الضغط الهيدروستاتيكي من جميع الاتجاهات ( الدمج متوازن التضاغط ). الطريقة الأخيرة تضمن توزيع الكثافة بانتظام على الجسم بعد عملية الدمج.

ثانياً : الدمج متوازن الضغط

الدمج متوازن الضغط يتضمن تطبيق الضغط من كل الاتجاهات لتحقيق أكبر قدر من التماثل في توزيع الضغط والكثافة مقارنة بالضغط المحوري ( الطريقة التقليدية ). فهذا الأسلوب مفيد للأجزاء الهندسية المعقدة والنسبة الكبيرة للقطر بالنسبة للارتفاع. فالمساحيق يتم وضعها في قالب مرن ، ويتم استخدام المكبس الهيدروليكي لتحقيق عملية الضغط. الدمج متوازن الضغط يمكن إجراءه تحت الظروف الباردة أو الساخنة.

أ- الدمج متوازن الضغط تحت الظروف البادرة

يتضمن إجراء العملية في درجة حرارة الغرفة. فالقالب يتم صنعه من المطاط أو نيوبرين ( نوع من المطاط الصناعي ) أو يوريتان أو أي مادة مرة أخرى ، ويُملاً بالمسحوق المخلوط ويوضع داخل حجرة صغيرة مغلقة. يُضغط الماء أو الزيت حول القالب فيؤدي إلى الضغط المتوازن المطلوب. ويجب أن يكون الحجم الأولي للقالب كبير للسماح له بالانكماش أثناء عملية الضغط. ويمكن استخدام العينات الجوفية الصلبة مع الأجزاء المجوفة كما في الشكل. فالضغط يترواح من 400 ميجا بسكال ليصل إلى 1000 ميجا بسكال. الأدوات تكون أقل تكلفة من المنتج الصغير حجماً نسبياً وللعدد المحدود من المنتجات.

ب- الدمج متوازن الضغط تحت الظروف الساخنة

يُنفذ في درجات الحرارة العالية والضغوط العالية. فيتم صنع القوالب كسبولات صفائح معدنية لكي تتحمل درجات الحرارة العالية ، الغاز الخامل هو الذي يقوم بعملية الضغط المتوسطة ( " الأرجون " هو الأكثر شيوعاً ) لتجنب التفاعل الكيميائي مع المادة. بعد عملية التكثيف يتم خلق الكبسولة المعدنية. الميزة الأساسية لهذا الأسلوب هو القدرة للوصول إلى الكثافة الكاملة للمنتج ، وبالتالي إنجاز الضغط والتلبد يُعد مرحلة واحدة. لذلك العملية غالية نسبياً ومحددة للأشكال البسيطة نسبياً. لذلك الاستخدام الأساسي لهذه العلمية هو إنتاج أجزاء السبائك الفائقة في صناعات الفضاء الجوي.

ثالثاً : صب المسحوق بالحقن

مساحيق المعادن الناعمة جداً ( < 10 ميكرومتر ) والخزف يُمكن أن يُدمج عن طريق الصب بالحقن مثل البلاستيك. فالمساحيق يتم مزجها مع مواد رابطة وتـُحقن في تجويف القالب بعد التسخين إلى درجة حرارة الصب. وعندما يُبرد المنتج يُزال من القالب ، وتـُزال المادة الرابطة باستخدام التقنيات الحرارية أو المذيبات ، ويكون المنتج جاهز لعملية التلبد. المادة الرابطة تعمل بمثابة الناقل للجسيمات لتوفير تدفع ملائم ( كافي ) أثناء عملية الصب. فمواد الربط الملائمة هي الفينول ( البوليمرات الحرارية ) والبولي إيثيلين ( البوليمرات البلاستيك الحراري ) والماء والجل أو الشموع. البوليمرات الأكثر تكراراً في استخدام المواد الرابطة. فعملية صب المسحوق بالحقن ليست فعالة من حيث التكلفة مقارنة بالدمج التقليدي للأشكال البسيطة المتماثلة حول محور معين. فهذه الطريقة هي الأكثر اقتصاداً للسمك الصغير ( في نطاق 5 مم ) ولارتفاع معدل إنتاج التشكيلات المعقدة. المنتجات النموذجية هي مكونات في الساعات والأسلحة والسكاكين الجراحية وقطع الغيار الصغيرة للسيارات.

رابعاً : درفلة المسحوق

المساحيق يـُمكن أن تـُضغط بين درفيلين ( عجلتين ) في عملية الدرفلة لكي تكون الأشرطة المعدنية الخضراء الطويلة التي يُمكن أن يتم تغذيتها مباشرة في فرن التلبد. وهذه العملية تسمى " دمج الدرفلة ". سرعة الدرفلة يمكن تطبيقها من 0.5 م / ثانية. المنتجات النموذجية هي شرائط الصفائح المعدنية للمكونات الكهربائية والالكترونية والقطع النقدية.

خامساً : بثق المسحوق

المساحيق يمكن أيضاً أن تدمج عن طريق عملية البثق لإنتاج الأجزاء الطويلة ذات المساحات المختلفة في زيادة الكثافة في الضغوط العالية. فدوران الولب ( الرفاص ) مع السخانات يشبه هؤلاء المُستخدمين في بثق البلاستيك فيمكن  الاعتماد عليه. المواد الرابطة مثل الماء أو المواد العضوية تـُضاف لكي توفر اللدونة الملائمة لإجراء عملية التشكيل.

المعادن الفخارية

المعادن كالفضة والبرونز والنحاس والذهب تـُحول إلى معادن تسمى المعادن الفخارية. وتستخدم هذه المواد من قبل الفنانين أو تجار الذهب لصنع التحف الفنية في محيط المنزل أو الاستديو. فعندما تـُسخن تحترق المادة الرابطة وفيُلبد مسحوق المعادن الخزفية. ويُمكن أن يتم تسخين المعدن الطيني للفضة والذهب في فرن عادي في حين أن معظم المعادن الطينية الأساسية يجب أن تـُسخن في مناخ خفض باستخدام الكربون النشط لمنع الأكسدة من تعطيل التلبد السليم.

تقنيات آخرى

أسلوب أخر لإنتاج المسحوق عن طريق نافورة ( انبثاق ) سائل معدني ليتقاطع بالسرعة العالية للماء الذري الذي يحول النافورة إلى قطرات ويبرد المسحوق قبل أن يصل إلى نهاية الصندوق ( القالب ). وهذا ما يُسمى ترذيذ المياه. والميزة في هذه العملية أن المعدن يتصلد أسرع من الطريقة باستخدام الغاز حيث التوصيل الحراري للماء أعلى بمقدار عن التوصيل الحراري للغاز. وحيث أن معدل التصلد يتناسب عكسياً مع حجم الجزيئات ، فالجزيئات الصغيرة يتم صنعها بطريقة ترذيذ الماء. وكلما كانت الجزيئات أصغر كلما زاد التجانس بين هيكلها.