متالورژی پودر

تاریخچه

تاریخچه متالورژی پودر و هنر فلزکاری و سرامیک پزی با یکدیگر مرتبط می‌باشند. یکی از قبایل باستانی آمریکا، اینکاها، جواهرات و اشیائی از پودر فلزهای قیمتی ساخته بودند که نشان از باستانی بودن روش متالورژی پودر می‌باشند.
حتی با همه کشفیات مهم، متالورژی پودر از اختراعات مهم می‌باشد زیرا سال هاست که جامدات و مصنوعات فلزی از پودرهای فلزی ساخته می‌شود. این فرایند در اروپا در اواخر قرن ۱۸ برای شکل‌دادن پلاتین به صورت قطعات سودمند به کار رفته‌است. در حال حاضر این فرایند برای ساخت قطعاتی به وزن حداکثر ۳۵۰ پوند به کار می‌رود. حدود ۱۶۰۰ سال پیش، ستون آهنی معروف واقع در دهلی هندوستان به وزن ۵/۶ تن از ذرات آهنی یا آهنی اسفنجی شبیه به آهن مورد استفاده در فرایند جدید، ساخته شد.
متالورژی پودر بخشی کوچک ولی بسیار مهم از صنایع فلزگری می‌باشد. اولین کاربرد متالورژی پودر برای تولید پلاتین با دانسیته کامل بود که در قرن ۱۹ میلادی صورت گرفت چون در آن زمان امکان ذوب پلاتین به دلیل نقطه ذوب بالا وجود نداشت. در اوایل قرن بیستم فلزهای دیر گدازی مانند تنگستن، مولیبدن توسط روش متالورژی پودر شکل داده شدند. کاربیدهای سمانیت و یاتاقانهای برنزی متخلخل نسل بعدی قطعات متالورژی پودر بودند. به این صورت قطعات متالورژی پودر در انواع صنایع مانند لوازم خانگی، اسباب بازی‌سازی و الکترونیک کاربرد پیدا نمود. آخرین کاربردهای قطعات متالورژی پودر در صنایع خودروسازی می‌بود که موازی با رشد صنایع اتومبیل‌سازی رشد نمود به صورتی که امروزه بقای صنعت متالورژی پودر در کشورهای صنعتی بسیار وابسته به صنعت خودروسازی می‌باشد.
در اوایل قرن بیستم فلزهای دیرگدازی مانند تنگستن، مولیبدن توسط روش متالورژی پودر شکل داده شدند. کاربیدهای سمانیت و یاتاقان‌های برنزی متخلخل نسل بعدی قطعات متالورژی پودر بودند. به این صورت قطعات متالورژی پودر در انواع صنایع مانند لوازم خانگی، اسباب بازی‌سازی و الکترونیک کاربرد پیدا نمود.
نخستین کاربرد جدید فرایند متالورژی پودر، ساختن فیلامنت برای لامپ‌ها بود. نخستین فیلامنت فلزی موفقیت‌آمیز از تانتالم ساخته شد ولی با کشف کولیج (Coolidge) در سال ۱۹۰۹ کشف تنگستن زینتر شده از پودر تنگستن می‌توانست در فاصله حرارتی معینی کار کرده و قابلیت انعطاف را در درجه حرارت اتاق حفظ کند، مهم‌ترین ماده فیلامنتی شد.
در سال‌های ۱۹۵۰–۱۹۶۰ روش‌های نوین مانند فُرج پودر و ایزو استالیک گرم در صنعت متالورژی پودر بکار گرفته شد. این روش‌ها با تولید قطعات با دانسیته بالا توان رقابتی قطعات متالورژی پودر را افزایش دادند. آخرین کاربردهای قطعات متالورژی پودر در صنایع خودرو سازی می‌بود که موازی با رشد صنایع خودروسازی رشد نمود به صورتی که امروزه بقای صنعت متالورژی پودر در کشورهای صنعتی بسیار وابسته به صنعت خودروسازی می‌باشد.

روند استفاده از روش متالورژی پودر

نگرش متالورژی پودر به قطعه‌سازی با روش‌های سنتی تولید قطعات (مانند تراشکاری و فرزکاری) متفاوت بوده و در این تکنولوژی توزیع فازها و ریزساختارها قابل کنترل می‌باشد. دامنه استفاده از متالورژی پودر بسیار گسترده بوده و در این رابطه کافی است به زمینه‌هایی چون تولید رشته‌های لامپ، بوش‌های خود روان‌ساز، متعلقات جعبه دنده خودرو. اتصالات الکتریکی، پیل‌های سوخت نیروگاه‌های هسته‌ای، اجزاء ترمیمی ارتوپدی، صافی‌های دما بالا، مواد ضد سایش، اشاره شود.
متالورژی پودر فرایند قالب‌گیری قطعات فلزی از پودر فلز توسط اعمال فشارهای بالا می‌باشد. پس از عمل فشردن و تراکم پودرهای فلزی، عمل تف جوشی در دمای بالا در یک اتمسفر کنترل شده، انجام پذیرفته که در آن فلز متراکم، جوش خورده و به صورت ساختمان همگن محکمی پیوند می‌خورد.
با توجه به گفته‌های بالا تکنیک برتر در متالورژی پودر از mim می‌توان نام برد.
در روش MIM قطعاتی که تحت اعمال فشار شکل‌پذیر نیستند، به صورت تزریق پودرو پلیمر شکل می‌گیرد.

کاربرد

متالورژی پودر تکنولوژی است، پویا که در طول سال‌ها عوامل مؤثر بر این فناوری بهبود داده شده‌اند. تکنیک این فرایند در شکل‌دادن فلزات با قابلیت انعطاف کم و نقطه ذوب بسیار بالا مانند تنگستن و بسیاری از فلزات دیرگداز دیگر نیز بسیار سودمند و ثمر بخش است. امروزه موارد استفاده اصلی این فرایند را به پنج قسمت تقسیم می‌کنند:

آلیاژ کردن فلزهای غیرقابل آلیاژ

عدهای از فلزات را که در حالات جامد با مایع بطور دو جانبه محلول نیستند می‌توان به وسیلهٔ این فرایند با یکدیگر ترکیب کرد. این برای صنعت برق که در آن جاروبک‌های موتور از پودرهای مس و گرافیت و نیکل یا تنگستن و مس استفاده می‌شود، اهمیت بسزایی دارد.

ترکیب کردن فلزها و غیرفلزها

نمونه‌های از ترکیبات فلز- غیر فلز عبارت اند از:
مواد اصطکاکی ساخته شده از مس، آهن، یاتاقان‌های بدون روغنکاری ساخته شده از آهن و تفلون و ترکیبات فلز- سرامیک بسیار مقاوم به گرما مانند (AL2o3). ترکیب فلز- سرامیک معمولاً بنام سرمیت معروف است و موارد استفاده زیادی در پمپ‌های مخصوص عملیات سخت و تجهیزات انرژی هسته‌ای پیدا کرده‌است.

ترکیب کردن فلزهای دارای نقطه ذوب بالا با یکدیگر برای ریخته‌گری

نقاط ذوب فلزاتی نظیر تنگستن و مولیبدن بسیار بالا است، به همین جهت ذوب و ریخته‌گری آن‌ها بسیار دشوار می‌باشد، در صورتی که همین فلزات به وسیلهٔ تکنیک‌های فلز پودر در پایین‌تر از نقاط ذوب زینتر می‌شوند. متراکم کردن و زینتر کردن فلزات پودر تنها روشی است که به وسیلهٔ آن‌ها می‌توان مواد و اکسیدهای زینتر شده را ساخت.

ساخت فلزات برای خواص مکانیکی بی‌نظیر

یکی از خصوصیات بی‌نظیر فرایند متالورژی پودر این است که به وسیلهٔ آن می‌توان یاتاقان‌هایی تولید کرد که به خودی خود روغن کاری می‌شوند و دارای شبکه خلل و فرج بهم پیوسته که با ماده روغن کاری پر می‌شود. صافی‌های متخلخل نیز که برای نفوذ، جدایش و تنظیم جریان سیال بکار می‌روند، به وسیلهٔ این فرایند ساخته می‌شوند. یکی از خصوصیات مطلوب و منحصر به فرد قطعاتی که به وسیلهٔ این فرایند تولید می‌شود این است که از شدت و قدرت ارتعاش می‌کاهد.

تولید اقتصادی قطعات ظریف و دقیق

برای تولید قطعات اقتصادی و همچنین قطعاتی که از حساسیت بسیار بالای برخوردار هستند از این فرایند استفاده می‌شود. متالورژی پودر روش بسیار خوبی برای تولید اقتصادی بوش‌ها، بادامک‌ها، چرخ دنده‌ها و سایر قطعات می‌باشد.