مسحوق المعادن
بداية استخدم مسحوق المعادن ليحل محل صب المعادن التي كان يصعب اذابتها صناعيا بسبب درجة ذوبانها العالية. في الحقيقة كانت بداية صناعة الحديد تعتمد على استخدام الضغط للحام جزيئات الحديد الصلب المنتجة بواسطة تخفيض في موقد بدائى.يبدو ان التطبيق الأول لميتالورجيا المساحيق قد ظهر في صنع سبائك البلاتين خلال القرن الماضى ولكن لم تستمر حتى السنوات الاولى من القرن الحالى الذي حدث فيه تطور خطير للعملية وضح في انتاج سبائك السينتريد تنجستين لصناعة سلك كهربائى لخيوط الضوء.ومن ثم ظهرت صناعة مواد الكربيد الملبدة في عام 1914م واليوم عدد منتجات ميتالورجيا المساحيق كبيرلدرجة انه يمكن اعتبار هذا الفرع من الميتالورجيا صناعة في بحد ذاته. لم تعد عمليات ميتالورجيا المساحيق تقتصر على معالجة المواد ذات المقاومة العالية للحرارة ولكنها امتدت لتشمل صناعة السبائك التي يمكن ان تنتج أيضا عن طريق وسائل أكثر تقليدية السبائك المغناطيسية تصنع بواسطة سباكتهم إلى اشكال ولكن السائك المتفوقة المغناطيسية تصنع بواسطة ميتالورجيا المساحيق بينما في صب المعادن يعتبر ظهور اى مسامية داخلية عيبا خطيراََ تكون درجة التحكم في المسامية الداخلية في العديد من منتجات ميتالورجيا المساحيق. اذا تعرض مسحوق معدنى لضغط عالى بمافيه الكفاية تحدث درجة من الترابط بين الجزيئات حتى في درجة حرارة الغرفة ويتم انتاج كتلة متماسكة .تسخين الكتلة المضغوطة يعمل على تحسين الترابط بين الجزيئات بواسطة تعزيز نمو الحبيبات وانتشارها.درجة الحرارة المستخدمة عادة في مكان ما تكون فوق درجة حرارة اعادة تبلور المواد ولكنها تكون اقل من نقطة ذوبانهم لذلك في بعض الحالات درجة حرارة التشكيل لاحدى المواد تتعدى نقطة ذوبانه لذلك فهذه المادة تذوب وبالتالى تصبح مادة رابطة لاجزاء المعادن الاخرى.
المراحل الاساسية في عملية مسحوق المعادن تشمل ذلك:-
الحصول على مساحيق المعادن في درجة مناسبة من صفاء ونقاء. تعريضهم للضغط الكاف في قالب مناسب لاحدات التماسك المطلوب بين الجزيائات. تكلس الكتلة المغوطه عند درجة حرارة عالية بمافيه الكفاية ليحدث انتشار وتكبير لحجم البلورات. التشطيب والتحجيم والتفتيش على المنتج.
ولتصنيع منتج نموذجى من مسحوق المعادن يمكن النظر في المخطط
تصنيع معجون الكربيدات:-
يستخدم معجون الكربيدات في تصنيع ادوات القطع وتتكون من كربيدات التنجستين, التيتانيوم, المولبيدنيوم,والتنتالوم ويوضع الوبالت والنيكل المطيل كمادة رابطة.يتم اختيارالكربيدات المستخدمة,والنسب التي يعملون فيها,لتتناسب مع التطبيق الذي يستخدم الكربيد لاجله. نفرض ان كربيدات التنجستين ربطت مع الكوبالت للتصنيع سوف تتكون المادة الخام من الكربون (في شكل من السناج)بوردرة اكسيد التنجستين و اكسيد الكوبالت.اولا يسخن اكيد الكوبالت واكسيد التنجستين منفصلين في جو من الهيدروجين ليحولهم إلى الحالة المعدنية الجزيئات الناتجة من عملية مساحيق التعدين تكون محصنه ضد عمليات التغير التي من الممكن حدوثها نتيجة الوقت والحرارة.
بعد ذلك يخلط مسحوق التنجستين مع السناج بالابعاد الجزيئية الصحيحة ليكون كربيدات التنجستين,والخليط يسخن في درجة حرارة 1500درجة سيليزية ولمدة ساعتين في جوطبيعى. كتلة كربيدات التنجستين التي تنتج في كرات حديدية تكون نتيجتها حجم جزيئات يساوى 20*10^-6متر.تختلط كربيدات التنجستين الارضية المنتجة اختلاطا وثيقا مع مسحوق الكوبالت حيث جزيئات الكربيدات تصبح مطلية بطبقة من مسحوق الكوبالت التي تزود الترابط الازم خلال مرحلة التكلس اللاحقة. كافور أو شمع البارافين (في مذيب عضوى) تضاف للخليط ,بعد تبخر المذيب حوالى .5او2.5% من الصلب الباقى يتصرف كسائل تزييت.يتم كبس الخليط في اسطمبات من الصلب عند ضغط من 75-450 نيوتن/المليميترتربيع. اصبح الضغط عند 150نيوتن/المليمتر المربع عاديا.الحجم الناتج من الكبس حوالى اتنين او تلاتة من خليط البودر.
1- السحق الميكانيكى:- هذه الطريقة مناسبة للمواد الهشة خلال سحق وطحن خردة الحديد ويمكن ان تستخدم الخراطة أيضا.واخيرا يستخرج المعدن المنتج ويحمل من مطحنة دقق الغاز إلى الفرازة الدوامية حيث مسحوق المعدن يزال ويعاد الجاز إلى مدخلات جان المكبس.
استخدمت هذه العملية وتعديلها لتجهيز مسحوق عدد من المعادن,تشمل النحاس,الزنك,الرصاص ,الالومنيوم,والحديد.يتم رش تيار من المعدن المنصهر في جو من الهواء المضغوط او الغاز الخامل,يجمع المسحوق الناتج بواسطة نظام جامع الاتربة.يكون انتاج الحديد بهذه الطريقة مناسب للمواد الخام لاحتوائه بعض الكربون .لاتمنع هذه العملية اكيدة الحديد بواسطة الاتصال بتيار الهواء,ولكن أول اكسيد الكربون المتكون نتيجة اتصال الكربون بالهواء يساعد على انحلال جزيئات الحديد إلى مربعات وكرات صغيرة.عادة تبرد بودرة الحديد في الماء ومن ثم تسخن في الهيدروجين لازالة الكربون المتبقى ولانتاج بودرة حديد ناعمة.
تطبق هذه الطريقة في حالة مواد مثل الزنك,الكادميوم والماغنسيوم والتي يمكنها الغليان , يتكثف البخار ويتحول إلى مسحوق.
تستخدم عملية الترسيب الكهربائى اساسا لانتاج مسحوق النحاس اللازم لتصنيع محامل-النفط قليلة البرونزية.يتم التحليل الكهربائى بمحلول حمضى من كبريتات النحاس بين النحاس كقطب موجب والالومنيوم كقطب سالب.يتم ضبط اوضاع الكثافة الحالية وتشكيل المنحل بالكهرباء بدلا من الطلاء المتماسك و الحصول على التشجيرات والاسفنج.يستخدم الترسيب الكهربائى للحصول على مسحوق النحاس بتوسع في صناعة محامل-النفط قليلة البرونزية أكثر من انتاج المسحوق باى عملية اخرى.
ذكرت هذه العملية بالفعل في الاتصال بين التنجستين والمعادن المقاومة الاخرى,اكسد المسحوق الذي ينتج بتسخينهم في جو من الهيدروجين.الحديد الاسفنجى السويدى هو أهم مسحوق مستخدم على نطاق واسع في صناعة مكونات قاعدة الحديد.انها منخفضة التكلفة مقبولة النقاء و خصائص صدم جيدة.يخلط خام اكسيد الحديد عالى النفاوة وذا درجة مناسبة من النعومة مع مسحوق الكلور ويسخن. يتحول اكسيد الحديد إلى مسحوق الحديد الذي يكون ناعم كفاية ليكبس مباشرة. 3Fe+4Co =Fe3O4+4C 3Fe+4Co2=Fe3o4+4CO يمكن انتاج مسحوق النحاس بنفس الطريقة بتسخين اكسيد النحاس في تيار من الهيدروجين او في احدى غازات الهيدروكربون. 2Cu+H2O=Cu2O+H2
بعض المعادن تصنع للدمج مع الهيدروجين لتنتج الهيدريدات.هيدريدات التنتالوم , نيوبيم والزيركونيوم ثابتة في درجة حرارة الغرفة,ولكن عند تسخينها لدرجة حرارة 350 درجة سيليزية تبدأ في الانفصال إلى الهيدروجين ومسحوق المعدن النقى.وبالمثل يدمج الحديد والنيكل مع أول اكسيد الكربون وتشكل الكربونيلات التقلبة.يتحلل بخار الكربونيلات في غرفة باردة ويترسب جزيئات من المعدن النقى.هذه الطريقة مفيدة في انتاج النيكل والحديد عالى النقاوة.
يعتمد اختيار صناعة خلط المسحوق بدرجة كبيرة على انواع المساحيق التي سيتم دمجها. يستخدم المضرب البسيط عموما لخلط مسحوق النحاس مع القصدير في صناعة البرونز المكبوس,بينما يكون الخلط قاذف الكرات أكثر فائدة لبعض المعادن.يتكون من وعاء للمعدن يدور على المحور الافقى.تلزم سرعة صغيرة في معظم الخلاطات الدوارة لمنع الجزيئات المختلفة الكثافة من الانفصال بواسطة القوة الطاردة المركزية.عندما لانستطيع تصليد الجزيئات مثل في حالة كربيدات التنجستين وعندما يكون مطلوب مسحوق ناعم مع مسحوق خشن في هذه الحالة يفضل مطحن الكرات.يحمل هذا النوع من خلاط الوعاء الافقى كمية من كرات المعدن تساعد في كبس وخلط الشحنة. تنفصل الكرات من المساحيق المخلوطة بواسطة شاشة اغلاق العيون.أفضل وسيلة للضغط في السرعات العالية هى التزييت الداخلى لخلاط المسحوق ليمنع الاحتكاك بين المسحوق وجدران اداة الضغط.
الأسطح المتلامسه مع بعضها الآخر وقادره على اللحام الواقع عبر المساحة الضخمة للسطح الأمثل وهو ظاهر عند تكملة اللحام . في الحقيقة هذا اللحام البارد يأخذ مكان لتحسين الصدم لجزيئات لجزيئات النحاس الطرى الناتجة بواسطة الضغط المتعادل سوف يملك في الاعتبار القوة ويوضح أنه صعب التفتت. الرابطة للجزيئات المعدنية توزع التلامس على درجة حرارة الغرفة ولا تعتمد على استخدام درجة الحرارة العالية . أكثر المعادن المطروقه سهلة الصدم ,لكن المعادن الصلبه غير مستعدة التشكل لأسطح المعادن الضخمة المثلى القريبة من الجزيئات . والمساحيق المعدنية يجب الحصول عليها في أطرى حال ,عندما يكون الضغط 4نيوتن/مم يجب أن يكون كاف لصدم القصدير ,والضغط الذي أعلى من 775نيوتن/مم يجب ان يتطلب للتنجستين . السطح الكلى الملامسه بينهم .بعد عملية الضغط بعض التجاويف الصغيرة تتبقى, نتيجه للمساميه في أجزاء المعدن . هذه التجاويف تنفع غالبا في إنتاج الزيت(أقل تركيز وتنقيه)
المكابس تستخدم لصدم مساحيق المعدن وهى نوعين,ميكانيكى أو هيدروليكى. المكابس الميكانيكية عادة تشغل بواسطة آداه حركتها دورانيه ,وضعف الضغط النهائى .هى عادة مستحيله لهذا النوع من المكابس . السعه للمكبس الميكانيكى متعدد التوسع بالتطبيقات . وهو عادة يتطلب من 1-4 كيلو نيوتن لتصنيع البرونز, وخلال الساعات 1 ميجا نيوتن أو 5 ميجا نيوتن تستخدم للمعادن الاخرى. أيضا السعات العالية مستحيله للمكبس الهيدروليكى. الدثور على القوالب يستخدم لصدم مساحيق المعدن مستحق الاعتبار . عند مخرج التركيبات تحقق التكلفة العالية الكافيه للمواد وهى تصنع القوالب من كربيد التنجستين ,منذ أن تمتلك خوا صه وهى مقاومه جيده للتآكل وقلة الإحتكاك نسبيآ .صلب السرعات العالية من المواد المفيده جدآ في هذا الخصوص , وايضآ الكميات الضخمة للتركيبات لاتتطلب لذلك استخدام هذه المواد الغاليه إقتصاديآ , وفي مثل الحالات أحد الأثنين كروم عالى أو كربون عالى وصلب الكربون يغطى بكروم صلب ويجب أن يستخدم . مكتب المكابس الدواره عباره عن 12 قالب تجويف أو أكثر.
بعد الضغط في الفحم الحجرى الشكل المطلوب في نهاية تركيب الكتلة المعادن تتكلص . حقآ عملية التكلص تنقسم لمجموعتين: 1)هذه العمليات ولا واحد لصدم المعدن المذابة وفي نمو الحبيبات والانصهار,ياخذوا مكان عبر اسطح اللحام البارد ,الرصاص مناسب للزق الجزيئات في تجاويف وثقوب نوع التركيب. التكلص للتنجستين النقى مثال لهذا النوع من العملية . ((2)العمليات فيها واحد من المعادن المذابه والرشحه الجزيئات للمعادن الأخرى ,وهذه تنتج رابطه معدنيه مستمره . التصنيع لتكلص البرونز يكون مثالى لهذا الجزء من ميتالورجيا المساحيق. درجات حرارة التكلص والأوقات مستحقة الإعتبار بإختلاف المواد0 البرونز المسامى يتطلب معالجه حراريه لمدة دقائق قليله عند 8 درجه سليزيوس ,وعند حديد- أساس الصدم وسمنتد كربيد يتطلب معالجه حراريه لمده أعلى من ساعتين (2-5) درجه سليزيوس. جموح المعادن بلاتين وتنجستين يحتاجوا أيضآ درجات حراره عاليه في هذه المنطقة (3-5) درجه سليزيوس0 التكلص عادة ينفذ في أفران المقاومة الكهربية , خلال الزيت أوالجاز. أحيانآ تستخدم أفران الأشعال.المعالجه للبرونز والتركيبات الشبيهه للسير الحلقى على حسب نوع الفرن.تكلفة العملية والأداء التكنولوجى , وهذا النوع من الأفران يساعد الآخرين في العمل وهو فرن مؤثر يجب أن يكون مناسب إقتصاديآ للنقطه في الجزء , منذ أنجز بسرعه دورة معالجه حراريه قصيره لأرقام ضخمه من الترمات. التكلص يتطلب تحكم تكنولوجى حريص ومعدات مستمره لإنتاج معالجه حراريه موحده
ميتالورجيا المساحيق. عملية التكلص أيضآ من الحتمى أن تنتج بعض التشوهات والتدولات في الحجم ,ولذلك مفيد لقيام عملية التحجيم بعد التكلص لإنجاز دقة الأبعاد المطلوبة ولتحسين التركيب النهائى للسطح .فقط تغييرخفيف في الكثافة سوف يقع أثناء التحجيم. التحجيم ينفذ على المكابس الميكانيكية أو الهيدروليكيه , وآداة التحجيم أساسى شبيهه لأدوات التشكيل وفي حالة البرونز المحمل , والقالب المضغوط ,قلب القضيب , قمة المثقاب وقاع المثقاب. أيضآ زيت التزييت وتآكل آداة التحجيم مستحق الإعتبار , ومنذ تفاوتات الأبعاد 1 مم/متر غالبآ هو واضح لآداه مباحه والتآكل يجب أن لاتساوى هذا المستوى. المواد الكافيه لأدوات التحجيم هم كربيد التنجستين خلال كربون عالى , وكروم عالى. قالب صلب صلب غالبآ يستخدم للإتفاق على التكاليف. بعد التحجيم , الزيت قليل التأثر,وبتزييتالزيت يمتص إبتداء العجله بواسطة التطبيقات لكل من الغاز والحراره.الزيت يملى حوالى 90 % من المسم المؤثر.وهو غير مستحيل لملئ كل المسام , منذ الرقم الصغير الذي لاثقب له , وهو غير ماظهر – قابل للتعديل بمجاورة الفراغات .
منذ طول843هنرى . بسمر ينتج لوح النحاس بواسطة الدرفله للكتله جيدة الدوران . عندما في 1902 اخترع درفيل الصدم لنقطة الإذابه العالية في مساحيق المعدن وهذه منحه من سيمنز وهالسك . في هذه العملية مسحوق المعدن يغذى من فتحة التغذية إلى الدرفله الأفقيه . والتفريز يكون في محاور الدرافيل في مستوى أفقى واحد . قليلآ أبعد تقدم يصنع حتى بعض السنوات والآن صدم المساحيق في كل من تفريز أفقى أو رأسى وهذا أصبح أحسن تأسيس . مرة العلاقة المناسبة بين كميات المسحوق , أبعاد الدرفيل , فتحة الدرفيل والسرعه سوف توصله لإنتاج كافى لصدم المواد , والعمليات المستمره يجب أن تؤسس . نظام ظهر واحد من العيوب الرئيسية السعه للمكبس الميكانيكى متعدد التوسع في التطبيقات . وهو عادة يتطلب 1-4 كيلو نيوتن لتصنيع البرونز . وهذا النظام طويل جدآ للفرن يجب أن يحتاج أويختار سرعة درفيل بطيئه جدآ ومعدل الإنتاج بطئ أيضآ , ويتطلب صدم كافى للمواد التي يجب أن تأ خذ مكان . بناء على العملية تستطيع نوع ذو خبره في الصدم (هذا غير متكلص) اللوح يستطيع قطع الأطوال ولذلك يغادر صدم الدرافيل وفيما بعد الثقب للطوب المسطح . إختيار العملية يجب أن تكون مستمره واحده من ذلك لصدم اللوح وتكون جزئية التكلص وتتبع بواسطة واحد إما درفله على الساخن أو درفله على البارد وهو أقصى تكلص مطلوب. حتى هذه الطريقة لإنتاج الألواح من مسحوق المعدن إقتصاديآ , فقط للمقياس الصغير بسبب التكلفة العالية من مساحيق المعدن , لذلك هى أفضل من التكلص . هى تستخدم فيما قبل فقط للمعدن النقى جدآ أو الذي لديه نقطة إذابه عاليه . أيضآ في كندا حيث النيكل والقصدير والكوبالت لينتجوا المساحيق مباشرة من الخام , اللوح الآن يدرفل بواسطة هذه الطريقة , مثل عمليات يجب أن تظهر محتمل مفيد في الصدم وخليط الدرفله , ويشمل المعادن بمساحيق غير معدنيه ويوزع على السبائك المجاورة للزهر الهش في التشكيل . زوج من الأدوات المضغوطه من النوع المستخدم لعمل البرونز . فتحة التغذية توزع مسحوق المعدن إلى تجويف القالب . الفتحه تتحرك في جانب مستوى قمة التجويف في نفس الوقت قمه المثقاب يتحرك لاعلى لذلك المسحوق قابل للصدم قمة المثقاب مستمر لأعلى اتجاه لحقن الصدم.
في كلا من البثق عل البارد او على الساخن في مساحيق المعادن يكون اتجاه خرج المعدن في نفس اتجاه الضغط إلى الخارج، ويكون للمواد شكل خاص. وتكون مكونات المقطع العرضى موحدة، مثل الكربيد الاسمنتى في الثقب. ويمكن اجراء عمليه القطع بواسطة الثقب على البارد. والعيب الئيسى في هذه العملية هو انه يجب اضافه كميه كبيره من ماده رابطه تكون مناسبه لنوع المسحوق, ليس فقط لترابط الجزيئلت ولكن تكون بمثابه زيمت تشحيم لتصبح اقل تعرضا للتاكل. ويجب ازاله هذه المادة الرابطة قبل او اثناء عمليه التلبد, في بعض الحالات تصل الكميه إلى ما يقرب من % 50 الجزء الأكبر من مجموع المواد, ويكون نتيجه لازالته يحدث انكماش كبير في المنتج . فان المادة التماسكه الأكثر شيوعا هى شمع البارافين التي ادخلت على مسحوق المعادن في الحالة المنصهره ,او بدلا من ذلك في حل في مذيب عضوى مناسب مثل البترول. ولا يسمح لهذه المذيبات التبخر قبل عمليه البثق. غالبا ما يتم ضغط الخليط قبل ان تتم عمليه البثق. وهذا يقلل من حجمها, وتزيد عمليه الضغط من مساحه التلامس بين الجسيمات. نموذجيه عمليه البثق على البارد, وذلك باستخدام الضغط الهيدروليكى, المسحوق يكون خليط مع ماده رابطه . القطاع في المنتج يتوقف على شكل فتحه الاسطمبه.
عمليه البثق على الساخن تكون نافعه لانتاج القضبان والانابيب واشكال اخرى, لان كميه التشكل في عمليه وهحده يكون نتيجه لذلك الحصول على منتج ذات كثافه عليه. الأهم من بين الطرق التي يتم بيها التعامل مع مساحيق المعادن هى طريقه صهر المعادن,البريليوم ومواد السمنت ومفعلات الوقود (اوكسيد اليورانيوم في مصفوفه الصلب المقاوم للصدا ) يكون احيانا فوق 400 درجه س وغالبا ميكون ضرورى للمعادن عدا الصلب الخفيف. ويتم ذلك اما عن طريق التعبه و التغليف او صهر المسحوقز ويمكن ان يكون الدعم بواسطه الضغط وبعد ذلك تسخينه إلى درجه حراره البثق, ويغلف ذلك في وعاء خارجى سميك من الصلب الطرى وتسخينه إلى 1100درجه س .وبعد ذلك يتم بثق المادة الخام في الاسطمبات والوعاء حميتها من درجات الحرارة العالية بنفس الطريقة كما في البثق للصلب (9.65) عند استخدام الزجاج ومواد التشحيم .
عمليه مسحوق المعادن ذات فائده كبيره في عالم المعادن, نظرا للعيوب التي نفرضها مرحله التوازن. ولا يمكن ان تنتج سبائك جيده من الحالة السائله الا اذا كانت المعادن قابله للذوبان التام بعضها بعضا في الحالة السائله. للمثال من الصعب انتاج سبائك النحاس والرصلص لان هذين المعدنين غير قابلين للذوبان مثل السوائل , ولكن يمكن عمل مساحيق مختلطه من النحاس والرصاص ويكون مضغوط بنجاح وملبد. وبالاضافه إلى ذلك المواد الغير قابلله للزوبان في السبائك السائله-وبالتالى لن تندمج في بنيتها, ويمكن أيضا ان يتم لمنتجات مساحيق المعادن مع العلم انه سيتم توزيعها بالتساوى على البنية. وهكذا في الجرافيت.
وبالاضافه إلى ذلك المواد الغير قابلله للزوبان في السبائك السائله-وبالتالى لن تندمج في بنيتها, ويمكن أيضا ان يتم لمنتجات مساحيق المعادن مع العلم انه سيتم توزيعها بالتساوى على البنية. وهكذا في الجرافيت.
_ مسحوق الالومنيوم يكون مطحونا ولكن يكون خشن نسبيا, الجزيئات التي اصبحت مغلفه وملبده. و الخاصيه الأكثر اهميه في SAFوهو ان تكون الاكاسيد متفرقه 180نيوتن/مم2 عند 500درجه س في ظل ظروف مماثله لسبائك الالومنيوم التي لديها الكثير من القوة 15 نيوتن/مم2 فهناك عيب واضح في SAPوهو انه لايمكن ضم اللحام بالانصهار نظرا بان عمليله الذوبان يدمر انتشار اكاسيد الجزيئات,ويمكن ضغط النحاس لصناعه ريشه مولده, في حين ان الاضافات الصغيرة من اكسيد الثوريوم ينبغى ادخالها على التنجستين المخصص لانتاج الكهرباء_مصباح الشعيرات (4.50-جزءI).وقد حدث موخرا ادماج زيوت التشحيم العضوية إلى الاتفقيات لعمليات الإنتاج المتقدمة.
تطبيق اخر خاص بمسحوق المعادن في صناعه الشرائح المتعلق بنظام المعادن المغلفه, بينما ان المعادن التي يمكن اختراقها في العوامل التصفيه, ويمكن فقط ان تكون في شكل مسحوق, وقد سبق ذكر المصنوعات الضروريه من مسحوق المعادن في انتاج تلك المعادن والسبائك التي تمثل الزوبان او الصعوبات في الصب.
على الرغم من ان تكلفه مساحيق المعادن عاليه ,ويقابل هذا بشكل كبير لوجود مخلفات لعمليه الانصهار والصب يحدث خسائر نتيجه للتطاير و الخبث وتناثر المعدن ,وخسائر في المسحوق وعاده تكون اقل من 5.% .والأهم من ذلك هو الايزال على الدقة التي تمكنه من التحكم في العمليه وتكون على قدر عالى من النقاء.وعدم وجود ايه تغيرات ملموسه في التكوين يكون هناك خطر من تلوث الاكسجين وبالاضافه إلى ذلك, العيوب الخلفية ,مثل الثقوب والشوائب نتيجه للخبث.
نظرا لارتفاع معدلات الإنتاج في عمليات مساحيق المعادن فلذلك تتطلب مهارات عاليه لعمليه الصب.حيث ان المهاره والخبره عادة ماتكون صفات هامه لتطوير هذه المجلات,والتي لا تقتصر على تلك المواد التي تتطلب معامله خاصه التي تتطلب خواص فريده.
كما هو الحال في العديد من العمليات الجديدة,بسبب المتطلبات التي تتعلق بعمليه مسحوق المعادن,نتيجه لذلك يتم الحصول على مزايا تظل حتى الان قبل كل شى من بين القيود المفروضه على عمليات مساحيق المعادن هو حقيقه الاشكال المعقده, ويتم انتاج هذه الاشكال المعقده بواسطه السباكه,ويمكن القيام به عن طريق الضغط, لان المساحيق المعدنية يفقدون القدرة على التدفق مثل المعادن المنصهره ولكنها تكون اقتصاديه في حاله الاشكال الأكثر تعقيدا يتم انتاجها بواسطه التشغيل على الماكينات
1. القوة والمتانه للمنتجات التي تنتج من مساحيق المعادن وعاده ما تكون اقل من التي تنتج بواسطه السباكه او التشكيل
2. تكون تكلفه الاسطمبات والأدوات عاليه, ولابد من تعويض ذلك بواسطه طرق مختلفه للانتاج.والتاكل في الأدوات يزيد من تكلفه الصيانه.
3. يقتصر حجم المنتجات بسبب الضغط الكبير والأدوات باهظه الثمن التي ستكون هناك حاجه للضغط,ومع ذلك فقد تم انتاج اجزاء تصل إلى 12كجرام من الكتلة.
4. نتيجه لالتصاق مسحوق المعدن على جانبين الاسطمبه, غالبا ما يكون هناك البعض من عدم التجانس في الخصائص الفلزيقه للميثاق فيكون اقل كثافه في القاع.
5. في بعض المعادن من الصعب او المستحيل ضغطها,لانها تميل إلى اللحام الباردعلى جدران الاسطمبه
6. هناك العديد من المساحيق التي تتعرض لخطر الحريق,وياتخاز الاحطياطات اللازمة لمنع مثل هذه المساحيق لتعرضها.
بعض التطبيقات الجديره بالذكر لمساحيق المعادن تقتصر على كبس المعدن حراريا لتصنيع الميدالية البرونزيه وأيضا العدد التي تصنيع من الكربيدالاسمنتى.خلال الحرب العالمية الثانية وفي سنوات ما بعد الحرب,مع ذلك فان مجال تطبيق مسحوق المعادن توسع إلى حد كبير .وكان ذات اهميه في الاستخدام اثناء الحلاب التي تمت في ألمانيا في انتاج قذيفه من المعادن الاخرى مما جعل الالمان إلى جعل هذه النطلفات من الحديد الملبد.بالاضافه إلى ذلك المواد المذكورة اعلاه,والمعادن والسبائك المستخدمة لانتاج مكونات ملبده البرونزيه وتشمل النحاس 10-90و30-70 للنحاس.,الحديد,وسبائك الحديد المختلفة.
على الرغم من الحديد لا يعتبر ماده تاثيرجيد ,ادى رخص ثمنه لذياده شعبيته في مجال التطبيقات وتم الحصول على خصائص محسنه باضافه من 2 إلى 10% نحاس,محتويات النحاس تكون اعلى في سبائك الحديد والنحاس حيث تحسن قوه الشد إلى 270 نيوتن/مم2 بعد 15 دقيقه عند 1150 درجه س. اسلوب اخر من التطورات اختاق صناعه الحديد .يتم وضع هيكل باحكام إلى حد ما والضغط لمسحوق الحديد الممزوج بالنحاس ويسخن حتى 1150درجه س في الجو. النحاس يذوب من قبل الخصيه الشعرية في الفراغ بينما الحديد يحدث له تاكل في الهيكل ويحدث نقص في سطح الحديد ويتم منع هذا باستخدام نحاس المتشبع بالفعل مع 2.5%حديد.
مسحوق المعادن هو نظام تصنيع لتحقيق أقصى هدف اقتصاديا وهو انتاج منتجات مخصصة لتطبيقات هندسة . النجاح يبدأ بتصميم جيد واختيار المادة المناسبة والعملية المناسبة في تصنيع الاجزاء المصممة بأستخدام مسحوق المعادن . لابد ان نذكر ان سحق المعادن هى عملية تصنيع خاصة وشرط تصنيعها عدد من العوامل و المنتجات الناتجة من عمليات التصنيع بدون تعديل في التصميم نادرا ما يكون ادائها مشابة للاجزاء المصممة خصيصا للتصنبع بأستخدام مسحوق المعادن.
يوجد بعض القواعد الاساسية لتصميم اجزاء مسحوق المعادن
1- شكل المسحوق يجب ان يسمح بالأزالة من الاسطمبة ويفضل ان يكون الجدران الجانبية عمودية وأيضا الثقوب والفراغات يجب ان تكون موحدة الحجم وموازية لمحور الاداة .
2- شكل الجزء يجب الا يكون مصمم لاندفاع المسحوق داخل الفراغات الصغيرة مثل الأركان الحادة 3-شكل الجزء يجب ان يتحمل ادوات قوية.
4-يجب ان يكون شكل الجزء ذو سمك مناسب لاجزاء مسحوق المعادن ذو الاشكال المعقدة.
5-يصمم الجزء بتغيير بسيط في مقطع السمك
6-تصمم الاجزا ء بمميزات معينة مثل الشكل والخصائص وهذه الاجزاء المنتجة بمسحوق المعادن تكون صعبة وغير عملية وغير اقتصادية اذا انتجت بطريقة أخرى
7-من الضرورى ان يكون التصميم متوافق مع المعدات المتاحة والمساحات المعرضة للضغط تكون لها قابلية للضغط ويتوافق السمك مع المساحة المعرضة للضغط
8-مع الاخد في الاعتبار في صنع المنتجات بسماحية وتلاحظ الدقة والتكرار للأبعاد خاصة في اتجاه نصف القطر الموجودة بالاسطمبة اكتر من الاتجاه المحورى او اتجاه الضغط الموجودة بالمثقاب
9-اخيرا يجب ان يراعى التصميم ويعوض التغييرات في الأبعاد التي تحدث بعد الضغط مثل الانكماش الناتج من عملية التبلد .
الجزء المناسب يجب ان يكون ذو مقطع منتظم ويكون السمك صغير بالمقارنة بمقطع العرض او القطر والاشكال المعقدة ممكنة ولكن انها يجب ان يكون لديها اجهاد منتطم وخصائص مطلوبة لكثافة منتظمة والتصاميم يمكن بسهولة ان تلائم الثقوب إلى تكون متوازية في اتجاه الضغط . صنع الثقوب بزاويا تتطلب عملية اخرى .الاقطار المختلفة المتدرجة والحواف المقطوعة والتجاويف يجب ان تزال بقدر الإمكان
1-المنتجات المسامية مثل الجلب والمرشحات ومنظمات التدفق .حاملات النفط تصنع من النحاس و الحديد وتشكل كمية كبيرة من منتجات مسحوق المعادن .يتم استخدامها غالبا في التطبيقات المنزلية والسيارات ولا تتطلب تزييت او صيانة خلال فترة استخدامها. مرشحات مسحوق المعادن يمكن صنعها بمسامات ذات مقاسات متعددة بعضها صغير يصل إلى 0001. بوصة (0025.ميللى) بخلاف بعض بقى المرشحات فانها تتحمل درجات الحر ارة العالية والإجهاد العالى والتآكل
2-المنتجات ذات الاشكال المعقدة تتطلب تشغيل بالغ بينما تصنع بعمليات اخرى و نتيجة للدقة والتشطيب الجيد لعمليات مسحوق المعادن بعض الاجزاءلا تتطلب الكتير من العمليات وبعضها يتطلب كميات صغيرة من تشغيل للسطح . اعداد كبيرة من التروس الصغيرة يتم تصنيعها بواسطة عمليات مسحوق المعادن . وبعض الاشكال المعقدة مثل الكامات والراوفع الصغيرة يمكن تصنيعها بطرق اقتصادية .
3- المنتجات تصنع من مواد صعبة التشغيل او تحتاج إلى درجة انصهار عالية. بعض الاستخدامات الحديثة لمسحوق المعادن في انتاج فتيل لمبة التنجستين واداوت قطع كربيد التنجستين.
4-المنتجات التي لها خصائص مشتركة من معدنين او أكثر (او احداهما معدنى والاخر غير معدنى) تكون مطلوبة.
وهذه القدرة لعمليات مسحوق المعادن تطبق في عدد من المنتجات .في الهندسة الكهربية في النحاس والجرافيت المستخدمان في بعض التطبيقات مثل الموتور والمولد. النحاس يوفر الطاقة الاستيعابية للتيار .بالتشابهتصنع الجلب من الجرافيت مع الحديد او النحاس او خليط من المعدنين مثل القصدير و الكوبلت حيث ان المعدن الاطرى محل المعدن الصلب . وتتكون التوصيلات الكهربية من النحاس او الفضة مع التنجستين والنيكل والمولوبيديوم .والنحاس والفضة لديهما توصيلية عالية بينما المواد التي لها درجة انصهار عالية لها مقاومة انصهار اثناء القوس الكهربى . 5-المنتجات إلى تنتج عن طريق عمليا ت مسحوق المعادن تمتاز بان لها خصائص اعلى .في المجالات ذات اهمية حاسمة مثل تطيبقات الفضاء
مساحيق التعدين لديها مميزات واضحة وعيوب ينبغى النظر اليها ومن بين هذه المزايا
1- الحد والتقليل من عمليات التشغيل ودقة الابعاد وتشطيب الاسطح في منتجات مساحيق التعدين وعلى سبيل المثال يمكن الحد من العمليات المتلاحقة للتشغيل نهائيا في كثير من التطبيقات وإذا كانت دقة الابعاد المطلوبة غير عادية ويمكن الحصول عليها في كثير من عمليات التشغيل الانتاجية
2- أرتفاع معدل الإنتاج كل الخطوات في عملية مساحيق التعدين بسيطة وسهلة ومتطلبات العمل منخفضة كما أن تماثل المنتجات والإكثار منها في عمليات التصنيع العالية متاحة
3- انتاج الاشكال المعقدة يتم انتاج الاشكال المعقدة مثل مجموعة التروس والكامات والمفاتيح الداخلية وأيضا هناك امكانية لأنتاج أجزاء بواسطة مساحيق التعدين لا تحتاج لعمل تشغيل عليها او سباكة اقتصادية
4- امكانية الاختلاف ( التنوع ) في المركبات الاجزاء او المعادن ذات النقاوة العالية جدا تسطيع انتاجها بسهولة والمعادن والسيراميك تستطيع خلطة خلطا وثيقا كما انه يتم تجاوز حدود الزوبانية في كثير من حالات التجانس الكيميائى للمنتجات وذلك يتم تجاوزة في التقنيات المجمعة .
5- إتاحة أختلاف الخصائص حيث أنه يتم وضعها في مدى من اجزاء منخفضة الكثافة مع نفاذية للتحكم إلى اجزاء عالية الكثافة . كما ان التخمير والضوضاء الناتجة عنه مع الاهتزازات تستطيع مراعاتها في منتجات مساحيق التعدين مع الخصائص المغناطيسية وخصائص التآكل أيضا
6- الحد والتحليل من المعدن المفقود ( الخرده ) عملية مساحيق التعدين العملية الوحيدة التي لا تحتوى على معادن مهدورة ( مبرده ) ففى عملية السباكة والتشغيل ويتم الاحتفاظ بنسبة 50% من المعدن . وهذا له أهمية بالغة في حالة المعادن الغالية على سبيل المثال المواد المغناطيسية نادرة الوجود.
وأما عن أكثر العيوب الموجودة في عملية مساحيق المعادن هى
1- خصائص القوة قليلة نسبيا وذلك نظرا لعمليات الترسيب وعاده المعادن المسحوقة تمتلك خواص ميكانيكية أقل من المعادن المطاوعه والذهر لنفس المادة . ولذلك يكون إستخدامها محدود عند الإجهادات العالية . اما إذا كان إستخدامها مبرر يتطلب لذلك وجود قوة ومقاومة للكسر التي يمكن الحصول عليها عن طريق استخدام مواد مختلفة او عن طريق توظيف تقنيات المعالجة البدائية او الثانوية
2- تكلفة المكبس عالية وذلك في حالة الضغوط العالية ولذلك يجب ان تضع مكابس مساحيق التعدين من مواد غالية جدا وضخمة نسبيا وذلك لانها تحتاج اجزاء خاصة وحجم الإنتاج يكون اقل من 10.000 جزء متماثل
3- تكلفة المواد عالية المعادن المسحوقة يكون تكليفها عالية جدا أكبر بكثير من المعادن قبل سحقها والمطاوع والذهر وغالبآ للحد من التشغيل يكون مقابل التكلفة العالية
4- قيود التصميم عملية مساحيق التعدين بسيطة ولكن غير مناسبة لبعض الاشكال والاجزاء يجب ان تكون قادرة على الخروج من المكبس ونسبة السمك إلى القطر او السمك إلى العرض تكون محدوده المقاطع الافقية الرفيعة تكون صعبة جدا وحجم المكبس يجب ان يكون ضمن سعة عمليات متاحة وكثير من الاجزاء يكون في هذه المنطقة يفوق 25 بوصة
5- اختلاف الكثافة تنتج اختلافات في الخصائص كثافة المنتجات الغير موحده مترددة تنتج عادة نتائج مدمجة للعمليات وبالنسبة لبعض المنتجات المختلفة لن تكون مقبولة نهائيا
6- المخاطر الامنية والصحية كثير من المعادن على سبيل المثال الالمونيوم والتيتانيوم والماغنسيوم يكونوا مشتعلين قابلين للاشتعال او الانفجار وعندما يكون شكل الجسيمات كبير جدا في نسبة السطح إلى حجم الأجسام الدقيقة (الناعمة ) تظل موجوده في الجو لفترات طويلة ويستنشقها العمال ولمعالجة وتقليل المخاوف الامنية والصحية للمعادن يتم أستخدام اجواء خاملة وصناديق جافة واغطية ومنظفات خاصة في بيئة العمل.
E. Paul Degarmo, J T. Black, Ronald A. Kohser
Materials & Processes In Manufacturing, International Eighth Edition, E. Paul Degarmo, J T. Black, Ronald A. Kohser
ENGINEERING METALLURGY,2.METALLURGICAL PROCESS TECHNOLOGY,R.A.HIGGINS
تصنيف:علم المعادن تصنيف:فيزياء المواد المكثفة