متالورژی پودر

از قدیمی‌ترین روش‌های شکل دادن فلزات، متالورژی پودر می‌باشد، اما تولید در مقیاس تجارتی با این روش، از جدیدترین راه‌های تولید قطعات فلزی است. در دوران باستان از روش‌های متالورژی پودر برای شکل دادن فلزاتی با نقطه ذوب بالاتر از آنچه در آن زمان می‌توانستند به وجود آورند، استفاده می‌کردند.
اولین بار در اوایل قرن نوزدهم بود که پودر فلزات با روشی مشابه آنچه امروزه به کار می‌رود، با متراکم نمودن به صورت یکپارچه درآورده شد. این روش جای خود را در صنعت پیدا کرده و توجه زیادی را به خود جلب کرده‌است.

متالورژی پودر چیست؟

متالورژی پودر (Powder metallurgy) روشی برای تولید فلزات با استفاده از پودر فلز است و از طریق فشرده‌سازی تولید می‌شود. پودر فلز قالب‌گیری می‌شود و تحت اعمال فشار قرار می‌گیرد. این روش به طور گسترده‌ای استفاده می‌شود. به کمک متالورژی پودر یا متالورژی گرد می‌توان با استفاده از ضایعات، قطعات مورد نیاز را تولید کرد.

 

 

فرآیند متالورژی پودر

فرایند قالب‌گیری قطعات فلزی از پودر فلز (یامخلوط پودر فلزات) توسط اعمال فشارهای بالا و سپس تف جوشی (زینترینگ) می‌باشد. در این فرآیند برای دستیابی به شکل قطعه بعد از فشردن و شکل‌دهی به پودرهای فلزی، فرآیند تف جوشی در دمای بالا داخل کوره‌ای با اتمسفر کنترل شده انجام می‌شود.

مراحل متالورژی پودر

تهیه‌ی فلز با این روش، در چهار مرحله انجام می‌شود. در ادامه مراحل به تفکیک توضیح داده شده‌است.

• تهیه پودر
• مخلوط کردن
• فشردن
• تف جوشی

پودر فلز به سه روش مکانیکی، شیمیایی و فیزیکی تولید می‌شود. روش افشاندن مذاب (اتمایزینگ) مهم‌ترین و پرکاربردترین روش برای تهیه پودر فلزی می‌باشد و زیرمجموعه‌ی روش مکانیکی است. در این روش فلز مذاب توسط گاز یا مایعی که از یک افشانک خارج می‌گردد، اتمیزه می‌شود. پودر حاصله پس از جمع‌آوری و مش‌بندی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مخلوط کردن

پودر خالص معمولا تمام ویژگی‌های خوب را باهم ندارد، به همین دلیل استفاده از موادی به عنوان روان ساز همراه با مخلوطی از پودرهای مختلف، امری رایج است. یکنواختی مخلوط در کیفیت محصول تولید شده تاثیر به‌سزایی دارد.

فشردن

از مهمترین مراحل در متالورژی پودر رسیدن به شکل مورد نظر می‌باشد که با فشار یا پرس کردن پودر توسط جک‌های قالب پرس که فشار لازم را از دو طرف به مواد پودری وارد می‌آورند و بالا بردن چگالی آن امکان پذیر می‌باشد. چگالی بالا و یکنواخت ویژگی مطلوبی است که توسط پرس‌های هیدرولیکی-مکانیکی یا ترکیبی از آنها، با فشردن سراسری قطعه به دست می‌آید.

به واسطه تمایل بسیار زیاد ذرات پودر به سایش و وجود فشار معمولاً قالب‌های مورد استفاده در این فرایند از جنس فولاد ابزار سخت ساخته می‌شوند. برای پودرهایی که سایش بیش از حد ایجاد می‌کنند یا در موارد تولید انبوه از کاربیدهای سمانیت جهت ساخت قالب استفاده می‌گردد.

تف جوشی

مرحله‌ی تف جوشی یا زینترینگ (sintering) برای این است که قطعه خام شکل گرفته حاصل از فشرده شدن قادر باشد تنش‌های کاری را تحمل کند. لازم است که پیوندی قوی بین ذرات آن ایجاد شود. تف جوشی فرایندی است که این پیوند را برقرار می‌کند. در عمل تف جوشی قطعه فشرده شده در دمایی بالا و با جو کنترل شده قرار می‌گیرد.

در این حالت مواد زودگداز ذوب شده و در حفرات خالی مواد دیرگداز رخنه می‌کند. به جز مواردی مانند ساختن رشته‌های مقاوم تنگستنی که منحصرا از روش متالورژی پودر استفاده می‌شود، در باقی موارد تنها زمانی از روش متالورژی پودر استفاده می‌شود که بهره بردن از روش‌های دیگر غیرممکن باشد.

از جمله قطعاتی که به وسیله متالورژی پودر تولید می‌شوند، می‌توان به ابزار برش، قطعات اتومبیل و قطعاتی در وسایل خانگی نظیر ماشین لباسشویی، کمپرسور یخچال و کولر، تلویزیون، ضبط صوت و غیره اشاره نمود.

 

کاربرد روش متالورژی پودر

متالورژی پودر یک روش متفاوتی است و امروزه به طور گسترده‌ای استفاده می‌شود. موارد استعمال اصلی متالورژی پودر را می‌توان به پنج قسمت تقسیم کرد:

• آلیاژ کردن فلزهای غیرقابل آلیاژ، مثلا ساخت نقاط اتصال و جاروبک‌های موتور از پودرهای مس و گرافیک در صنعت
• ترکیب کردن فلزها و غیر فلزها، نظیر مواد اصطکاکی ساخته شده از مس، آهن و آزبست
• ترکیب کردن فلزهای دارای نقطه ذوب بالا با یکدیگر برای ریخته گری، نظیر تنگستن، تانتالیم و مولیبدن
• ساخت قطعات فلزی با خواص عالی، نظیر یاتاقان‌های خودرو انکار که به علت وجود شبکه‌ای از خلل و فورج پیوسته (توسط روغن پرشده درآنها) به خودی خود روغن کاری می‌شوند.
• تولید قطعات ظریف و دقیق، نظیر بوشن‌ها، بادامک‌ها و چرخ دنده‌ها

مزایای روش متالورژی پودر

این روش مزیت‌های چشمگیری دارد و به همین دلیل استفاده از آن افزایش یافته‌است، به طوری که پودر فلز سالانه بیشتر از یک میلیون تن تولید می‌شود. چند مورد از مزایای این روش عبارتند از:

• مقرون به صرفه
• ضایعات کم
• سازگاری با محیط زیست
• تولید قطعات با اشکال مختلف
• بهره‌وری انرژی
• کاهش ماشین کاری به علت دقت بالا در کنترل ابعادی