متالورژی پودر آلومینیوم

تولید قطعات با پودر ، به بیش از پنج هزار سال پیش می رسد ، هم اکنون ، ستون آهنی با وزنی حدود شش تن در شهر دهلی هندوستان وجود دارد که  در هزار و ششصد سال پیش به همین طریقه (متالورژی پودر)  تهیه شده است .

در اواخر قرن هیجدهم ولاستون کشف کرد که می توان پودر فلز پلاتین را (که در طبیعت به صورت آزاد شناخته شده بود) پس از تراکم و حرارت دادن ، در حالت گرم با چکش کاری به بلوک تبدیل کرد . ولاستون جزییات متد خود رادر سال 1829 ، منتشر کرد و اهمیت فاکتورهایی نظیر اندازه دانه ها ، متراکم کردن پودر باوزن مخصوص بالا و اکتیویته سطحی و غیره ... را توضیح داد.

همزمان با ولاستون و به طور جداگانه متالورژیست برجسته روسی پیوتر زابولفسکی در سال 1826 ، از این روش برای ساختن سکه ها و نشان ها از جنس پلاتین ، استفاده کرد.

در نیمه قرن نوزدهم ، متخصصین متالورژی به روش های ذوب فلزات با نقطه ذوب با دست یافتند و همین مساله باعث شد که مجددا استفاده از متالورژی پودر محدود شود هر چند تقاضا برای تولید قطعاتی مانند تنگستن از طریق متالورژی پودر ادامه یافت .

یکی از دلایل توسعه متالوژی پودر این است که در روش متالورژی پودر ، فلز تلف شده به مراتب کمتر از سایر روش ها است و حتی می توان  گفت وجود ندارد . در این مورد هر یک کیلوگرم محصول ساخته شده با متالورژی پودر ، معادل است با   سایر روشهای شکل دادن نظیر برش و تراشکاری ، چون در روش هایی نظیر تراشکاری مقادیر متنابهی از فلز به صورت براده در می آید که تقریبا غیر قابل استفاده است . به علاوه یک کیلو گرم از بعضی از مواد ساخته شده با روش های متالورژی پودر می تواند کار ده ها کیلو گرم فولاد آلیاژی ابزار را انجام دهد .

در حال حاضر ، متالورژی پودر بیشتر در مواردی مورد استفاده قرارمی گیرد که در ساختن محصولاتی با کیفیت عالی از مواد مناسب ، تقریبا کلیه روشهای دیگر غیر ممکن باشند .البته در مواردی مثل ساختن رشته های مقاومت خیلی کوچک لامپ که باید از تنگستن خیلی سخت (نقطه ذوب 3400 درجه سانتیگراد) درست شوند روشهایی نظیر تراشکاری ، کشیدن سیم و یا نورد غیر قابل استفاده اند و منحصرا باید از روش متالورژی پودر استفاده کرد . به علاوه ، برای تهیه آلیاز هایی از دو فلز که نقطه ذوبشان با  یکدیگر تفاوت زیاد دارند (مثل مس و تنگستن) ، بهترین راه عملی روش متالورژی پودر است. همین طور از این روش زیاد برای موادی که از یک فلز و یک غیر فلزنظیر الماس تهیه می شوند استفاده می شود . به طورکلی با توجه به موارد فوق بر حسب هزینه و سختی کار ، تکنیک متالورژی پودر به طور موفقیت آمیزی با روش  های دیگر تولید ، می تواند رقابت کند . مثلا ، برای ساختن یک چرخ دنده فولادی از طریق تراشکاری ، یک کارگر ماهر باید در حدود 30 ساعت کار کند در صورتی که یک کارگر نیمه ماهر می تواند این چرخ دنده را باروش متالورژی پودر ، در کمتر از 10 ساعت تهیه کند . همچنین دقت ابعاد و سطح قطعات ساخته شده  با این روش آن قدر عالی و بدون نقص است که هیچ گونه کار اضافی دیگر روی قطعه ضرورت پیدا نمی کند و بالاخره ، سرمایه گذاری برای صنعت متالورژی پود ر به مراتب کمتر از سرمایه گذاری برای روشهای کلاسیک ساخت قطعات است زیرا برای درهم جوشی درجه حرارت لازم بسیار کمتر از درجه حرارت ذوب فلزا ت است و در نتیجه کوره های مورد احتیاج به مراتب ارزانتراند.

متالورژی پودر رابطه نزدیکی با مهندسی برق نیز دارد ، مثلا ، رشته های نازک مقاومت و الکترودهایی که در لامپ دیده می شوند و نیز لوله های تولید اشعه X  که تماما از جنس فلزاتی نظیر تنگستن ، مولیبدن و یا تانتال اند با این تکنیک تولید می شوند . در سالهای اخیر ، ابزارهای ساخته شده از سرمت (فلز- سرامیک)   هم توسعه زیادی پیدا کرده اند و در کارهای ماشینی تغییرات اساسی داده اند به طوری که سرعت برش ده  برابر قبل افزایش یافته است و همچنین مته ها و ابزارهای حفاری که از جنس فلزات سخت اند و به طریق متالورژی پودر تهیه می شوند میزان حفاری چاهها را در معادن فوق العاده افزایش داده اند . البته باید توجه داشت که بدون این تکنیک تقریبا جدید ، امکان ندارد که ابزار هایی را که از جنس سرمت ویا فلزات سخت ( از کاربیدهایی با نقطه ذوب بالا) ساخت ، چون کاربید تیتانیوم که جزء تشکیل دهنده معمول در اغلب ابزار های برشی است ، نقطه ذوبی حدود 3150 درجه سانتی گراد دارد و اجزای تشکیل دهنده دیگر هم ، نظیر کاربید زیر کونیم و نیوبیوم در 3500 درجه سانتیگراد و بالاخره کاربید تانتا در 3380 درجه سانتیگراد ذوب می شوند .

علاوه بر ابزارهای برش ، تکنیک متالوژی پودر قادر است ابزارهای سوراخ کننده ، حدیده های کشش سیم و وسایل مشابه دیگر را نیز تولید کند . و در کلیه این موارد هم ، این گونه ابزارها کار خود را به خوبی انجام  می دهند . به عنوان مثال یک قالب از جنس سرمت که برای ساختن تیغ به کار می رود در حدود دو هزار میلیون دفعه مورد استفاده قرار می گیرد ، در حالی که برای همین منظور یک قالب فولادی معمولی بعد از پانزده میلیون دفعه پرس باید تعویض شود. به همین ترتیب عمر غلطک های نوردی که از فلزات سخت ساخته می شوند ، در حدود صد مرتبه بیش از غلطک ایی است که از فولادهای نرم ساخته می شوند . بالاخره ، با یک حدیده کشش سیم از جنس فولاد، تا فرسودگی کامل ، به طور متوسط می توان هشتاد کیلو گرم  سیم آهن تولید کرد ٬ در حالی که همین حدیده اگر از جنس کاربید های  زینتر شده ٬ باشد قدرت تولیدی را معادل با 50 تن سیم می یابد که در حدود شش صد مرتبه بیش ازاول است .

باز برای مثال یک موتور جت را (که  حال حاضر رکن اصل هواپیماهای مدرن است)در نظر بگیریم ٬ اولین چیزی که جلب توجه می کند این است که باظهور آن ٬ سرعت هوانوردی به دو برابر افزایش  یافته است . نحوه کار این موتورها  بر اساس مکش هوا از جلو و احتراق آ ن با سوخت در محفظه احتراق و خروج سریع محصولات احتراق از عقب است . درجه حرارت سوخت کامل گازها درحدود 1500الی 2000 درجه سانتیگراد است که فلزات و آلیاژهای معمولی نمی توانند درجه حرارت مزبور را تحمل کنند . در حال حاضر ٬  آلیاژهای ریختگی بااضافاتی نظیر کرم ٬  نیکل و یا کبالت ساخته می شوند که درجه حرارت های بیش از 850-900 درجه سانتیگراد را نمی توانند تحمل کنند ٬ به طور کلی بالاتر ازاین درجه حرارت  را قلمروی فلزات بانقطه ذوب بالا کاربید ها و نیترید هایشان می دانند که باستفاده از تکنیک ها ی متالورژی پودر تولید می شوند .

در این مرحله ٬ یکی از مطلوب ترین مواد کاربید تیتان است که به خوبی قادراست در مقابل ضربه های حرارتی (در حین سریع سرد شدن و سریع گرم شدن ) مقاومت کند . با افزودن 20 درصد کبالت به این ماده ٬ قدرتش در 900 درجه سانتیگراد دو برابر بیش از بهترین فولاد مقاوم گرما میشود یکی از راه های مطلوب دیگر دستیابی به روش هاو وسایلی است که به نحوی درجه حرارت شیپوره جلوبرنده موتورهای جت را پایین بیاورند . یکی از این روشها تعرق و یاپس دادن بخار به سطح دیواره دهانه خروجی است بهمین ترتیب کهمواد بخصوصی رادر میان منافذ دیواده دهانه خروجی جت که از جنس مواد خلل و فرج دار است تزریق می کنند. این مواد به صورت بخار به سطح دیواره ٬ پس داده می شوند و به شکل دانه های عرق در می آیند و همین مساله درجه حرارت را در دهانه خروجی پایین می آورد .در این جا ٬ باید متذکر شد که این گونه مواد خلل و فرجدار نیز از طریق تکنیک های متالورژی پودر ساخته می شوند.

روش های مشابه دیگری هم برای ساختن یاتاقانهای بدون روغن ( یاتاقانهایی که خوشان عمل روغنکاری رانیز انجام می دهند) به کار می روند . در این روش ها نیز پودر فلزات و گرافیت را با فشار زیاد فشرده کرده و مجموعه فشرده شده  را زینتر می کنند و معمولا چنین مجموعه ای میتواند تا حدود 35% از حجم خود ٬ ماده روغنی جذب کند و داشته باشد . وقتی در حین کار ٬  این گونه یاتاقان ها گرم می شوند ٬ روغن موجود درآن  انبساط می یابد و به سطح یاتاقان پس داده می شود که به صورت فیلمی روغن د رسطح یاتاقان  شکل می گیرد ٬ ولی مجددا درحین سرد شدن ٬  مواد مزبور مانند اسفنجی ٬ روغن راجذب می کند.

علی رغم مثالهای مذکور در فوق ٬ کلا با دیدی وسیعتر می توان دریافت که تکنیک متالورژی پودرروشی کاملا جدید نیست ٬ بلکه به طرق دیگر ٬ از زمان های خیلی قدیم وجود داشته است و به طوری که در مقبره های شاهان قدیم مصر نظیر توتاناخامن که د ر14 قرن قبل از میلاد مزیسته شواهدی دیده شده است . در حفاریهایی که در سال 1922 درکارنک انجام شد ٬ باستان شناسان ذخایر قابل ملاحظه ای در انجا به دست آوردند که حاکی از تمایل شدید این پادشاه به انواع فنون و هنر ها بوده است  زیرا مقبره وی مملو از شاهکار های فنی بود و درمیان این شاهکار ها خنجر هایی مزین با پودرطلا مشاهده می شد که در واقع می توان گفت این نشانه ای از ابتدایی ترین طریقه استفاده از تکنیک متالورژی  پودر است .

 همچنین از روش مزبور قبایل قدیمی اینکاها در پرو استفاده می کرده اند چون آنها می دانستند که چگونه جواهرات را از زینتر کردن پودر فلزات گرانبها به دست آورند. ولی بعد از اضمحلال این قبایل این روش هم به بوته فراموشی سپرده شد و علم متالورژی پودر برای توسعه خود راههای دیگری در پیش گرفت .

        رمز فایل:12345678    دانلود