عنوان :

مقاله متالورژی پودر

تعداد صفحات :۵۸

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

یکی از شاخه‌های علم متالورژی که دز سالهای اخیر رشد زیادی یافته است. متالورژی پودر است. مقاله حاضر به بررسی روشهای مکانیکی تولید پودر، تولید پودر به روش شیمیایی، تولید پودر به روش الکترولیتی، تولید پودر به روش پاشش و … می پردازد.

تولید پودر به روش الکترولیتی :

تحت شرایط مناسب می توان پودر فلزات را بر روی کاتد سلول الکترولیز رسوب داد. پودر خالص فلزات تیتا نیوم، مس،آهن و برلیم نمونه هایی از پودرهای تولید شده با روش اخیر می باشد.

انحلال در سطح آند و ایجاد رسوب پودری در کاند انجام می گیرد. انتقال یونها در الکترولیت منجر به تولید شد پودری با درجه خلوص بالا در سطح کاتد می شود که پس از جمع آوری،‌ آسیاب و نهایتاً برای کاهش سختی کرنشی ایجاد شده  در آن تحت عمل آنیلینگ قرار می گیرد. نیروی محرکه تولید پودر در این روش ولتاژ خارجی اعمال شده بردو قطب الکترولیز بوده و جمع آوری پودر از سطح کاتد با نشستن سطح آن و خشک کردن رسوب حاصله عملی می شود. پودر تولید شده به روش الکترولیتی معمولاً شاخه ای و یا اسفنجی بوده و ویژگیهای آن تابع شرایط حمام درحین رسوب و همچنین عملیات بعدی انجام گرفته بر روی پودر می باشد.

بالا بودن دانسیته جریان خارجی،‌ کم بودن غلظت یونی در محلول الکترولیت و اسیدی بودن آن و همچنین افزایش مواد کلوئیدی به حمام به تولید پودر  اسفنجی کمک  می کند. دمای حمام در شرایط کار در حدود ۶۰ درجه سانتیگراد بوده و از الکتولیت با گران و سیکوزیه بالا استفاده می شود. از بهم زدن الکترولیت نیز پرهیز می شود تا رسوب ایجاد شده بر سطح کاتد حتی الامکان باشد.

هر چند الکترولیز برای تولید پودرهای با درجه خلوص بالا روشی شناخته شده می باشد ولی انجام آن مشکلاتی را نیز به همراه دارد. ترکیب شیمیایی حمام الکترولیت بسیار حائز اهمیت بوده و ناخالصی های موجود در آن می تواند رسوب پودر بر سطح کاتد را با وقفه مواجه سازد. علاوه بر این روش مذکر تنها برای تولید پودرهای فلزی( غیر آلیاژی ) قابل استفاده می باشد. همچنین تمیز کردن و آماده سازی پودر تولید شده برای فرایند های بعدی می تواند هزینه تولید را به میزان زیادی افزایش دهد.

واژه های کلیدی: متالورژی پودر، روش شیمیایی، روش الکترولیتی، روش پاشش

فهرست مطالب

پیشگفتار   ۵
مقدمه   ۸
۱-۱- روشهای مکانیکی تولید پودر   ۱۰
۱-۱-۱-  روش ماشین کاری   ۱۰
۲-۱-۱- روش خرد کردن   ۱۱
۳-۱-۱- روش آسیاب   ۱۲
۴-۱-۱- روش ساچمه ای کردن   ۱۳
۵-۱-۱- روشدانه بندی باگرانوله کردن   ۱۳
۶-۱-۱- روش اتمایز کردن   ۱۳
۷-۱-۱- تولید پودر با روش مانسمن   ۱۵
تولید پودر به روش شیمیایی   ۱۷
۱-۲-۱ روش احیاء    ۱۷
۲-۲-۱ روش رسوب دهی (  ته نشین سازی از مایع)    ۱۸
۳-۲-۱- روش تجزیه گرمایی   ۱۹
۴-۲-۱- روش رسوب از فاز گازی   ۲۰
۵-۲-۱- روش خوردگی مرزدانه ها   ۲۱
تولید پودر به روش الکترولیتی    ۲۴
تولید پودر به روش پاشش   ۲۶
۴-۱-۱- پاشش با گاز   ۲۶
۲-۴-۱- پاشش آبی   ۲۸
۳-۴-۱-پاشش گریز از مرکز   ۲۸
۱-۲ : ریخته گری دوغابی یا Slip Casting   ۲۹
تراکم با سیستم چند محوری   ۳۳
تراکم در قالبها   ۳۴
۲-۲-۲- متراکم کردن با لرزاندن ( ویبره ای )   ۳۴
۳-۲-۲- متراکم کردن سیکلی ( نیمه مداوم)   ۳۶
۴-۲-۲- متراکم کردن به روش ایزواستاتیک   ۳۷
۵-۲-۲- متراکم کردن با نورد   ۳۸
۲-۴ : تزریق در قالب یا injection molding   ۴۲
مواد آلی افزودنی   ۴۳
مخلوط کردن ذرات پودر با مواد آلی   ۴۵
نحوه تزریق در قالب   ۴۵
محدودیتهای روش تزریق   ۴۶
کاربرد کاربید سمانته شده   ۴۹
II- الماس مصنوعی   ۴۹
تولید ابزار از الماس مصنوعی   ۵۰
III- تولید یاقاقانهای خود روغن کار   ۵۱
آنالیز شیمیایی یاتاقانهای خود روغن کار   ۵۳
یاتاقانهای برنزی زینتر شده   ۵۳
iv- تولید پودر برای روکش الکترودها   ۵۵
روکش الکترودها   ۵۶
کنترل خواص سرباره   ۵۷
کیتفیت رسوب جوش   ۵۷
قابلیت چسبندگی با اکستروژن   ۵۸

مقدمه

در قرن بیستم و در سالهای اخیر، تکنیک متالورژی پودر بطور جدی تر،‌ مورد توجه قرار گرفته و جای خود را به اندازه کافی در صنعت باز کرده است بطوری که در حال حاضر می توان آن را به عنوان یکی از تکنیک های جدید متالورژی به حساب آورد. البته قدمت تولید قطعات با پودر به بیش از پنج هزار سال پیش می رسد، درآن زمان کوره هایی که بتوانند حرارت لازم را برای ذوب فلزات ایجاد کند، وجود نداشتند. روش معمول، احیا سنگ معدن با ذغال چوب بود و محصولی که به دست می آمد نوعی فلز اسفنجی بود که در حالت گرم با چکش کاری امکان شکل دهی مطلوب داشت.

هم اکنون، ستونی آهنی با وزنی حدود شش تن در شهر دهلی وجود دارد که در هزار وششصد سال پیش با همین روش تهیه شده است . در اواخر قرن هیجدهم و لاستون

( wollaston ) کشف کرد که می توان پودر فلز پلاتین را که در طبیعت به صورت آزاد شناخته شده بود، پس از تراکم و حرارت دادن، درحالت گرم با چکش کاری شکل داد. ولاستون جزئیات روش خود را درسال ۱۸۲۹ منتشر کرد و اهمیت فاکتورهای نظیر اندازه دانه ها، متراکم کردن پودر با وزن مخصوص بالا و اکتیویته سطحی و غیره.. را توضیح داد.

همزمان با ولاستون وبطور جداگانه متالوریست بر جسته روسی پیومتر زابولفسکی

( pyotrsobolevsky ) در یال ۱۸۲۶، از این روش برای ساختن سکه ها و نشان ها از جنس پلاتین استفاده کرد. در نیمه دوم قرن نوزدهم، متخصصین متالورژی به روشهای روب فلزات با نقطه روب بالا دست یافتند و همین مسئله باعث شد که مجدداً  استفاده از متالورژی پودر محدود شود،‌ هر چند تقاضا برای تولید قطعاتی مانند تنگستن از طریق  متالورژی پودر فلز، تلف شده به مراتب کمتر از سایر روشهاست و حتی می توان گفت وجود ندارد. دراین مورد، بطوری که تجربه نشان می دهد،‌ هر یک کیلوگرم محصول ساخته شده باروش متالورژی پودر، معادل است با چند کیلو گرم محصول ساخته شده با سایر روشهای شکل دادن نظیر برش و تراشکاری،  چون در روشهایی نظیر تراشکاری مقادیر زیادی از فلزبه صورت براده در می آید که تقریباً غیر قابل استفاده است. علاوه بر آن یک کیلو گرم از مواد ساخته شده بوسیله روشهای متالورژی پودر می تواند کار ده ها کیلو گرم فولاد آلیاژی ابزار را انجام دهد.

روش پاشش نظر به نقشاساسی آن در رشد متالورژی پودر، در مقایسه با روشهای دیگر با تفصیل و بسط بیشتری بررسی خواهد شد.

۱-۱- روشهای مکانیکی تولید پودر

۱-۱-۱-  روش ماشین کاری

ماشین کاری کردن فلزات در حالات خاصی انجام می شود، زیرا پودر حاصل از این روش دارای دانه های زبر درشت با لبه های تیز است. این پودر سخت قالب گیری می شود وقطعه پرس شده آن خیلی متخلخل و دارای استحکام خام پایین است. آسیاب کردن این پودر در آسیابهای گلوله ای قابلیت فشرده شدن را بهتر می کند،  هر چند باعث افزایش کار سختی می شود که باید قبل از متراکم کردن آینل شود. یکی از موارد عمده استفاده از ماشین کاری تولید پودر منیزیم برای مقاصد آتش زایی است،‌ حالت انفجاری این پودر مانع استفاده از روشهای دیگر می شود. با استفاده از ماشین کاری و تولید براده های نسبتاً‌ زبر و درشت خطر به طور قابل ملاحظه ای کم می شود. وقتی براده ها در آسیاب از اتمسفر خنثی درآسیاب از ترکیب ذرات پودر و اکسیژن هوا جلوگیری می کند. و مانع انفجار می شود. تخلیه پودر از آسیاب نباید  به نحوی باشد که پودر فوراً در تماس با هوا قرار گیرد و باعث احتراق شود. اگر آسیاب کردن در مجاورت هوا انجام شود،‌ باید جدار آسیاب و نوع گلوله طوری باشد که از جرقه زدن  جلو گیری شود.

لحیم های نقره و بعضی از آلیاژهای مورد استفاده در دندان پزشکی از طریق ماشین کاری تهیه  می شوند. روش ماشین کاری، گران است و این روش فقط وقتی بکار گرفته می شود که روشهای دیگر قابل استفاده نباشد. مثل تهیه پودر منیزیم یا در مواقعی که قیمت فلز بسیار گران است و قیمت ماشین کاری ناچیز به حساب می آید،‌ مثل تولید آلیاژ های دندان پزشکی.

۲-۱-۱- روش خرد کردن

خرد کردن فلزات به آسیاب کردن شبیه است و با توجه به چکش خواری آنها از خرد کن های تکی و چکشی  وغیره استفاده می شود. معدودی از فلزات به قدر کافی ترد و شکننده هستند. ( مانند برلیوم آلیاژ Mg ،Al اسفنج های فلزی که از راه احیای اکسید ها با الکترولیز به دست آمده اند) و به آسانی خرد می شوند. بعضی از فلزات را می توان ترد کرد تا آسانتر خرد شوند . با افزودن گوگرد یا ناخالصیهای دیگر یک لایه ترد در مرز دانه ها رسوب می کند وعمل خرد کردن را آسان می کند. اندازه ذرات پودر خرد شده مشابه دانه های قطعه ریخته گری شده است فلزات گروه VA.IVA ( سر گروه های در جدول مندلیف (C )،VA (A ) IV هستند) با حرارت دادن در محیط هیدروژن ترد می شوند ( H₂ بعداً خارج می شود)‌ هیدراتهای تردی که ببه این طریق به دست می آیند به آسانی پودر می شوند. پودرهای به دست آمده معمولا زاویه ای هستند و باید آسیاب شوند.

۳-۱-۱- روش آسیاب

واژه آسیاب کردت به پروسه هایی اطلاق می شود که در آن نیروی ضربه ای به مواد خرد شدنی وارد می شود. در بعضی از این روشها مانند آسیاب گلوله ای، پودر با گلوله های آسیاب که سخت و مقاوم در مقابل فرسایش اند برخورد می کند و به رزات ریز تبدیل می شود. نوع آسیابها، لرزشی و یا دورانی هستند تجربه نشان داده است که آسیابهای لرزشی راندمان بیشتری دارند و در مقایسه با آسیا بهای دوار در زمان کوکتاه تری عمل کرد را انجا م می دهند. در روشHametag با یک ونتیلاتور به ذرات پودر سرعت زیادی داده می شود تا به یکدیگر برخورد کنند.

در روشMicronizer  جت های گاز با سرعت زیاد ذرات را به همدیگر و یا به سطحی پرتاب می کنند. خرد کردن فلزات چکش خوار فقط زمانی عملی می شود که فلز با عمل کار سختی ترد وشکننده شده باشد. در آسیاب مرطوب با افزودن فعال ساز، به اکتیو کردن سطح کمک کرده و از چسبندگی ذرات جلوگیری می کنند که باعث ریزی ذرات می شود. بهترین عامل آلی اکتیو کردن سطح اسید- استثاریک است که با استفاده از آن ذرات به اندازه متوسط ۳% میکرون به دست می آید. بااستفاده از پتاسیم فریک سیانید به عنوان فعال ساز پودر فلزاتی چون آهن، نیکل ، مس، و کروم با ابعاد ریز میکرون به دست می آید .

۴-۱-۱- روش ساچمه ای کردن

با عبور مواد مذاب از روی صفحه ای مشبک یا وسیله ای مشابه آن جریان فلز مذاب به قطرات زیادی تبدیل می شود. اگر این قطرات در حال سقوط آزاد سخت و منجمد شوند، ذرات کروی ( ساچمه ای ) به دست می آید.

۵-۱-۱- روشدانه بندی باگرانوله کردن

اگر انجماد در اثر تماس با آب حاصل شود دانه های نامنظم تولید می شود( مانند تولید سر باره دانه بندی شده در ذوب آهن اصفهای)  دانه ها نامنظم و درشت اند و به آسیاب کردن احتیاج دارند تا برای مصرف مناسب تر شوند.

۶-۱-۱- روش اتمایز کردن

در این روش فلز مذاب را با فشار یا سقوط آزاد از دهانه ای خارج می کنند مذاب با جتی تحت فشار برخورد می کند و در نتیجه فلز مایع متلاشی شده و به صورت ذاتی پراکنده می شود. اندازه ذرات به پارامترهای اتمایز کردن ( فشار،‌ شکل فطراگذاب، درجه حرارت و … )‌بستگی دارد.

شکل ذرات در سرد کردن سریع،‌ نامنظم و در سرعتهای کمتر کروی است. سرعت مذاب که از دهانه نازل خارج  می شود از طریق  فرمول ذیل به دست می آید:

عدد ثابت که  شکل دهانه = C    m/sec  سرعت =  ۹٫۸m/sec²   V

شتاب ثقل =  فشار مذاب خروجی = p1    kg/cm²فشار اتمسفر = p2

Gr/cm²وزن مخصوص فلز =

متلاشی شدن مذاب خروجی بستگی به سرعت خروج  و شکل دهانه فازل دارد. با ازدیاد سرعت نسبی گاز و ناب درجه اتمایز شدن افزایش می یابد. به همین جهت دهانه ها را طوری می کنند که سرعت نسبی را زیاد کند(‌ شکل ۳ ) بر اساس تحقیقات

Ohnesorge سرعت لازم برای متلاشی شدن مذاب به عدد رینولد ( Reynold ) بستگی دارد و در صورتی که این عدد از مقادیر معینی بیشتر باشد. مذاب متلاشی خواهد شد. عدد رینولد با رابطه زیر تبدیل می شود:

عدد رینولد= R     وزن مخصوص فلز مذاب=

سرعت = V  قطر = d ویسکوزیته سیال=

ساختمان دستگاه می تواند به صورتی باشد که مایع بطور افقی یا عمودی خارج شود. اتمایزکردن با توجه به نوع و خواص پودر مورد احتیاج در هوا،‌ اتمسفر محافظ یا خلاء انجام می شود. اتمایز کردن در خلاء از نظر درجه خلوط پودر بسیار خوب است ولی از لحاظ اقتصادی گران می باشد.

معمولاً اتمایز کردن در هوا یا اتمسفر محافظ انجام میشود و در چنین مواردی متلاشی شدن به سرعت نسبی برخومرد مذاب بستگی دارد. پس می توان مذاب را با سرعت کمی خارج کرد و گاز را با سرعت زیاد ( توسط جت) به آن دمید. جت ها می توانند به صورتهای مختلفی موازی یا عمودی، هم جهت یا غیر هم جهت و … قرار بگیرند.

ولی آنچه مهم است ایجاد سرعتی نسبتاً زیاد می باشد که موجب متلاشی شدن مذاب شود از این روش برای تهیه پودر آلیاژ هایی مانند برنز استفاده می شود.

۷-۱-۱- تولید پودر با روش مانسمن

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .