المعرفة

متالورجيا المساحيق

Waleed Khalifa.jpg وليد خليفة
ساهم بشكل رئيسي في تحرير هذا المقال

متالورجيا المساحيق (Powder Metallurgy) هو فرع من علم الفلزات (المتالورجيا) يتناول كيفية إعداد المساحيق الفلزية وتصنيعها ودراستها علمياً وتطبيقياً. ويهتم بتصنيع السبائك من مساحيق مكوناتها وذلك بخلطها و كبسها (تدميجها) في شكل المنتج المطلوب ثم تلبيدها. و يستخدم هذا الأسلوب إما لاستحالة إنتاج السبائك بالصهر لعدم امتزاج مكوناتها في الحالة السائلة أو لصعوبة صهرها.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التاريخ

يعود تاريخ تعدين الأذرة أو المساحيق إِلى نحو 3000 سنة قبل الميلاد, عندما ابتكر قدماء المصريين طرائق من هذا القبيل لتصنيع بعض الأدوات والأسلحة التي كانوا يستعملونها. غير أن التطور الفعلي في هذا المجال لم يتحقق إِلاّ في مطلع القرن التاسع عشر, عندما أدت تجارب وليم هايد وُلاستون William Hyde Wollaston إِلى الحصول على البلاتين الصلب, فكان ذلك بداية استخدام طرائق جديدة للحصول على قطع معدنية صلبة من الأذرة المعدنية, تطورت مع الزمن, وازدادت سرعة تطورها في منتصف القرن العشرين مع زيادة متطلبات الصناعة الحديثة, حتى غدت الآن من التقنيات المهمة في صناعة الكثير من القطع التي يستحيل أحياناً, أو يكون من الصعب وغير الاقتصادي أحياناً أخرى, الحصول عليها بطرائق التعدين المعروفة, كالحصول على قطع ذات مسامية عالية ومتجانسة التوزيع في جسم القطعة, أو صناعة خليطة من معدنين أو أكثر من المعادن غير القابلة للامتزاج وتشكيل محاليل سائلة أو صلبة, مثل الفضة والتنغستن اللذين تصنع منهما خليطة تستخدم في صناعة قطع التماس في القاطعات الكهربائية المعرضة لأحمال كبيرة, أو لصنع خليطة من مواد معدنية مع مواد غير معدنية, مثل الأمينت asbestos والميكا وبعض الأكاسيد, لصنع مواد احتكاكية ذات عوامل احتكاك كبيرة لاستعمالها في صنع أقراص الفصل والوصل في أجهزة نقل الحركة cluch- discs ونعال شكائم الكبح brake shoes المستعملة في وسائط النقل, كما استطاعت التقنيات الحديثة حل مشكلة تصنيع القطع والمواد الكبيرة المقاومة للحرارة من معادن أو خلائط أو مركبات معدنية عالية درجات الانصهار تزيد على 2000 درجة مئوية, ولا غنى عنها في تصنيع بعض القطع اللازمة في صناعة العنفات وبعض تجهيزات المفاعلات الذرية وغيرها.


الكبس متوازن الضغوط للمساحيق

Isostatic powder compacting is a mass-conserving shaping process. Fine metal particles are placed into a flexible mould and then high fluid pressure is applied to the mold, in contrast to the direct pressure applied by the die faces of a die pressing process. The resulting article is then sintered in a furnace which increases the strength of the part by bonding the metal particles. This manufacturing process produces very little scrap metal and can be used to make many different shapes. The tolerances that this process can achieve are very precise, ranging from +/- 0.008 inches (0.2 mm) for axial dimensions and +/- 0.020 inches (0.5 mm) for radial dimensions. This is the most efficient type of powder compacting (the following subcategories are also from this reference).[1] This operation is generally only applicable on small production quantities, although the cost of a mold much lower than that of pressing dies it is generally not reusable and the production time is much longer.[2]

Compacting pressures range from 15,000 psi (100,000 kPa) to 40,000 psi (280,000 kPa) for most metals and approximately 2,000 psi (14,000 kPa) to 10,000 psi (69,000 kPa) for non-metals. The density of isostatic compacted parts is 5% to 10% higher than with other powder metallurgy processes.

المعدات

There are many types of equipment used in isostatic powder compacting. There is the mold containing the part, which is flexible, a flexible outer pressure mold that contains and seals the mold, and the machine delivering the pressure. There are also devices to control the amount of pressure and how long the pressure is held. The machines need to apply pressures from 15,000 to 40,000 pounds per square inch (100 to 280 MPa) for metals.

الإمكانيات الهندسية

Typical workpiece sizes range from 0.25 in (6.35 mm) to 0.75 in (19.05 mm) thick and 0.5 in (12.70 mm) to 10 in (254 mm) long. It is possible to compact workpieces that are between 0.0625 in (1.59 mm) and 5 in (127 mm) thick and 0.0625 in (1.59 mm) to 40 in (1,016 mm) long.

أسلوب الماكينة

Isostatic tools are available in three styles, free mold (wet-bag), coarse mold (damp-bag) and fixed mold (dry-bag). The free mold style is the traditional style of isostatic compaction and is not generally used for high production work. In free mold tooling the mold is removed and filled outside the canister. Damp bag is where the mold is located in the canister, yet filled outside. In fixed mold tooling, the mold is contained within the canister, which facilitates automation of the process.

الكبس الساخن متوازن الضغوط

المقالة الرئيسية: الكبس الساخن متوازن الضغوط

Hot isostatic pressing (HIP) compresses and sinters the part simultaneously by applying heat ranging from 900 °F (480 °C) to 2250 °F (1230 °C). Argon gas is the most common gas used in HIP because it is an inert gas, thus prevents chemical reactions during the operation.

الكبس البارد متوازن الضغوط

Cold isostatic pressing (CIP) uses fluid as a means of applying pressure to the mold at room temperature. After removal the part still needs to be sintered. It is helpful in distributing pressure uniformly over the compaction material contained in a rubber bag.

اعتبارات التصميم

Advantages over standard powder compaction are the possibility of thinner walls and larger workpieces. Height to diameter ratio has no limitation. No specific limitations exist in wall thickness variations, undercuts, reliefs, threads, and cross holes. No lubricants are need for isostatic powder compaction. The minimum wall thickness is 0.05 inches (1.27 mm) and the product can have a weight between 40 and 300 pounds (18 and 136 kg). There is 25 to 45% shrinkage of the powder after compacting.

طرائق الحصول على الأذرة المعدنية

تختلف الطرائق المتبعة في الحصول على الأذرة أو المساحيق باختلاف طبيعة المعدن وكيفية وجوده وطبيعة الأذرة المراد تحضيرها والخواص التي يجب أن تتوافر فيها, إِضافة إِلى خواص القطع التي ستنتج من هذه الأذرة. فالطرائق المتبعة قد تكون ميكانيكية أو فيزيائية أو كيمياوية.


الطرائق الميكانيكية

وتتبع للحصول على مساحيق المعادن الهشة مثل بعض الخلائط الحديدية والحديد الصب الأبيض وأكاسيد المعادن وبعض الخلائط الخاصة, وتستعمل في هذا المجال الطواحين ذوات الكرات أو الطواحين الهزازة أو الطواحين الدوامية التي تحدث فيها دوامات هوائية تؤدي إِلى اصطدام حبيبات المادة بعضها ببعض وتطحن أو تسحق ذاتياً. ومن الطرائق الميكانيكية تلك التي يلجأ إِليها لتذرير المعدن المصهور أو تقطيعه على شكل قطرات في أثناء صبه في أحواض مائية ليتجمد على شكل حبيبات معدنية.

الطرائق الفيزيائية

إِن أكثر الطرائق الفيزيائية شيوعاً للحصول على الأذرة المعدنية هي طريقة التحليل الكهربائي الذي يمكن أن يتم باستعمال المحاليل المائية لأملاح المعادن أو الأملاح المعدنية المصهورة لبعض المعادن النادرة. ويتم التحليل في حوض يحتوي محلولاً مائياً لأحد أملاح المعدن المراد تذريره, ويكون المصعد مصنوعاً من هذا المعدن. وبإِمرار التيار المناسب تبدأ ذرات المصعد بالتشرد في المحلول لتنتقل وتترسب على المهبط على شكل صفائح هشة سهلة التفتيت, أو على شكل حبيبات ناعمة يختلف حجمها باختلاف كثافة التيار الكهربائي المستخدم. ويمكن بالتحليل الكهربائي الحصول تقريباً على أذرة المعادن كافة. غير أن هذه الطريقة تقتصر على الحصول على الأذرة الضرورية في صنع بعض القطع التي تحتاج في تصنيعها إِلى أذرة نقية خالية من الشوائب لبعض المعادن كالنحاس والفضة والنيكل, أو في الحصول على أذرة بعض المعادن النادرة مثل الزركونيوم والثوريوم والتيتانيوم.

ويمكن الحصول على أذرة المعادن ذات درجات الانصهار المنخفضة بطريقة التكثيف, وذلك بصهر المعدن وتبخيره, ثم تمرير أبخرته على سطوح مبرَّدة, فتتكاثف على شكل حبيبات كروية ناعمة, ذات قابلية جيدة للتشكيل والتلبيد sintering.

الطرائق الكيمياوية

وتضم مجموعة من الطرائق, منها ما هي كيمياوية فيزيائية أو كيمياوية ميكانيكية, ومنها ما هي كيمياوية صرف وأهمها:


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الطريقة الكربونيلية

تعتمد هذه الطريقة على كون الكثير من المعادن, وضمن شروط معينة, يمكن أن تتحد مع أول أكسيد الكربون مكونة مركباً كيمياوياً يسمى بالكربونيل

carbony1


Me(CO)n


D


Me + nCO

وهو مركب غير ثابت يمكن أن يتفكك بسهولة إِلى أول أكسيد الفحم والمعدن الصافي الذي يترسب على شكل حبيبات نقية, يمكن التحكم في حجومها عن طريق التحكم في شروط التفكك.

طريقة الهدرجة

إِن أكثر المعادن إِذا ما سخنت إِلى درجة حرارة واقعة ما بين 300 و 800 درجة مئوية, تصبح ذات قابلية كبيرة للاتحاد مع الهدروجين لتكوّن مركباً يسمى هدريد المعدن, وهذا المركب هش, سهل التفتيت. وتتم العملية بتسخين المعدن (الذي يكون على شكل قطع صغيرة) إِلى درجة الحرارة اللازمة, ضمن جو من غاز الهدروجين ليتشكل هدريد المعدن, الذي يجرش ويطحن, ثم يعاد تسخينه من جديد في جو مفرغ من الهواء لتخليصه من الهدروجين. فيُحصل على حبيبات ناعمة من المعدن النقي, ذات قابلية للكبس والتلبيد.

طريقة الإِرجاع (الاختزال)

وهي أكثر طرائق الحصول على الأذرة شيوعاً لغزارة إِنتاجها وقلة تكاليفها إِذ يمكن بوساطتها الحصول على أذرة المعادن من أكاسيدها مباشرة, كما يمكن الاستفادة من مخلفات بعض العمليات التقنية, مثل قشور الصدأ الناتجة من تطريق المنتجات الحديدية وسحبها. ويتم الاختزال بوساطة مواد اختزال ذات قابلية كبيرة للتفاعل مع الأكسجين من المعدن المراد اختزاله, ويمكن أن تكون صلبة مثل الفحم والصوديوم والكلسيوم والمغنزيوم, أو غازية مثل الهدروجين و أول أكسيد الكربون وغاز النشادر.

طريقة الكربدة

أي إِضافة الفحم إِلى أذرة المعدن عندما تكون الغاية هي الحصول على أذرة كربيد هذا المعدن بدلاً من أذرة المعدن الصافي, وتتم العملية في درجات حرارة مرتفعة وضمن جو خاص يقي الفحم من الاحتراق والمعدن من التأكسد. وكثيراً ما تدمج عمليتا الاختزال والكربدة في عملية واحدة ليتم الحصول على أذرة كربيد المعدن من أكاسيده مباشرة.

الانقسام الذري

Powder compaction

 
Rhodium metal: powder, pressed pellet (3*105 psi), remelted
Typical workpiece materials
Workpiece material Density (grams/cc) Yield strength (psi) Tensile strength (psi) Hardness (HB)
الحديد 5.2 to 7.0 5.1*103 to 2.3*104 7.3*103 to 2.9*104 40 to 70
Low alloy steel 6.3 to 7.4 1.5*104 to 2.9*104 2.00*104 to 4.4*104 60 to 100
سبائك الصلب 6.8 to 7.4 2.6*104 to 8.4*104 2.9*104 to 9.4*104 60 and up
الفولاذ المقاوم للصدأ 6.3 to 7.6 3.6*104 to 7.3*104 4.4*104 to 8.7*104 60 and up
البرونز 5.5 to 7.5 1.1*104 to 2.9*104 1.5*104 to 4.4*104 50 to 70
النحاس 7.0 to 7.9 1.1*104 to 2.9*104 1.6*104 to 3.5*104 60

الضغط البارد

Design considerations

Isostatic pressing

التكلس

قالب:Sync

Continuous powder processing

Extrusion Temperatures Of Common Metals And Alloys
Metals and alloys Temperature of extrusion, K °C
Aluminium and alloys 673-773 400-500
Magnesium and alloys 573-673 300-400
Copper 1073–1153 800-880
Brasses 923-1123 650-850
Nickel brasses 1023–1173 750-900
Cupro-nickel 1173–1273 900-1000
Nickel 1383–1433 1110–1160
Monel 1373–1403 1100–1130
Inconel 1443–1473 1170–1200
Steels 1323–1523 1050–1250

Shock (Dynamic) Consolidation

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

منتجات خاصة

معادن الطين


خواص الأذرة

يضاف إِلى الخواص الفيزيائية والكيمياوية لأذرة المعادن بعض الخواص التكنولوجية التي تُعد مهمة, لتأثيرها الكبير في العمليات التكنولوجية اللاحقة التي يتم بموجبها تصنيع القطع الجاهزة من هذه الأذرة, وأهم هذه الخواص مايلي:

الوزن النوعي

يحدد الوزن النوعي كثافة الأذرة, وحجم ما تشغله أذرة المعدن فعلاً من الحجم الكلي الذي تحتله, وثم حجم الفراغات المتكونة بين حبيبات المعدن, وتتعلق هذه الخاصة بخواص أخرى أهمها: حجم حبيبات الأذرة وتركيبها الحبيبي, وانتظام شكلها, ونعومة سطحها.

الانسيابية

وهي قابلية حبيبات الأذرة لملء أجزاء القالب, ولهذه الخاصة أثر كبير في سرعة الكبس, ولاسيما عند التشكيل الآلي, وهي خاصة معقدة تتعلق بعدة عوامل منها: الوزن النوعي, والنسب المنخلية لحجوم الحبيبات (البنية الحبيبية), وأشكال الحبيبات ونعومة سطحها.

قابلية الكبس

أي قابلية الأذرة للتشكل والاحتفاظ بالشكل والأبعاد الداخلية للقالب عندما تتعرض لقوة كبس ضاغطة خارجية. وتتعلق هذه الخاصة بالكثير من العوامل منها: شكل الحبيبات وحجمها وقساوتها وقابليتها للتشكيل اللدن وغيرها.

شكل حبيبات الأذرة

تختلف أشكال الحبيبات باختلاف طبيعة المعدن وطريقة الحصول على أذرته, فيمكن للحبيبات أن تكون كروية أو بيضية أو متعددة السطوح أو قرصية أو إِبرية أو غصنية.

البنية الحبيبية للأذرة

أي نسب الحجوم المختلفة للحبيبات, إِذ غالباً ماتكون حبيبات المسحوق الواحد غير متجانسة في حجومها. ويتم تحديد البنية الحبيبية بأخذ عينة (وزن محدد) من المسحوق وتحليلها منخلياً, بنخلها على سلسلة نظامية من المناخل المتدرجة في صغر فتحاتها, ثم حساب النسب المئوية للكميات المتقاربة في حجومها والمتبقية فوق كل من المناخل والمترسبة تحت المنخل الأخير, ويمكن أن يراوح حجم حبيبات الأذرة بين أقل من 0,5 مكرون و500 مكرون.

السطح النوعي للحبيبات

وهو مجموع مساحات سطوح الحبيبات في واحدة الحجم أو واحدة الوزن ويتعلق هذا السطح بشكل الحبيبات وبنيتها الحبيبية.

تركيب الأذرة

إِن الخليط الواحد من الأذرة المعدة للتصنيع, قد يكون أذرة لمعدن واحد, أو حاوياً بعض الشوائب, وقد يكون مؤلفاً من معدنين أو أكثر, أو من معدن مع مركبات معدنية أو مواد غير معدنية وذلك بحسب نوعية القطع المراد تصنيعها من هذه الأذرة.

العمليات التكنولوجية في صناعة منتجات الأذرة المعدنية

بعد الحصول على أذرة المعادن أو مساحيقها, تجرى عليها سلسلة من العمليات التقنية يتم بنتيجتها الحصول على قطع جاهزة أو نصف جاهزة للاستعمال في الصناعة, والتي غالباً ما تسمى بمنتجات الخزف المعدني. وأهم هذه العمليات مايلي:

تحضير الخليط

وهي العملية الأساس في صناعة منتجات الأذرة المعدنية, ولها الأثر الكبير في منح المنتج خواصه النهائية وتختلف طرائق التحضير باختلاف طبيعة الأذرة ونوعية الشوائب الموجودة فيها والطرائق المتبعة في الحصول على الأذرة, ومدى التباين في الوزن بين مكونات الخليط عندما يُراد أن يكون الخليط مؤلفاً من مواد مختلفة, وغير ذلك من العوامل التي, بالإِضافة إِلى علاقتها بالخواص المطلوب توافرها في المنتج, تحدد نوع العمليات الأولية التي يجب إجراؤها وأهمها:

تنظيف الأذرة من الشوائب غير المرغوب فيها

ويتم ذلك بطرائق تختلف باختلاف طبيعة هذه الشوائب وطبيعة المعدن الأساس, فقد تكون طرائق كيمياوية أو هدروميكانيكية أو مغنطيسية.

المعالجة الحرارية

تجري في بعض الأحيان عملية تطرية أو تلدين لتخليص الأذرة من القساوة التي اكتسبتها من عمليات الطحن أو غيرها وذلك لتحسين قابلية الأذرة للكبس والتشكل اللدن.

التنسيق أو التصنيف الحبيبي

أي فصل الحبيبات الخشنة عن الناعمة, أو بالأحرى فصل الحبيبات إِلى مجموعات بحسب حجومها, ثم إِعادة خلطها بتركيب حبيبي معين.

مزج الخليط

وتستعمل لهذه الغاية خلاطات ذات أشكال مختلفة, الغاية من استعمالها توزيع الحبيبات توزيعاً منتظماً فيما بينها, ويكون الخلط جافاً أو رطباً, وتستعمل طريقة الخلط الرطب على نحو خاص في خلط الأذرة المركبة والحاوية أكثر من مكون واحد, ولاسيما عندما يكون التفاوت في الوزن النوعي بين مكونات الخليط كبيراً, ويستخدم للخلط الرطب كل من الغول (الكحول) والبنزين والماء المقطر والغليسرين وغيرها. التحبيب:

من أجل الحفاظ على تجانس الخليط وزيادة انسيابيته وقابليته للتشكل, يُلجأ إِلى تحبيب granulation الأذرة, وذلك بتكوين تجميعات وقتية الثبات مكونة من عدد كبير من الأذرة المتناهية في الصغر, ويستعان لهذه الغاية بمواد رابطة تساعد في الوقت نفسه على انزلاق الحبيبات بعضها على بعض عند عملية الكبس, ويمكن التخلص منها بسهولة عند عملية التلبيد من دون أن تترك أثراً ضاراً في المنتج. وأهم هذه المواد: البرافين والشمع والمطاط الصناعي والكافور وغيرها من بعض السوائل العضوية.

التكتيل

تطلق كلمة التكتيل compacting على عمليات ضغط الحبيبات بعضها مع بعض لتكوين كتل صلبة متماسكة, وغالباً ما تتواكب هذه العملية مع إِعطاء الكتلة الصلبة الشكل النهائي للقطعة التي ستكون فيما بعد جاهزة للاستعمال, فتكون عملية التكتيل هذه أيضاً عملية تشكيل. وأكثر الطرائق اتباعاً لتحقيق الغايتين معاً, هي طرائق الكبس ضمن قوالب يتفق شكل الفراغ الداخلي فيها مع شكل القطعة المراد إِنتاجها, ويمكن أن يتم كبس الخليط من جهة واحدة أو من عدة جهات, وعندها يكون في المكبس أكثر من جزء واحد متحرك, كما يتوافر فيه إِمكان تطبيق ضغوط مختلفة على الأجزاء المختلفة للقطعة, ولاسيما في القطع ذات الأشكال المعقدة أو السماكات المتباينة. ويتم تماسك حبيبات الأذرة بالكبس من جرّاء تضييق الفراغات بين الحبيبات, وزيادة أسطح التلامس بينها وتداخلها الذي يسببه التشوه اللدن للحبيبات. والتشكيل بالكبس يمكن أن يكون كبساً حتى ضغط محدد أو كبساً حتى حجم محدد, وفي كلتا الحالتين يجب أن يتم تقدير كمية الخليط بدقة وإِلاّ فسوف يحصل تباين في المقاييس بين قطعة وأخرى في الحالة الأولى, وتباين في الكثافة في الحالة الثانية.

التكتيل بالكبس الهدروستاتي

تستعمل هذه الطريقة للحصول على قطع نصف جاهزة, بسيطة الشكل وغير دقيقة الأبعاد, وذلك بوضع الكمية اللازمة من الأذرة ضمن غلاف مرن, ثم وضعها ضمن سائل يطبق عليه ضغط معين, فيكون تأثير هذا الضغط موزعاً على الغلاف الحاوي الأذرة من جوانبه كافة, ومن ميزات القطع المصنعة بهذه الطريقة, التجانس في الكثافة بين أجزاء القطعة.

التكتيل بالتطريق والسحب على البارد

تتبع هذه الطريقة لإِنتاج القضبان والشرائط والصفائح, وذلك بتقديم الأذرة باستمرار بين أسطوانتين متوازيتين أفقياً, تحتويان أثلاماً تعطي المنتج شكله المطلوب.

التكتيل بالتطريق والسحب على الساخن

وتتبع هذه الطرائق عندما يراد الحصول على قطع نصف جاهزة ذات كثافة عالية. ويتم ذلك بوضع الخليط من المساحيق أو الأذرة في وعاء مرن محكم الإِغلاق, وتسخينه إِلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة التلبيد, ثم تعريضه للتطريق والسحب مع الوعاء المحتوي عليه.

الصب الانزلاقي

وهي طريقة حديثة تتبع في تشكيل بعض القطع ذات الأشكال المعقدة ومن أذرة فائقة النعومة, إِذ تضاف الأذرة إِلى سائل ما لتشكيل محلول مغلّق suspension, ثم يصب المحلول في قالب مساميّ من الفخار أو الجبس فيتسرب السائل من خلال المسام وتتكاثف الأذرة ويتداخل بعضها مع بعض لتكون قطعة متماسكة, تجفف ثم تلبّد.

الكبس على الساخن

إِن عمليات التكتيل والتشكيل والتلبيد يمكن اختصارها بعملية واحدة, وهي كبس الأذرة في قوالب التشكيل بعد تخسين هذه القوالب إِلى درجة حرارة عالية قد تزيد في بعض الأحيان على 1000 درجة مئوية, وذلك بحسب نوع الأذرة المستعملة. ومن حسنات هذه الطريقة, التوفير في الطاقة المستهلكة في الكبس لأن الأذرة, في درجات الحرارة المرتفعة هذه, تكون ذات لدونة كبيرة وقابلية جيدة للتشكيل. وتكون القطع المنتجة ذات كثافة عالية وخواص ميكانيكية جيدة, إِلا أن استخدام هذه الطريقة بقي محدوداً, لصعوبة تصنيع قوالب التشكيل, التي يجب أن تتحمل درجات الحرارة العالية من دون أن تتآكل أو تفقد خواصها الميكانيكية.

التلبيد

بعد الانتهاء من التكتيل والتشكيل بالكبس تكون القطعة هشة, غير صالحة للاستخدام, تتفتت عند تعرضها لأي جهد خارجي. لذلك تجري لها عملية التلبيد لإِكسابها المتانة الكافية, والخواص الفيزيائية والكيمياوية اللازمة للاستخدام. والتلبيد تسخين القطعة أو المنتج إِلى درجة حرارة مرتفعة, تصل أحياناً إِلى 0.9 من درجة الانصهار المطلقة لمعدن الأذرة أو للمعدن الرئيسي في حال كون الأذرة مزيجاً من عدة مكونات.

وتعد عملية التلبيد من أكثر العمليات التكنولوجية أهمية, لتأثيرها المباشر في خواص القطعة المنتجة ومواصفاتها كافة ومدى صلاحها للاستعمال, وذلك لما تحدثه من تغيرات في بنية الأذرة. ومن أهم هذه التغيرات:

أ - تغيّر كمي وكيفي في سطوح الحبيبات وكيفية تلامسها وتداخل بعضها في بعض.

ب - التخلص من الإِجهادات الناجمة عن عملية التشكيل.

ج - إِعادة التبلور في حبيبات الأذرة ونمو البلورات, واختلاف النسبة بين حجم الفراغات المسامية والحجم الكلي للقطعة.

د - قد ينصهر واحد أو أكثر من مكونات المزيج المؤلَّف من أذرة أكثر من معدن واحد, والطور السائل الناتج قد يكون قابلاً للاندماج في بعض المكونات الصلبة على شكل محاليل صلبة, أو إِذابة بعضها في محلول سائل يتبلور فيما بعد إِلى محلول صلب أو إِلى عدة أطوار صلبة, وقد يقضي وجود الطور السائل على الفراغات المسامية كلياً أو جزئياً. وهكذا فإِن البنية الصلبة للمزيج قد تتغير كلياً, وتتغير تبعاً لذلك الخواص كافة. لهذا فإِن الحصول على البنية المطلوبة والخواص اللازمة, يتم عن طريق التحكم في العوامل الرئيسية المؤثرة في عملية التلبيد وهي درجة الحرارة التي يتم فيها التلبيد, وزمن إِبقاء المزيج في هذه الدرجة, والتركيب الغازي لجو الفرن.

منتجات تعدين الأذرة

إِن المنتجات المصنوعة بطريقة تعدين الأذرة (منتجات الخزف المعدني), كثيرة ومتنوعة, ولا يتسع المجال لحصرها, غير أنه يمكن تصنيف أهمها وأكثرها استعمالاً في مجموعات, بحسب مواصفاتها الأساسية ومجالات استعمالها وذلك على النحو التالي:

القطع ذات المسامية العالية

وتشمل الكثير من أنواع الحدبات cams وكراسي المحاور, في المحركات والمكنات التي تمتاز بعامل احتكاك صغير ومقاومة جيدة للتآكل, كما أن مساميتها العالية تسمح بتشريبها بالزيوت لتكون ذاتية التزليق أو بتسريب الغازات والسوائل إِليها لتستعمل في تصفية بعض السوائل من الشوائب العالقة بها. وأكثر المعادن والعناصر استعمالاً في هذا المجال مزيج الحديد والغرافيت, وخلائط البرونز المختلفة التي كثيراً ما يضاف إِليها الغرافيت أيضاً.

قطع الآلات وعناصرها

إِن الكثير من عناصر الآلات يكون من الصعب تصنيعها بالطرائق العادية, أو إِن كثرة العمليات التكنولوجية التي يجب أن تخضع لها تجعلها باهظة التكاليف, فيكون تصنيعها بطرائق تعدين المساحيق أو الأذرة أيسر وأقل تكلفة, ومن هذه القطع بعض أقراص نقل الحركة ومسنناتها وموانع تسرب الزيوت في محركات الاحتراق الداخلي وغيرها.

المواد والقطع الاحتكاكية

وهي مواد ذات عامل احتكاك كبير وتستطيع المحافظة عليه في درجات الحرارة المختلفة, قليلة التآكل وجيدة الناقلية للحرارة, وتصنع غالباً من أذرة معدنية تضاف إِليها مواد غير معدنية مثل الأمينت, وتستعمل في صناعة أقراص الفصل والوصل وشكائم كوابح وسائط النقل وغيرها.

أدوات القَطْع

مثل بعض أدوات قطع المعادن المصنوعة من الكربيدات القاسية لبعض المعادن, وأحجار الجلخ المستعمل في تصنيعها مسحوق الألماس.

مواد الصناعات الكهربائية

وهي كثيرة ومتنوعة, ومنها: القواطع, وفراشي تجميع التيار في المحركات والمولدات, والأسلاك المتوهجة في المصابيح والصمامات, ووشائع التسخين, والمواد المغنطيسية (العازلة والقاسية واللينة مغنطيسياً).

المواد الحرارية

وهي التي تتحمل درجات الحرارة العالية, وتختلف باختلاف درجات الحرارة التي تستعمل عندها. وتصنع هذه المواد من المعادن المقاومة للصهر مثل التنغستن والموليبدينيوم والتيتانيوم والزركونيوم, أو من بعض المركبات المعدنية, وتستخدم في المحركات النفاثة وتبطين الأفران والمفاعلات وغيرها.

المواد والسبائك ذات الاستعمالات الخاصة

وهي كثيرة ومتنوعة, منها: عناصر الوقود في المفاعلات الذرية التي أساسها أكسيد الأورانيوم, وسبائك الباريليوم المستخدمة في الصناعات الفضائية, وخلائط بعض المواد المستخدمة في طب الأسنان, وغيرها.


انظر أيضاً

المصادر

  1. ^ Todd, Robert H., Allen, Dell K., Alting, Leo1994 Manufacturing Processes Reference Guide, Industrial Press Inc., New York, ISBN 0-8311-3049-0
  2. ^ PICKPM.COM: A Powder Metallurgy Information Resource Archived 2016-07-12 at the Wayback Machine
  • An earlier version of this article was copied from Appendix 4C of Advanced Automation for Space Missions, a NASA report in the public domain.
  • F. Thummler and R.Oberacker "An Introduction to Powder Metallurgy" The institute of Materials, London 1993

جميل أبو جهجاه. "الأذرّة المعدنية (تعدين -)". الموسوعة العربية.

وصلات خارجية

تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=متالورجيا_المساحيق&oldid=2919470"