يعد تعدين المساحيق تقنية مهمة لإعداد المواد، حيث يستخدم مسحوق المعدن (أو خليط من مسحوق المعدن ومسحوق غير معدني) كمواد خام لتصنيع المواد المعدنية والمواد المركبة وأنواع مختلفة من المنتجات من خلال عمليات مثل التشكيل والتلبيد. وفيما يلي مقدمة مفصلة لمسحوق المعادن:
I. التعريف والمبدأ
تعدين المساحيق هو إنتاج مسحوق المعدن أو مسحوق المعدن كمواد خام، من خلال التشكيل والتلبيد، وتصنيع المواد المعدنية، والمواد المركبة وأنواع مختلفة من تكنولوجيا معالجة المنتجات. تتضمن العملية الأساسية تحضير المسحوق، وتشكيل المسحوق، والتلبيد والمعالجة اللاحقة. نشأت هذه التكنولوجيا في تكنولوجيا المعادن القديمة، ولكن تطوير تكنولوجيا تعدين المساحيق الحديثة بدأ في أوائل القرن العشرين، وأصبحت تدريجيا فرعا هاما من علوم المواد وتكنولوجيا الهندسة.
ثانيا. تكنولوجيا تحضير المسحوق
تحضير المسحوق هو الخطوة الأولى في تعدين المساحيق، وهناك طرق مختلفة منها:
طريقة طحن الكرة: يتم إدخال المعدن أو المركبات المعدنية في مطحنة الكرة، من خلال تأثير الكرة وتأثير الطحن لجعلها مسحوقة ناعمة.
طريقة التكسير: يتم سحق المواد الصلبة إلى مسحوق عن طريق التأثير الميكانيكي أو القص أو الاحتكاك، والتي تنطبق على مسحوق المواد الهشة.
طريقة الانحلال: يتم رش المعدن المنصهر بواسطة تدفق هواء عالي السرعة أو تيار سائل لجعله باردًا وصلبًا إلى مسحوق معدني ناعم، والذي يتميز بخصائص حجم الجسيمات الدقيقة والنقاء العالي.
طريقة الاختزال: استخدام الهيدروجين أو أول أكسيد الكربون لاختزال أكاسيد المعادن للحصول على مسحوق المعادن، مثل تحضير الحديد والنحاس والتنغستن ومساحيق المعادن الأخرى.
طريقة الاختزال الكيميائي: يتم اختزال المركبات المعدنية إلى مساحيق معدنية من خلال التفاعلات الكيميائية، وتستخدم عادة في تحضير مساحيق المعادن فائقة الدقة والمساحيق عالية النقاء.
طريقة التحلل الحراري: استخدام التحلل بدرجة حرارة عالية للمركبات المعدنية أو المركبات العضوية المعدنية لإنتاج مساحيق معدنية، تنطبق على تحضير مساحيق المعادن النشطة.
ثالثا. تكنولوجيا تشكيل المسحوق
تشكيل المسحوق هو عملية تشكيل المسحوق المحضر إلى فراغات بالشكل المطلوب من خلال وسائل تكنولوجية معينة.
الضغط البارد: قم بتطبيق ضغط عالٍ على المسحوق في درجة حرارة الغرفة لتكوين فراغ بقوة وكثافة معينة. عملية الضغط على البارد بسيطة ومنخفضة التكلفة ومناسبة للإنتاج الضخم.
الضغط الساخن: قم بالضغط على المسحوق في الحالة الساخنة، بحيث يتم تشكيله وتكلسه جزئيًا. الضغط الساخن يمكن أن يحسن كثافة وقوة المادة الفارغة، وهو مناسب لتحضير المواد عالية الأداء.
القولبة بالحقن: يتم خلط المسحوق مع مادة رابطة لتكوين ملاط سائل، ثم يتم حقنه في قالب للتشكيل. يعتبر قولبة الحقن مناسبة لتصنيع الأجزاء ذات الأشكال المعقدة والهياكل الدقيقة.
الضغط المتوازن: يتم وضع المسحوق في قالب مرن، ويتم استخدام السائل أو الغاز لتطبيق ضغط متساوي الضغط على القالب لتشكيل المسحوق بشكل موحد وكثيف. يعد الضغط المتوازن مناسبًا لتحضير الأجزاء كبيرة الحجم ذات التوحيد العالي.
الطباعة ثلاثية الأبعاد: استخدام تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد لبناء طبقة المسحوق بطبقة وتشكيل الترابط، وهو مناسب لتصنيع الهياكل المعقدة وأجزاء التصميم الشخصية.
رابعا. تكنولوجيا التلبيد
يعد التلبيد إحدى الخطوات الأساسية في تعدين المساحيق، من خلال المعالجة بدرجة حرارة عالية بحيث يتم دمج جزيئات المسحوق معًا من خلال الانتشار وإعادة البلورة والتفاعلات الكيميائية لتكوين مادة كثيفة. أثناء عملية التلبيد، يكون لدرجة حرارة التلبيد والوقت والغلاف الجوي تأثير مهم على الخواص النهائية للمادة. يمكن أن تؤدي درجة الحرارة والوقت المناسبين للتلبيد إلى تحسين كثافة المادة وقوتها، ولكن درجة الحرارة المرتفعة جدًا والوقت الطويل جدًا قد يؤدي إلى نمو الحبوب وتقصف المواد ومشاكل أخرى.
1. تلبيد المرحلة الصلبة: درجة حرارة التلبيد أقل من نقطة انصهار المكونات في جسم المسحوق، عادة عند 0.7 إلى 0.8 أضعاف نقطة الانصهار المطلقة (Tm، in ك). يتم استخدام طريقة التلبيد هذه من خلال التدفق المتبادل بين جزيئات المسحوق، والانتشار والعمليات الفيزيائية والكيميائية الأخرى، بحيث يتم تكثيف جسم المسحوق، والقضاء على بعض أو كل المسام.
2. تلبيد الطور السائل: إذا كان هناك أكثر من مكونين في قالب المسحوق، فيمكن إجراء عملية التلبيد فوق نقطة انصهار المكون، مما يؤدي إلى كمية صغيرة من الطور السائل في قالب المسحوق أثناء عملية التلبيد. يساعد ظهور الطور السائل على تسريع عملية نقل الكتلة بين جزيئات المسحوق وتعزيز تكثيف الجسم الملبد.
3. تلبيد الضغط (الضغط الساخن): في عملية التلبيد، يقوم جسم المسحوق بتطبيق الضغط لتعزيز عملية التكثيف. الضغط الساخن هو مزيج من صب المسحوق والتلبيد، وهي عملية الحصول على المنتجات مباشرة. يمكن لهذه الطريقة أن تحسن بشكل كبير كثافة وقوة الجسم الملبد.
4. تلبيد التنشيط: في عملية التلبيد، يتم اتخاذ بعض التدابير الفيزيائية أو الكيميائية، مثل إضافة المنشطات، وتغيير جو التلبيد، وما إلى ذلك، من أجل تقليل درجة حرارة التلبيد، وتقصير وقت التلبيد، وتحسين أداء التلبيد. جسم متكلس.
5. تلبيد الشرارة الكهربائية: المسحوق في عملية التشكيل والضغط بواسطة التيار المستمر والتلبيد الكهربائي النبضي، بحيث يتم إنتاج جزيئات المسحوق بين القوس للتلبيد. أثناء عملية التلبيد، يتم تطبيق الضغط تدريجيًا على قطعة العمل، والجمع بين عمليتي التشكيل والتلبيد. هذه الطريقة مناسبة لتحضير منتجات تعدين المساحيق ذات الكثافة العالية والأداء العالي.
6. اختراق الاندماج (التسلل): من أجل تحسين القوة والخصائص الأخرى للفراغ المسامي، في درجات حرارة عالية سوف يكون على اتصال مع الفراغ المسامي والمعدن السائل أو السبائك التي يمكن أن تبلل سطحه الصلب. بسبب القوى الشعرية، يملأ المعدن السائل المسام الموجودة في الفراغ. هذه العملية مناسبة لتصنيع التنغستن والفضة والنحاس والتنغستن والحديد والنحاس وغيرها من مواد أو منتجات السبائك.
خامسا المزايا والتطبيقات
تتمتع تكنولوجيا تعدين المساحيق بالعديد من المزايا، مثل مرونة التصميم العالية، والاستخدام العالي للمواد الخام، والتوحيد الجيد للبنية المجهرية، والقدرة على تحضير مواد السبائك. لديها مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك صناعة السيارات والفضاء والأجهزة الطبية والمكونات الإلكترونية وما إلى ذلك. تتمتع تكنولوجيا تعدين المساحيق بمزايا كبيرة في تصنيع الأشكال المعقدة والمواد عالية الأداء. على سبيل المثال، أصبحت قطع غيار السيارات المستخدمة في تعدين المساحيق واحدة من أكبر الأسواق لصناعة تعدين المساحيق في الصين، حيث أن حوالي 50 في المائة من قطع غيار السيارات عبارة عن أجزاء من تعدين المساحيق. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم أيضًا تكنولوجيا تعدين المساحيق في تصنيع أجزاء الأسلحة الثقيلة مثل الرصاص والطوربيدات الخارقة للدروع، بالإضافة إلى الأجزاء الهيكلية عالية الجودة.
العيوب
على الرغم من أن تكنولوجيا تعدين المساحيق لها العديد من المزايا، إلا أن هناك أيضًا بعض العيوب. على سبيل المثال، تكون قوة ومتانة منتجات تعدين المساحيق ضعيفة نسبيًا، وذلك بسبب وجود المسام داخل المادة الخام المصنوعة من المسحوق المضغوط؛ لا يمكن تحويل تعدين المساحيق إلى منتجات واسعة النطاق، بسبب شكلها وحجمها بسبب قيود سيولة المساحيق المعدنية؛ يعتبر القولبة بالضغط أكثر تكلفة، وهي مناسبة للاستخدام فقط في الإنتاج الضخم.
باختصار، تعد تعدين المساحيق تقنية مهمة لإعداد المواد مع آفاق تطبيق واسعة ومزايا كبيرة. مع التقدم المستمر وتطوير العلوم والتكنولوجيا، ستستمر تكنولوجيا تعدين المساحيق أيضًا في التحسين والابتكار، وتقديم مساهمات أكبر في تطوير مجال علوم المواد وتكنولوجيا الهندسة.