كيفية صنع مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ

في المجال الصناعي، تحتوي التكنولوجيا الأساسية لإنتاج مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ على كلمة رئيسية واحدة فقط: الانحلال.

ببساطة، يتم رش الفولاذ المصهور، باستخدام غاز عالي الضغط (الانحلال الغازي، ويستخدم لإنتاج مسحوق كروي) أو ماء عالي الضغط (الانحلال المائي، ويستخدم لإنتاج مسحوق غير منتظم) كوسيط، ويتم سحق تدفق المعدن إلى قطرات دقيقة، ثم يتم تبريده وتجميده إلى مسحوق. وبالطبع، هناك أيضًا عمليات أكثر تحديدًا مثل القطب الدوار بالبلازما (PREP)، والتي تُستخدم خصيصًا لصنع مساحيق كروية فائقة النقاء. عندما نقوم بتصميم هذه العمليات، يكون الهدف واضحًا للغاية: توفير المواد الخام للطباعة ثلاثية الأبعاد (التصنيع الإضافي) أو عمليات التلبيد.

طرق الانحلال الصناعي الرئيسية

لكي نفهم حقًا كيفية صنع مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ، يجب أن نميز بين تكنولوجيا الانحلال المحددة. ويحدد اختيار العملية بشكل مباشر شكل المسحوق ونقاوته، وهو ما يحدد ما إذا كان مناسبًا في النهاية للتصنيع الإضافي أو التلبيد التقليدي.

الانحلال الغازي

هذه هي الطريقة السائدة حاليًا لإنتاج مسحوق عالي الجودة، وهي أيضًا العملية التي أتعامل معها يوميًا أكثر من غيرها.

العملية: يتم صهر المواد الخام المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أولاً في فرن تحريض. وبينما يتدفق المعدن المنصهر عبر فوهة خاصة، فإنه يواجه تدفقًا عالي السرعة من الغاز الخامل (عادةً النيتروجين أو الأرجون). تصطدم الطاقة الحركية للغاز بالتيار المعدني، مما يؤدي إلى تمزيقه إلى قطرات دقيقة.

النقطة الأساسية: لماذا هو مهم جداً؟ نظرًا لأن القطرات يتم تبريدها في جو خامل، يكون لديها وقت كافٍ للتقلص إلى شكل كروي مثالي قبل التصلب. وعلاوة على ذلك، فإن حماية الغاز الخامل تمنع الأكسدة بشكل فعال، وهو أمر ضروري للتحكم في محتوى الأكسجين المنخفض.

التطبيق: يتميز المسحوق الكروي بسيولة ممتازة، مما يجعله معيار الصناعة للتصنيع الإضافي (AM) وصب حقن المعادن (MIM).

الانحلال المائي

يتشابه منطق الانحلال المائي مع منطق الانحلال الغازي، لكن تغيير الوسط يؤدي إلى نتائج مختلفة تمامًا.

العملية: نستخدم مدفع الماء عالي الضغط بدلاً من الغاز لقصف تدفق الفولاذ المقاوم للصدأ. السعة الحرارية النوعية للماء أكبر بكثير من سعة الغاز، مما يؤدي إلى "إخماد" القطرة المنصهرة على الفور بمجرد ملامستها للماء.

والنتيجة: هذا التبريد الشديد يجعل هذا التبريد الشديد يجعل القطرات تتقلص إلى كرات وتشكل في النهاية جزيئات غير منتظمة الشكل. وعلى الرغم من أن التلامس مع الماء قد يؤدي إلى زيادة طفيفة في محتوى الأكسجين إلا أن كفاءة إنتاج هذه الطريقة عالية جدًا ومناسبة لحجم المشي.

التطبيق: يتميز المسحوق غير المنتظم بخصائص تشابك جيدة عند ضغطه، لذلك فهو الخيار الأول في عمليات "التلبيد بالضغط" التقليدية الحساسة للتكلفة.

طريقة القطب الكهربائي الدوار بالبلازما (PREP)

إذا كان العميل لديه متطلبات شديدة للنظافة، فإن الانحلال العادي لا يكفي. في هذا الوقت، يعتمد الأمر على PREP.

العملية: على عكس الفولاذ المصهور المصبوب المرذذذ القياسي المصبوب بالذرة، يستخدم PREP قضبان الفولاذ الصلب غير القابل للصدأ كأقطاب كهربائية. يقوم مسدس البلازما بصهر طرف القضيب الدوّار، ومع دوران القضيب بسرعة عالية، تقوم قوة الطرد المركزي بإلقاء القطرات المنصهرة من على السطح.

النتائج: خلال العملية برمتها، لم يلامس المعدن البوتقة الخزفية أو فوهة التوجيه، مما أدى إلى القضاء تمامًا على خطر الشوائب الخزفية. والنتيجة هي مسحوق فائق النقاء وكروي للغاية.

الاستخدام: عادةً ما يتم حجز هذا المسحوق المتطور للمكونات الحرجة عالية الأداء التي لا تسمح مطلقًا بفشل المواد.

سير العمل خطوة بخطوة

سواء كان الغاز أو الماء، فإن المنطق الأساسي للإنتاج الصناعي لمسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ هو نفسه. من المواد الخام السبائكية إلى المنتجات النهائية، يجب اتباع التسلسل التالي بدقة:

الخطوة 1: الذوبان

يبدأ كل شيء في فرن، عادةً ما يكون فرن تحريض. يتم تسخين سبيكة الفولاذ المقاوم للصدأ إلى حالة الانصهار. التحكم في درجة الحرارة أمر بالغ الأهمية، فهو يؤثر بشكل مباشر على استقرار التدفق المعدني اللاحق في مرحلة الانحلال.

الخطوة 2: التذرية

هذه هي مرحلة التحويل الأساسية. يتم سكب التيار المعدني في حجرة التفتيت ويواجه وسط التفتيت. إذا كان غازًا عالي الضغط، يتكسر المائع إلى كرات؛ وإذا كان تدفق الماء عالي السرعة، يتحطم المائع إلى أشكال غير منتظمة.

الخطوة 3: التثبيت

يجب أن يتصلب التيار المعدني بعد تفككه إلى قطرات. في عملية التفتيت الهوائي، تتصلب القطرات أثناء سقوطها في برج تفتيت ضخم؛ وفي عملية التفتيت المائي، يتم التبريد بشكل شبه فوري عند ملامسة الماء.

الخطوة 4: التجميع والمعالجة اللاحقة

الخطوة الأخيرة هي حصاد المسحوق.

الجفاف والتجفيف: بالنسبة للمساحيق ذات الذرات المائية، يجب أن تكون هذه الخطوة سريعة لإزالة الرطوبة لمنع الصدأ.

النخل: يتم تمرير المسحوق من خلال غربال وتصنيفه حسب حجم الجسيمات. إذا لم تتم هذه الخطوة بشكل جيد، فإنها ستؤثر بشكل مباشر على ما إذا كان المنتج يفي بالمواصفات المحددة للطباعة ثلاثية الأبعاد أو التلبيد.

المؤلف： ديفيد تشين

أنا مهندس مواد أول متخصص في علم تعدين المساحيق. مع التركيز على الانحلال الصناعي، أشارك رؤى حول كيفية صنع مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ باستخدام تقنيات الغاز والماء وPREP لضمان نقاء عالٍ لتطبيقات التصنيع الإضافي.