تلبيد التيتانيوم
تأثير حقن مسحوق التيتانيوم عملية التلبيد حول الأداء
مسحوق معدني متكلس مسامي تُصنع المواد من مساحيق معدنية أو سبائكية كمواد خام، وتُشكل وتُلبَّد في درجات حرارة عالية. وهي مواد مسامية ذات بنية صلبة.
عملية الإنتاج: الغربلة - الضغط المتساوي - التلبيد في درجة حرارة عالية تحت التفريغ
الخصائص الهيكلية: تحتوي المادة على عدد كبير من المسام المتصلة أو شبه المتصلة. يتكون هيكل المسام من تكديس جزيئات مسحوق منتظمة وغير منتظمة. يمكن تعديل حجم وتوزيع المسام وحجم المسامية وفقًا لتركيب حجم جزيئات المسحوق وعملية التحضير. تلبي احتياجات العملاء الفعلية.
مزايا المنتج: نفاذية جيدة، حجم مسام ومسام يمكن التحكم فيها، شكل مستقر، دقة ترشيح عالية، مقاومة للتآكل، خصائص ميكانيكية جيدة، موصلية حرارية جيدة، مقاومة للحرارة، وخصائص تبديد الحرارة، ويمكن غسلها مرة أخرى واستخدامها عدة مرات.
الخصائص الوظيفية للمواد المسامية المطلية بالتيتانيوم:
- 1) قطر المسام موحد، والمسام مستقرة، وكفاءة فصل عالية.
- 2) مسامية عالية، ومقاومة صغيرة للترشيح، وكفاءة اختراق عالية.
- 3) الاستقرار الكيميائي الجيد، ومقاومة التآكل الحمضي والقلوي، وخصائص مضادة للأكسدة.
- 4) البنية المورفولوجية مستقرة، ولا تتساقط الجزيئات، وتلبي متطلبات نظافة الأغذية وممارسات التصنيع الجيدة الصيدلانية.
- 5) خصائص ميكانيكية جيدة، فرق ضغط منخفض ومعدل تدفق كبير.
- 6) له قدرة قوية مضادة للميكروبات ولا يتفاعل مع الكائنات الحية الدقيقة.
- 7) يمكن تجديده عبر الإنترنت، وسهل التنظيف، وله عمر خدمة طويل.
- 8) التوافق الحيوي الممتاز، ويمكن استخدامه على نطاق واسع في الصناعات البيولوجية والغذائية والدوائية والطبية.
- 9) أداء ممتاز في حماية الموجات الكهرومغناطيسية.
- 10) خصائص التخميد الجيدة ومقاومة الصدمات.
تعتبر عملية التلبيد واحدة من أهم العمليات في عملية MIM. فهو لا يزيل المادة الرابطة المتبقية فحسب، بل يزيل أيضًا المسام بين جزيئات المسحوق، مما يجعل منتج MIM كثيفة بالكامل أو كثيفة تقريبًا بالكامل. تلبيد التيتانيوم تتطلب السبائك درجة حرارة عالية. لذا، يجب حماية بيئة عملية التلبيد بغاز الأرجون قدر الإمكان. يُضبط وقت التلبيد في هذا الاختبار للحفاظ على درجة حرارة ثابتة لمدة 120 دقيقة، وتبلغ أقصى درجة حرارة 1220 درجة مئوية، و1240 درجة مئوية، و1250 درجة مئوية، و1270 درجة مئوية، و1290 درجة مئوية على التوالي للأجزاء المسحوبة TC4 والأجزاء الدائرية. تُلَبَّد الأجزاء المُشكَّلة.
عملية التلبيد لأجزاء الشد TC4
عملية تلبيد الأجزاء الدائرية
من عملية تلبيد الأجزاء الدائرية، يتضح تقريبًا أنه عند استمرار TC4 لمدة 120 دقيقة، يمكن الحصول على تكثيف أعلى عند 1250 درجة مئوية، وتنخفض الكثافة قليلاً مع ارتفاع درجة الحرارة. ويرجع ذلك إلى نمو الحبيبات عند درجات حرارة عالية جدًا. كما تتسع الفجوات بين حدود الحبيبات، مما يؤدي إلى انخفاض مقاومة الخضوع لأجزاء الشد القياسية عن 1250 درجة مئوية بعد درجات الحرارة العالية.
مخطط معدني TC4 عند 1250 درجة مئوية
أجزاء دائرية من TC4 ملبدة
لفهم العلاقة بين درجات الحرارة المختلفة وأزمنة التجميد وتكثيف التلبيد TC4، اخترنا درجات حرارة 1240 و1250 و1270 درجة مئوية لإجراء التجارب كما هو موضح أدناه. كان جو التلبيد بيئةً غازيةً بالكامل.
الغلاف الجوي للتلبيد هو الأرجون
معالجة البيانات وتحليلها
وفقًا لبيانات كثافة العينة بعد التلبيد، ليس من الصعب رؤية أن الكثافة التي تم الحصول عليها عن طريق الحفاظ على درجة الحرارة عند 1250 درجة مئوية لمدة 120-180 دقيقة أعلى من تلك التي تم الحصول عليها من خلال العمليات الأخرى. بناءً على العلاقة بين عملية تلبيد الأجزاء المسحوبة TC4 والأجزاء المستديرة TC4 الملبدة، نستنتج أيضًا أن الكثافة أعلى من تلك التي تم الحصول عليها من خلال العمليات الأخرى. التكثيف ومقاومة الخضوع متسقان، وبالتالي فإن التكثيف والخصائص الميكانيكية التي تم الحصول عليها عن طريق الحفاظ على درجة الحرارة عند 1250 درجة مئوية لمدة 120 دقيقة إلى 180 دقيقة هي الأعلى؛ وذلك لأن درجة الحرارة العالية جدًا ووقت التثبيت القصير جدًا لا يحسنان عملية تلبيد سبائك التيتانيوم. يتم تكثيف بلورات سبائك التيتانيوم بشكل مثالي. وبالمثل، فإن درجة الحرارة المنخفضة والحفاظ على الحرارة على المدى الطويل سيؤديان إلى استهلاك طاقة دفع سطح المسحوق باستمرار بسبب معدل الانتشار البطيء لحدود الحبوب. أثناء حركة وانتشار حدود الحبيبات، يتعذر تحقيق تداخل وانزلاق جيدين للشبكة البلورية. ونتيجةً لذلك، تبقى فجوات داخلية لا يمكن إزالتها، مما يجعل تحقيق تكثيف أفضل أمرًا مستحيلًا.
ختاماً
عملية تصنيع سبائك التيتانيوم MIM معقدة، وهناك العديد من العوامل التي تؤثر على التكثيف النهائي وخصائص المنتج الميكانيكية. في ظل هذه الظروف التجريبية، وبعد دراسة شاملة لكثافة المنتج وخصائصه الميكانيكية، استخدمنا فرنًا معدنيًا عالي التفريغ بالضغط العالي (HP) للتلبيد المستمر عند درجة حرارة 1250 درجة مئوية لمدة 120 دقيقة. هذا يسمح لـ TC4 بكثافة أعلى والحصول على أقصى مقاومة خضوع، مما يمهد الطريق لتصنيع MIM-TC4.