توصيف المساحيق المعدنية وقابلية الانسياب

في ديسمبر 2020، نشرت Nature مقالاً لباحثين من جامعة أوسترافا (التشيك) عن طرائق توصيف المساحيق المعدنية وقابلية انسيابها.

تُصنع القطع المعدنية بطرائق تقليدية وحديثة. تنطلق طرائق حديثة كثيرة من مساحيق معدنية، ثم تُحوَّل بالكبس أو التلبيد أو الرش، أو بالتصنيع بالإضافة: الصهر الانتقائي بالليزر (SLM)، وإمداد المسحوق بالليزر (LPF)، ونفث المادة الرابطة (BJ)، وطبقة المسحوق بالحزمة الإلكترونية (EPBF). يغيّر اختيار الطريقة خصائص القطعة، لكن خصائص المسحوق الداخلة مهمة في كل حالة: قابلية الانسياب، والتركيب الكيميائي، وحجم الجسيمات، والخصائص الضوئية والحرارية الفيزيائية، والتوتر السطحي. لكل عملية تصنيع بالإضافة متطلباتها الخاصة من معاملات المسحوق.

كلما شاع التصنيع بالإضافة، زادت أهمية توصيف المساحيق المعدنية. يجب أن تلائم خصائص المسحوق كل جهاز، وأن يكون التصنيع متجانساً. يوصّف المقال عشرة مساحيق معدنية (316L، Zn، Sn، Al، Cu، Mn، Fe، البرونز، Ti، Mo): توزيع حجم الجسيمات، والشكل، وزاويتي السكون الساكنة والديناميكية، وزاوية الاحتكاك الداخلي الفعالة (AIFE).

تُقيَّم سرعة التفريغ بزاوية السكون الساكنة (AOR)، ويكمّل تغيّر AOR وصف سلوك العينة. حُددت قابلية الانسياب أيضاً باختبارات القص RST وPFT وFT4. قيست AOR الساكنة بجهاز محمي بالبراءة PV2015-239. فيما يلي عرض لاختبار الجهاز ولطريقة زاوية التفريغ الساكنة والديناميكية في الجامعة التقنية في أوسترافا VSB. اسم الجهاز Zenegero.

جهاز ضبط AOR

زاوية السكون الساكنة لعشرة مساحيق معدنية

هذا ملخص لقياس زاوية السكون الديناميكية (DAOR). في معظم العينات، ازداد متوسط الزاوية المقاسة عندما ارتفع تردد الدوران من 0.2 Hz إلى 0.6 Hz. يشمل الشكل كل العينات: 316L، Sn، Ti، Fe، البرونز، Al، Cu، Zn، Mn وMo.

كان فرق متوسط الزاوية لمسحوق 316L بين 0.2 Hz و0.6 Hz هو الأكبر. عند ارتفاع التردد، يتحول شكل التدفق من التدحرج عند 0.2 Hz إلى الشلال عند 0.6 Hz. كان الانحراف المعياري لمتوسط الزوايا عند ثلاث سرعات موضعية كبيراً، وهو 49.4° ± 9°. وكان أقل تشتت لمتوسط الزاوية للقصدير، وهو 44.8° ± 1.5°. لذلك أعطى مسحوق القصدير أفضل استقرار إجمالي للتدفق الديناميكي. أثناء قياس DAOR، أكّد التدحرج المستمر عند كل ترددات الاختبار هذا الاستقرار. تغيّر تدفق مسحوق الألومنيوم مع التردد بدرجة أكبر: تدحرج عند الترددات المنخفضة، ثم انتقال تدريجي إلى نظام cataract.

عُيّنت AIFE على ثلاثة أجهزة شائعة: RST وPFT وFT4. يعطي الشكل AIFE للمساحيق العشرة ومجالات RST وPFT وFT4. في كل المساحيق ما عدا الألومنيوم، كان المجال المطلق لـ PFT هو الأصغر. قد يرتبط ذلك ببرمجيات التقييم. على FT4، كان تغيّر زاوية AIFE الفعالة هو الأكبر. قد يتسع مجال الألومنيوم لأنه معدن خفيف ولين وسهل التشوه اللدن. للتيتانيوم، الذي لا يتجاوز 90% من جسيماته 452 µm، يعتمد التشتت الواضح للزاوية الفعالة على حجم الجسيمات وشكلها. أثناء القياس، انحشرت جسيمات تيتانيوم أكبر بين الأسطوانة الزجاجية وريشة القياس (رأس القص). الخلوص 1 mm، لكن شكل جسيمات التيتانيوم يزيد مقاومة الريشة في الاتجاه المعاكس للحركة ويرفع إجهاد القص.

AIFE لعشرة مساحيق معدنية

غاية المقال تقييم تدفق المساحيق المعدنية، وإمكان اعتماده على الخصائص الميكانيكية والفيزيائية للمخاليط والجسيمات ومعاملات أخرى. استُخدمت طرائق عامة مبنية على تصنيفات معروفة للمواد السائبة. حتى بالنسبة إلى الرقمنة أو الصناعة 4.0، تبقى هذه الطرائق مستخدمة.

المصدر: Characterization and flowability methods for metal powders

• Jiri Zegzulka, Daniel Gelnar, Lucie Jezerska, Rostislav Prokes & Jiri Rozbroj