உலோகத்திலிருந்து கலவைப் பொருட்களை உருவாக்கும் செயல்முறை

உலோகத்திலிருந்து கலவைப் பொருட்களை உருவாக்கும் செயல்முறை

உலோகக் கலவைப் பொருட்கள், பெரும்பாலும் உலோக அணி கலவைகள் (MMC) என்று அழைக்கப்படுகின்றன. இவை, உலோக அணியை முதன்மைப் பகுதியாகவும், வலுவூட்டலை இரண்டாம் பகுதியாகவும் கொண்ட கலவைப் பொருட்களாகும். இந்த வலுவூட்டலானது பீங்கான் துகள்கள், இழைகள், மீசைகள் அல்லது சில நுண்துளை அமைப்புகளாகக் கூட இருக்கலாம். உலோகக் கலவைகளை உருவாக்குவதன் முக்கிய நோக்கம், தூய உலோகங்கள் அல்லது சாதாரண உலோகக் கலவைகளை விட உயர்ந்த பண்புகளின் கலவையைப் பெறுவதாகும். அவை, அதிக வலிமை, நல்ல தேய்மான எதிர்ப்பு, உயர் வெப்பநிலையில் பரிமாண நிலைத்தன்மை மற்றும் சிறந்த வலிமை-எடை விகிதம் போன்றவையாகும். இந்தக் கட்டுரை, உலோகக் கலவைகளை உருவாக்கும் செயல்முறையை, அதன் அடிப்படைக் கருத்து முதல் உற்பத்தி நிலைகள் மற்றும் முறைகள் வரை விவாதிக்கிறது.

1. உலோகக் கலவைப் பொருட்களின் அடிப்படைக் கருத்துகள்

உலோகக் கலவைகளில், உலோக மேட்ரிக்ஸானது சுமைகளைக் கடத்தும் ஒரு "பிணைப்பானாக" செயல்படுவதோடு, வலுவூட்டலைச் சுற்றுச்சூழல் பாதிப்பிலிருந்தும் பாதுகாக்கிறது. அதே சமயம், வலுவூட்டலானது வலிமை, விறைப்புத்தன்மை மற்றும் தேய்மான எதிர்ப்பு போன்ற சில பண்புகளை மேம்படுத்துகிறது. இந்தக் கலவையின் காரணமாகவே, உலோகக் கலவைகள் தானியங்கி, விண்வெளி, வெப்ப மின்னணுவியல் மற்றும் பாதுகாப்புத் தொழில்களில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

உலோகக் கலவைகளில் (MMCs) உள்ள சில பொதுவான சேர்க்கைகளில், சிலிக்கான் கார்பைடுடன் வலுவூட்டப்பட்ட அலுமினியம் (Al-SiC), அலுமினாவுடன் கூடிய மெக்னீசியம் (Mg-Al₂O₃), போரான் இழையுடன் கூடிய டைட்டானியம் (Ti-B), மற்றும் சிறப்புப் பயன்பாடுகளில் கார்பன் வலுவூட்டலுடன் கூடிய சில உலோகங்கள் ஆகியவை அடங்கும். ஒவ்வொரு பொருளுக்கும் வெவ்வேறு இணக்கத்தன்மை, உருகுநிலை, வேதியியல் வினைத்திறன் மற்றும் ஈரமாகும் தன்மைப் பண்புகள் இருப்பதால், பொருத்தமான வார்ப்பு முறைக்கு மூலப்பொருள் மற்றும் வலுவூட்டியின் தேர்வு மிகவும் முக்கியமானது.

2. உலோகக் கலவை உருவாக்கத்தின் பொதுவான நிலைகள்

நுட்பங்கள் வேறுபட்டாலும், உலோகக் கலவைகளின் உருவாக்கம் பொதுவாக இந்தப் பொதுவான செயல்முறை வரிசையைப் பின்பற்றுகிறது:

1. மேட்ரிக்ஸ் மற்றும் வலுவூட்டும் பொருட்களின் தேர்வு
இலக்குப் பண்புகள், பணிச்சூழல் (அரிக்கும் தன்மை, உயர் வெப்பநிலை) மற்றும் உற்பத்தி வரம்புகளின் அடிப்படையில் தீர்மானிக்கப்படுகிறது.

2. பெருக்கியைத் தயார் செய்தல்
ஈரமாகும் தன்மையை மேம்படுத்தவும், மாசுபடுவதைக் குறைக்கவும், வலுவூட்டல் கம்பிகளைச் சுத்தம் செய்யலாம், உலர்த்தலாம், பூச்சு பூசலாம் அல்லது முன்கூட்டியே சூடுபடுத்தலாம்.

3. கட்டங்களைக் கலத்தல் மற்றும் ஒன்றிணைத்தல்
வலுவூட்டும் கட்டமானது, மூலக்கூறு அமைப்பிற்குள் சீராகப் பரவியிருக்க வேண்டும். சீரற்ற பரவல், பலவீனமான இடங்களுக்கும் விரிசல்களுக்கும் வழிவகுக்கும்.

4. ஒருங்கிணைத்தல் மற்றும் இறுக்குதல்
இந்தக் கட்டத்தின் நோக்கம், நுண்துளைகளைக் குறைப்பது, இடைமுகப் பிணைப்பை அதிகரிப்பது மற்றும் உயர் அடர்த்தியை அடைவது ஆகும்.

5. இறுதி வடிவமைப்பு மற்றும் வெப்ப சிகிச்சை
குறிப்பிட்ட வடிவங்களையும் இயந்திரவியல் பண்புகளையும் அடைவதற்காக, கூட்டுப் பொருட்களை உருட்டலாம், அடித்து உருவாக்கலாம், பிதுக்கலாம் அல்லது மேலும் பதப்படுத்தலாம்.

6. சோதனை மற்றும் பரிசோதனை
இழுவிசை சோதனைகள், கடினத்தன்மை சோதனைகள், தேய்மான சோதனைகள், அத்துடன் துளைகள், விரிசல்கள் அல்லது வலுவூட்டல் பிரிதல் போன்ற குறைபாடுகளுக்கான ஆய்வும் இதில் அடங்கும்.

3. உலோகக் கலவை உருவாக்கும் முறை

பொதுவாக, MMC உற்பத்தி முறைகளை மூன்று முக்கியப் பிரிவுகளாக வகைப்படுத்தலாம்: திரவ நிலை முறைகள், திட நிலை முறைகள் மற்றும் படிவு நுட்பங்கள். ஒவ்வொன்றிற்கும் அதற்கே உரிய நன்மைகளும் சவால்களும் உள்ளன.

அ. திரவ முறை (திரவ நிலை செயலாக்கம்)

திரவ முறைகள், உலோகத்தை திரவ அல்லது அரைத்தூண்ட நிலையில் ஒரு மூலப்பொருளாகப் பயன்படுத்துகின்றன. பெரிய அளவிலான உற்பத்திக்கு இவை ஒப்பீட்டளவில் சிக்கனமானவை என்பது இவற்றின் நன்மையாகும், ஆனால் வலுவூட்டல் விநியோகம் மற்றும் உயர் வெப்பநிலையில் ஏற்படக்கூடிய வேதி வினைகள் ஆகியவற்றில் சவால்கள் உள்ளன.

1. கலக்கி வார்ப்பது (கலக்கி வார்ப்பது)
இதன் எளிமை மற்றும் குறைந்த செலவின் காரணமாக, அலுமினியம் அடிப்படையிலான கலவைகளுக்கு இது ஒரு பிரபலமான முறையாகும். இந்தச் செயல்முறையில் பின்வருவன அடங்கும்:
மூல உலோகம் ஒரு உலையில் உருக்கப்படுகிறது.
– உருகிய கலவையில் வலுவூட்டல் (எ.கா. SiC அல்லது Al₂O₃ துகள்கள்) சேர்க்கப்படுகிறது.
– வலுவூட்டியைப் பரவச் செய்வதற்காக, உருகிய கலவை இயந்திரம் மூலம் கிளறப்படுகிறது.
– அந்தக் கலவை அச்சுகளில் ஊற்றப்பட்டு குளிர்விக்கப்படுகிறது.

கலக்கி வார்ப்பின் முக்கிய சவால்கள் நுண்துளைகள், துகள்கள் ஒன்றாகக் குவிதல் மற்றும் மோசமான ஈரமாதல் ஆகியவை ஆகும். இந்தச் சவால்களைச் சமாளிக்க, துகள்களை முன்கூட்டியே சூடாக்குதல், ஈரமாக்கும் முகவர்கள் (அலுமினிய அமைப்புகளில் மெக்னீசியம் போன்றவை) மற்றும் குறிப்பிட்ட வேகத்திலும் நேரத்திலும் கலக்குதல் ஆகியவை பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

2. ஊடுருவல்
இந்த முறையில், வலுவூட்டும் முன்வடிவம் (எ.கா., இழை அல்லது நுண்துளை அமைப்பு) பயன்படுத்தப்பட்டு, பின்னர் அதில் உருகிய உலோகம் ஊடுருவச் செய்யப்படுகிறது. இந்த ஊடுருவலை ஈர்ப்பு விசை அல்லது அழுத்தம் மூலம் செய்யலாம்.

– அழுத்த ஊடுருவல் / நெரித்துச் செலுத்தும் ஊடுருவல்: உருகிய உலோகம் உயர் அழுத்தத்தைப் பயன்படுத்தி முன்வடிவத்தினுள் செலுத்தப்படுகிறது.
குறைந்த நுண்துளைத்தன்மை மற்றும் சிறந்த இடைமுகப் பிணைப்பு ஆகியவை இதன் நன்மைகளாகும். இந்த முறை, இழை வலுவூட்டலுக்கும் உயர் செயல்திறன் பயன்பாடுகளுக்கும் ஏற்றது.

3. அழுத்த வார்ப்பு
அழுத்த வார்ப்பு என்பது வார்ப்பு மற்றும் அடித்து வடித்தல் ஆகியவற்றை இணைக்கும் ஒரு செயல்முறையாகும். உருகிய உலோகம் ஒரு அச்சில் ஊற்றப்பட்டு, அது திடமாகும் போது அழுத்தப்படுகிறது. MMC-யில், இந்த செயல்முறை பின்வருவனவற்றிற்கு உதவுகிறது:
– சுருங்குவதன் மூலம் சருமத் துளைகளைக் குறைக்கிறது.
– அடர்த்தியை அதிகரிக்கவும்,
– கலக்கி வார்ப்படம் அல்லது முன்வடிவங்களுடன் சேர்த்துப் பயன்படுத்தும்போது, ​​வலுவூட்டல் பரவலை மேம்படுத்துகிறது.

பி. திட முறை (திட நிலை செயலாக்கம்)

திட நிலை முறைகள், மூலப்பொருளின் உருகுநிலைக்குக் கீழே உள்ள வெப்பநிலையில் பொருட்களைப் பதப்படுத்துகின்றன. இடைமுகத்தைச் சேதப்படுத்தும் வேதி வினைகள் குறைவது மற்றும் நுண்கட்டமைப்பைச் சிறப்பாகக் கட்டுப்படுத்துவது ஆகியவை இவற்றின் முக்கிய நன்மைகளாகும்.

1. தூள் உலோகவியல் (Powder Metallurgy)
இந்த முறை MMC-களுக்கு மிகவும் பொதுவானது, ஏனெனில் இது ஒப்பீட்டளவில் ஒருபடித்தான வலுவூட்டல் பரவலை உருவாக்க முடியும். இதற்கான படிகள் பின்வருமாறு:
மேட்ரிக்ஸ் உலோகத் தூளுடன் வலுவூட்டும் தூள் கலக்கப்பட்டது.
– அந்தக் கலவை உயர் அழுத்தத்துடன் இறுக்கப்படுகிறது.
துகள்களுக்கு இடையில் பிணைப்புகளை உருவாக்குவதற்காக, உருகுநிலைக்குக் குறைவான வெப்பநிலையில் சின்டரிங் செய்யப்படுகிறது.
– விருப்பத்தேர்வு: அடர்த்தியை அதிகரிப்பதற்காக, வெப்ப அழுத்தம், வெப்ப சம அழுத்த முறை (HIP) அல்லது பிதுக்கல் போன்ற கூடுதல் செயல்முறைகள் மேற்கொள்ளப்படுகின்றன.

அதிக வலுவூட்டல் கூறுகள் மற்றும் நுண்ணிய துகள் அளவுகளைக் கொண்ட கலவைகளுக்கு தூள் உலோகவியல் சிறந்து விளங்குகிறது. தூளின் விலை, ஆக்சிஜனேற்றத்திற்கான சாத்தியம் மற்றும் கூறுகளின் அளவு வரம்புகள் ஆகியவை இதன் குறைபாடுகளாகும்.

2. பரவல் பிணைப்பு மற்றும் வெப்ப அழுத்தம்
இழைக் கலவைகளில், உலோகம் மற்றும் இழை அடுக்குகளை ஒரு குறிப்பிட்ட அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலையில் நீண்ட காலத்திற்கு உருக்கி இணைக்க பரவல் பிணைப்பு முறை பயன்படுத்தப்படுகிறது. இது அணுக்கள் பரவி வலுவான பிணைப்புகளை உருவாக்க அனுமதிக்கிறது. குறிப்பாக உயர்-வெப்பநிலை பயன்பாடுகளில், லேமினேட்டுகள் அல்லது அடுக்குக் கலவைகளை உற்பத்தி செய்ய வெப்ப அழுத்தம் முறை பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

3. நெகிழ்வு உருமாற்ற செயல்முறை (உருட்டுதல், பிதுக்குதல், வடித்தல்)
கூட்டுப்பொருள் உருவாக்கப்பட்டவுடன், பின்வரும் காரணங்களுக்காக நெகிழ்வு உருமாற்றம் பெரும்பாலும் செய்யப்படுகிறது:
– துகள் திரட்சிகளை உடைக்கிறது,
இழைகளை சீரமைத்தல்,
– நுண்துளைத்தன்மையைக் குறைக்கவும்,
பணி கடினப்படுத்துதல் மற்றும் நுண் கட்டமைப்புச் செம்மைப்படுத்தல் மூலம் வலிமையை அதிகரித்தல்.

உதாரணமாக, பொருளின் அடர்த்தியை அதிகரிக்கவும் இழுவிசைப் பண்புகளை மேம்படுத்தவும் துகள் வலுவூட்டப்பட்ட அலுமினியக் கலவைகளை அழுத்தி வடிக்கலாம்.

சி. படிதல் முறைகள் (படிதல் நுட்பங்கள்)

படிவு முறைகள் பொதுவாக கலவைகள் அல்லது சிறப்பு கட்டமைப்பு கொண்ட கூறுகளுக்குப் பூச்சு பூசுவதற்குப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

1. தெளிப்புப் படிவு / தெளிப்பு உருவாக்கம்
உருகிய உலோகம் சிறு துளிகளாகத் தெளிக்கப்பட்டு, சில சமயங்களில் வலுவூட்டும் துகள்களைச் செலுத்தும் அதே நேரத்தில் ஒரு அடித்தளத்தின் மீது செலுத்தப்படுகிறது. இந்தத் துளிகள் விரைவாகத் திடமாகி, ஒரு நுண் கட்டமைப்பை உருவாக்குகின்றன. நுண் கட்டமைப்பைத் துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்த முடிவதே இதன் நன்மையாகும், ஆனால் இதற்கான உபகரணங்கள் மிகவும் சிக்கலானவை.

2. இயற்பியல் ஆவிப் படிவு (PVD) மற்றும் வேதியியல் ஆவிப் படிவு (CVD)
PVD/CVD தொழில்நுட்பத்தின் மூலம், தடிமன் மற்றும் கலவையின் மீது உயர் கட்டுப்பாட்டுடன் மெல்லிய கலவைப் பூச்சுகளை உருவாக்க முடியும். இதன் பயன்பாடுகளில் மின்னணுவியல், வெட்டும் கருவிகள் மற்றும் தேய்மானத்தைத் தாங்கும் பூச்சுகள் ஆகியவை அடங்கும்.

3. சேர்க்கை உற்பத்தி
செலக்டிவ் லேசர் மெல்டிங் (SLM) அல்லது டைரக்டட் எனர்ஜி டெபாசிஷன் (DED) போன்ற தொழில்நுட்பங்கள், சிக்கலான வடிவங்களைக் கொண்ட உலோக உலோகக் கலவைகளை (MMCs) உற்பத்தி செய்யப் பயன்படுத்தத் தொடங்கியுள்ளன. வலுவூட்டியைத் தூளுடன் கலக்கலாம் அல்லது படியவைப்பின் போது உட்செலுத்தலாம். வலுவூட்டியின் பரவல், நுண்துளைகள் மற்றும் அதிக வெப்ப ஆற்றலால் ஏற்படும் இடைமுக வினைகள் ஆகியவை சவால்களாக இருந்தாலும், எடை குறைந்த, உயர் செயல்திறன் கொண்ட பாகங்களுக்கான சாத்தியக்கூறுகள் குறிப்பிடத்தக்கவை.

4. உலோகக் கலவைகள் உருவாவதில் உள்ள முக்கிய காரணிகள்

உலோகக் கலவை உருவாக்கத்தின் வெற்றி பல முக்கிய காரணிகளால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது:

1. பெருக்கிகளின் விநியோகம்
சீரான இயந்திரவியல் பண்புகளை உறுதிசெய்ய, வலுவூட்டல் சீராகப் பரப்பப்பட வேண்டும். அது திரண்டு, அழுத்தக் குவிப்புகளையும் முன்கூட்டிய விரிசல்களையும் ஏற்படுத்துகிறது.

2. இடைமுகப் பிணைப்பு
மிகவும் பலவீனமான பிணைப்புகள் அடுக்குப்பிரிதலை ஏற்படுத்துகின்றன, அதே சமயம் அதிகப்படியான வேதி வினைகள் உடையக்கூடிய கட்டங்களை உருவாக்கி, கடினத்தன்மையைக் குறைக்கக்கூடும்.

3. நுண்துளைத்தன்மை
நுண்துளைகள் வலிமையையும் சோர்வு எதிர்ப்பையும் குறைக்கின்றன. அதைக் குறைப்பதற்காக, அழுத்தி வார்ப்பது (squeeze casting), HIP அல்லது சூடான வெளியேற்றம் (hot extrusion) போன்ற முறைகள் பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

4. ஈரமாதல் மற்றும் வினைத்திறன்
மூலக்கூறுக்கும் வலுவூட்டிக்கும் இடையிலான இணக்கத்தன்மை, உருகிய உலோகம் வலுவூட்டியை முறையாக நனைக்க முடியுமா என்பதைத் தீர்மானிக்கிறது. சில சமயங்களில் துகள் பூச்சுகள் அல்லது கலப்புலோகக் கூறுகளைச் சேர்ப்பது அவசியமாகிறது.

5. வெப்பநிலை மற்றும் செயலாக்க நேரத்தைக் கட்டுப்படுத்துங்கள்
மிக அதிக வெப்பநிலை இடைமுக வினையைத் துரிதப்படுத்தக்கூடும், அதே சமயம் மிகக் குறைந்த வெப்பநிலை ஊடுருவலையும் முழுமையற்ற ஒருங்கிணைப்பையும் ஏற்படுத்தக்கூடும்.

5. முடிவுரை

உலோகங்களிலிருந்து கலவைப் பொருட்களை உருவாக்கும் செயல்முறையானது, உலோகவியல், பொருள் அறிவியல் மற்றும் உற்பத்திப் பொறியியல் ஆகிய துறைகளின் கோட்பாடுகளை ஒன்றிணைக்கும் ஒரு துறையாகும். கலக்கி வார்ப்பு மற்றும் ஊடுருவல் போன்ற திரவ முறைகள் முதல், தூள் உலோகவியல் மற்றும் பரவல் பிணைப்பு போன்ற திட முறைகள் வரை, மேலும் படிவு மற்றும் சேர்க்கை உற்பத்தி போன்ற நவீன முறைகள் வரை, ஒவ்வொன்றும் வெவ்வேறு பயன்பாட்டுத் தேவைகளுக்குத் தீர்வுகளை வழங்குகின்றன. வலுவூட்டல் விநியோகம், நுண்துளைத்தன்மை மற்றும் இடைமுகப் பிணைப்பின் தரம் ஆகியவற்றில்தான் பெரும்பாலும் மிகப்பெரிய சவால்கள் உள்ளன. சரியான முறைத் தேர்வு மற்றும் சிறந்த செயல்முறைக் கட்டுப்பாட்டுடன், உலோகக் கலவைகள் பல்வேறு தொழில்களுக்கு, குறிப்பாகக் கடுமையான சூழல்களைத் தாங்கக்கூடிய, எடை குறைந்த மற்றும் வலிமையான பொருட்களைக் கோரும் தொழில்களுக்கு, குறிப்பிடத்தக்க செயல்திறன் மேம்பாடுகளை வழங்க முடியும்.

நீங்கள் விரும்பினால், இந்தக் கட்டுரையை ஒரு குறிப்பிட்ட சூழலுக்கு ஏற்ப (எ.கா., வாகனத் துறைக்கான அலுமினியக் கலவைகள், விண்வெளித் துறைக்கான டைட்டேனியம் கலவைகள், அல்லது ஒரு செயல்முறை முறையை மட்டும் மையமாகக் கொண்டு) என்னால் மாற்றியமைத்து, ஒரு அறிவியல் நூல் பட்டியலையும் சேர்க்க முடியும்.