منوی اصلی
مجموعه مطالب مهندسی مواد و متالورژی
رشته مهندسی مواد، عاملی برای پیشرفت کشور عزیزمان ایران
  • امید اشکانی شنبه 25 بهمن 1393 03:27 ب.ظ نظرات ()

    تکنولوژی متالوسرامیک برای نخستین بار توسط دانشمندان هوا فضای شوروی سابق به جهانیان معرفی شد. این تکنولوژی پس از فروپاشی شوروی وارد دنیای صنعت و به خصوص صنعت خودروسازی شد.

     

    http://khodroha.com/motor.jpg


    مبنای این تکنولوژی کاهش اصطکاک و استهلاک در راستای بالا بردن راندمان مکانیکی دستگاه های صنعتی و جلوگیری از اتلاف نیرو است. ولی چگونه؟

    بیایید سری به درون موتور یک اتومبیل بزنیم. همه ما می دانیم که دیواره سیلندرها با رینگ های کمپرسی پیستون به شدت در تماس است. این تماس، اصطکاک زیادی را به وجود می آورد که با کاهش راندمان مکانیکی موتور همراه است. ولی از طرفی اگر این اصطکاک وجود نداشته باشد تراکم یا کمپرسی محفظه احتراق از قسمت دیواره سیلندر فرار خواهد کرد. بدیهی است که این امر موجب کاهش شدیدتر راندمان حجمی و حتی خاموش شدن موتور خواهد شد. پس چاره چیست؟

    بیایید اندکی دقیقتر شویم. در محیط مادی هر گونه حرکتی با اصطکاک همراه است. اصطکاک نه تنها در دیواره سیلندرها که در لابه لای چرخ دنده های گیربکس و دیفرانسیل، در قسمت تماس میل بادامک و سوپاپ و در بسیاری از قسمتهای موتور دیده می شود.

    حال این سؤال مطرح می شود که آیا می توان اصطکاک موجود در سیلندرها و سایر قسمتها را بدون از دست دادن تراکم موتور از بین برد؟ آیا می توان بدون لق کردن چرخ دنده ها، اصطکاک موجود در بین آنها را به حداقل رساند؟ این جاست که متالو سرامیک وارد میدان می شود!

    چندی بیش کمپانی یاماها در یکی از مدل های خود برای ساخت سیلندرهای موتور بجای چدن از سرامیک استفاده کرد. نتیجه کار به طرز حیرت انگیزی رضایت بخش بود. ولی سرامیک ماده ای بسیار گرانبها است و فراگیر شدن آن نیاز به گذر زمان و ارایه روشهای جدید برای تولید ارزانتر دارد. Ceramic Coating عبارت است از تکنولوژی روکش کردن فلزات با لایه ای نازک از سرامیک مخصوص.

    تاکنون در بسیاری از موارد دیده شده که فلزات و سطوحی که در حال کارکرد اصطکاک زیادی را باعث می شوند، با لایه ای از سرامیک پوشیده شده اند. ولی این روش را نمی توان با متالو سرامیک یکسان دانست. زیرا :

     - این لایه سرامیکی بسیار گران قیمت است.

     - برای این کار باید موتور یا دستگاه مورد نظر را متوقف کرده، قطعات آن را از هم باز کرد و پس از انجام عملیات پوشش با سرامیک دوباره آن را مونتاژ کرد. شاید این عمل در مورد اتومبیل کار ساده ای باشد ولی در مورد دستگاه های غول پیکر صنعتی فرآیند پیچیده تری دارد. باز و بسته کردن یک دستگاه غول پیکر که به عنوان مثال در خط تولید یک اتومبیل فعال است دست کم به۳ یا۴ روز زمان نیاز دارد که این کار برابر است با خواباندن یا shut down خط تولید و خلاصه هزاران و حتی میلیونها دلار ضرر مالی.

    - لایه سرامیکی کمی ترد و شکننده است و تنش های وارد برقطعات ممکن است باعث خرد شدن این لایه شود.

    ولی در متالو سرامیک قضیه اندکی متفاوت است. برای درک این موضوع باید سری به دنیای نوظهور نانو تکنولوژی بزنیم.یک روغن موتور بسیار مرغوب مانند API SL یا SM را در نظر بگیرید که درون آن با ذرات بسیار ریز سرامیک اشباع شده است. این ذرات با قطر نانو بقدری ریز هستند که قادرند از هر نوع فیلتری عبور کنند. وقتی روغن در قسمتهای مختلف موتور سیر می کند این ذرات را همراه خود به آن قسمتها می برد.

    اگر بر روی یک کاغذ یا یک دیوار صاف دست بکشید تصور خواهید کرد که کاملاً صاف است. در صورتی که اگر با میکروسکوپ به آن بنگرید تعداد زیادی پستی و بلندی مشاهده خواهید کرد.

    دیواره سیلندر نیز چنین وضعیتی دارد. یعنی در نگاه اول بقدری صیقلی و صاف است که همانند آینه تصاویر را انعکاس می دهد، ولی این سطح نیز پر است از نقاط برجسته و فرو رفته. دمای قسمت نوک تیز این برآمدگی ها گاه به۱۰۰۰ درجه سانتیگراد می رسد. اگر چه دمای کارکرد روغن ممکن است بین۹۰ تا۱۵۰ درجه سانتیگراد باشد ولی اگر بخواهیم به صورت نقطه ای به این مسئله نگاه کنیم، همین نقطه های کوچک به مرور باعث خراب شدن روغن می شوند.

    متالو سرامیک در اینجا عرض اندام می کند. ذرات سرامیکی معلق در روغن زمانی فعال می شوند که در یک نقطه سایش و دمای زیادی وجود داشته باشد. این ذرات پس از رسیدن به این نقاط، با دریافت دمای موجود در این نقاط به صورت اتم به اتم به این پستی و بلندی ها پیوند می خورند و مانند بتونه پستی و بلندی ها را پر می کنند. تفاوت لایه متالو سرامیک با لایه سرامیک معمولی در این است که سرامیک معمولی مانند رنگ روی سطوح کشیده می شود، در صورتی که ذرات متالو سرامیک در ابعاد نانو با مولکولهای فلز پیوند می خورند و تقریباً مادام العمر بر روی سطوح باقی می مانند. از طرفی سرامیک معمولی با اینکه از سختی بالایی برخوردار است در عین حال شکننده است و این همان نقطه قوت متالو سرامیک است، چرا که سختی متالو سرامیک۱۰ برابر فولاد و اصطکاک آن۶ برابر کمتر از آینه است. به بیانی ساده تر در صورت استفاده از این تکنولوژی تمامی سطوح موتور که روی یکدیگر ساییده می شوند با لایه ای بسیار نازک، کاملاًَ مستحکم و صاف پوشیده می شوند.

    در کل، این امر موجبات پر شدن خطوط میکروسکوپی سیلندر و افزایش کمپرس موتور را فراهم می کند. در ضمن براثر از بین رفتن اصطکاک بین سیلندر و پیستون راندمان مکانیکی موتور افزایش می یابد. در این حالت موتور راحت تر کارکرده و سریعتر دور بر می دارد، صداها و لرزش اضافی موتور به حداقل می رسد، سایش قطعاتی مانند میل بادامک و رینگ پیستون ها و مهمتر از همه مصرف سوخت موتور از۱۰ تا۲۵ درصد (بسته به شرایط کارکرد موتور) کاهش می یابد.

    یکی دیگر از ویژگی های این دستاورد تعمیر موتور بدون نیاز به باز کردن قطعات است. در مواقعی مانند خط افتادگی بر روی دیواره سیلندر باید موتور را باز کرده و با تراش دادن دیواره سیلندر و استفاده از رینگ پیستون بزرگتر این مشکل را برطرف کرد که این امر با اتلاف وقت و هزینه همراه است. در صورتی که از این تکنولوژی استفاده شود می توان بدون باز کردن موتور و فقط با افزودن این ماده به روغن موتور شرایط موتور را به حالت عادی باز گرداند.


    آخرین ویرایش: شنبه 25 بهمن 1393 03:39 ب.ظ
    ارسال دیدگاه
  • امید اشکانی پنجشنبه 4 دی 1393 04:43 ب.ظ نظرات ()


    قالب گیری تزریقی سرامیک ها (Ceramic Injection Molding) برای شکل‌ دادن قطعات نسبتا کوچک در تعداد بالا با شکل پیچیده‌ و جداره‌های نازک که صرفه‌ جویی در پرداخت و ماشین‌ کاری اهمیت زیادی داشته باشد مورد استفاده قرار می‌ گیرد. در قالب گیری تزریقی سرامیک ها برای پودر های مدرن سرامیکی که خاصیت پلاستیسیته خوبی ندارند لازم است از مواد افزودنی که چسبندگی و روانی لازم را ایجاد نمایند استفاده نمود که از متداول‌ ترین آن ها می‌ توان به مواد ترموپلاستیک، ترموست، محلول‌ های آبی شامل مقادیر کم ماده آلی اشاره نمود.

    به عنوان مثال به میزان 3-2% وزنی از رزین‌ های آلی، مواد آلی چون پارافین جامد و پلی‌ اتیلن، موم زنبور عسل و ... افزوده شده تا اینکه یک خمیر به قدر کافی شکل‌ پذیر و دارای قابلیت قالب‌ گیری در دمای محیط حاصل شود. معمولا درصد حجمی مواد آلی تا 35% قطعه را تشکیل می‌دهد. نمونه‌ های قالب گیری تزریقی معمولا در دماهای بالا پخت می شوند. مکانیزم زینترینگ از نوع زینترینگ واکنشی می‌باشد و انقباضی حدود 20-13% را خواهد داشت که البته در سه جهت مساوی نیست. چنانچه از مواد ترموپلاستیک و یا موم استفاده گردد به صورت داغ در قالب فشرده شده و با انجام عملیات حرارتی افزودنی‌ های آلی کاملا پیرولیز خواهند شد.

    در استفاده از چسب‌های آلی باید به نحوی عمل کرد که مخلوط در هنگام شکل‌گیری به راحتی جریان یابد و در هنگام پخت نیز کاملا بسوزد و از بدنه خارج شود. سیستم چسبی شامل یک چسب اصلی، چسب فرعی، یک عامل پلاستی فایر (نرم‌کننده) و در مواردی شامل یک ماده سخت‌کننده و یک ماده فعال‌کننده سطح برای بهبود قابلیت‌ تر شوندگی ذرات است. ماده چسب فرعی در دماهای پایین‌تر سوخته و با خروج خود کانال‌های لازم برای گریز ماده چسبی اصلی ایجاد می‌ نماید. ماده اصلی تا قبل از سوختن کامل به قطعه استحکام می‌ دهد. محتوی خاکستر و مقدار کربن باقی‌ مانده بعد از سوخت عامل مهمی در انتخاب سیستم چسبی است. ماده نرم‌کننده برای کنترل ماده چسبی و بهبود جریان یابی و قالب‌گیری ماده تزریقی می‌باشد. استحکام و ویسکوزیته مخلوط به نسبت رزین/ پودر و دما بستگی دارد. در شکل زیر می توانید شماتیک این فرآیند را مشاهده کنید .



    http://www.uplooder.net/img/image/2/f83978d2449238d41b0e132c1f596f53/53-finalss.jpg


    پودرهای سرامیکی مانند آلومینا، زیرکونیا، نیترید سیلیسیم و کاربید سیلیسیم همراه با عواملی چون B، C، CaO، MgO و... به عنوان کمک زینتر در مایعی چون الکل (40% حجمی) در یک آسیا مورد مخلوط کردن و همگن‌ سازی قرار می‌ گیرند. بعد از خشک کردن پودر حاصله مجددا با اجزا چسبی در حالت گرم مخلوط شده و به عنوان خوراک دستگاه تزریق مورد استفاده قرار می‌ گیرد.


    متغیر های مهم این فرآیند دمای مخلوط خمیری، فشار تزریق، سرعت جریان و سرعت سرد شدن هستند. دمای تزریق بین 15-125درجه سانتیگراد بالاتر از دمای ماده چسبی و بالاتر از نقطه ذوب مواد آلی اضافه شده می‌ باشد. جریان ماده با فشاری حدود 100-30 مگاپاسکال به درون قالب وارد می‌ شود. مخلوط تزریق شده تقریبا رفتار شبه پلاستیک دارد. در صورت استفاده از موم‌ های ترمو پلاستیک تغییرات کمتری در فشار تزریق داریم. موم‌ ها معمولا در محدوده دمایی 95-65 درجه سانتیگراد نرم می‌ شوند و ویسکوزیته نسبتا کم موم مذاب باعث شده فشار تزریق تا 350 کیلو پاسکال کاهش یابد بدین ترتیب میزان سایش به طور قابل توجهی پایین خواهد بود. موم گفته شده قبل از پخت نهایی طی عملیات تکلیس خارج می‌ شود. پودر های سرامیکی که حساس به اکسیداسیون نباشند فرآیند تکلیس در یک کوره الکتریکی معمولی با سرعت افزایش دما بین 50-2 درجه بر ساعت انجام می‌ گیرد. این روش نسبتا گران بوده و در صورتی استفاده می‌ شود که حداکثر ضخامت قطعه 5 میلیمتر باشد. برای پودرهای حساس به اکسیداسیون عملیات تکلیس در اتمسفر هیدروژن و یا اتمسفر خنثی صورت می‌ گیرد. مواد آلی را می‌ توان از طریق یک حلال آلی نیز حذف نمود.

    با این روش قطعاتی چون پره‌ های توربین از جنس SiC قابل ساخت می‌ باشد. اگر خمیر تهیه شده به صورت لایه‌ های نازک روی مثلا یک پلاک شیشه‌ ای شکل داده شود با استفاده از استوانه‌ های مدور می‌ توان پلاک‌های مدور شده و یا موجدار حاصل نمود. با استفاده از همین تکنیک انواع پلاک‌ های نازک به عنوان زیرپایه‌ های الکترونیکی، صفحات حائل، صفحات پایه و انواع پره‌های رادیاتور ها و مبدل‌ های حرارتی ساخته می‌ شوند. از مزایای این روش می‌ توان به موارد زیر اشاره نمود:


    1- قطعه شکل داده شده شکلی بسیار نزدیک به شکل محصول نهایی دارد.

    2- عملیات پرداخت‌ کاری نیاز نبوده و یا ماشین‌ کاری کمی لازم دارد.

    3- سیکل شکل دادن کوتاه می‌ باشد.

    4- دقت ابعادی خوب و خصوصیات سطحی مناسبی دارد.

    5- امکان اتوماسیون به راحتی دارد.

    6- برای اشکال پیچیده و سطوح با نقش برجسته مناسب است.

    چگالی خام به دست آمده بستگی زیادی به درصد حجمی مواد آلی در قطعه خام دارد.


    منبع : مهدی کلانتر، سرامیک های سازه ای دما بالا، انتشارات دانشگاه یزد، 1387.


    آخرین ویرایش: یکشنبه 7 دی 1393 08:22 ب.ظ
    ارسال دیدگاه
تعداد صفحات : 2 1 2
شبکه اجتماعی فارسی کلوب | Buy Website Traffic | Buy Targeted Website Traffic