पाउडर धातु विज्ञान का विस्तृत परिचय

I. बुनियादी अवधारणाएं

II. मूल प्रक्रिया चरण

1. पाउडर तैयार करना
   • पद्धति: यांत्रिक कुचलने (जैसे, गेंद पीसने, जबड़े कुचलने), भौतिक वाष्प जमाव (PVD), रासायनिक कमी (जैसे, हाइड्रोजन कमी लोहे के पाउडर के लिए),परमाणुकरण (धातु धूल के लिए पानी/वायु परमाणुकरण).
   • प्रमुख मापदंड: पाउडर कण का आकार (माइक्रोन स्तर पर, गठन घनत्व को प्रभावित करता है), शुद्धता और आकृति विज्ञान (गोलाकार/अनियमित, प्रवाह क्षमता को प्रभावित करता है) ।
     [फोटोः गोल मिश्र धातु के पाउडर बनाने वाली पाउडर एटॉमिज़ेशन उपकरण]
2. मिश्रण और संशोधन
   • धातु के पाउडर को गैर-धात्विक additives (जैसे, कार्बन, कठोरता के लिए तांबा) और स्नेहक (जैसे, मोल्डेबिलिटी के लिए जस्ता स्टीरेट) के साथ मिलाएं।
3. ढालना
   • संपीड़न मोल्डिंग: उच्च दबाव (50~300 एमपीए) मोल्ड में "ग्रीन कॉम्पैक्ट" बनाने के लिए, सरल सममित आकारों के लिए उपयुक्त।
   • धातु इंजेक्शन मोल्डिंग (MIM): पाउडर-बाइंडर मिश्रण को मोल्ड में इंजेक्ट किया जाता है, डिबॉन्ड किया जाता है और जटिल परिशुद्धता भागों (जैसे, घड़ी गियर, चिकित्सा उपकरण) के लिए सिंटर किया जाता है।
   • आइसोस्टैटिक प्रेसिंग: उच्च घनत्व वाली सामग्रियों (जैसे, एयरोस्पेस सुपरलेय घटक) के लिए तरल (ठंडे/गर्म आइसोस्टैटिक प्रेसिंग) के माध्यम से समान दबाव।
     [छविः शीत आइसोस्टैटिक प्रेसिंग उपकरण की योजना]
4. सिंटरिंग
   • एक सुरक्षात्मक वातावरण (आर्गॉन, हाइड्रोजन) या वैक्यूम में धातु के पिघलने के बिंदु के 60~80% तक गर्म करना, घनत्व और शक्ति में सुधार के लिए परमाणु प्रसार के माध्यम से कणों को बांधना।
   • महत्वपूर्ण मापदंड: तापमान, प्रतीक्षा समय और वायुमंडल नियंत्रण।
5. पोस्ट-प्रोसेसिंग
   • घनत्व: दमन/पुनः-सिंटरिंग; यांत्रिक गुणों के लिए गर्म फोर्जिंग।
   • सतह उपचार: इलेक्ट्रोप्लेटिंग, पेंटिंग, कार्बोराइजिंग।
   • मशीनिंग: उच्च परिशुद्धता के लिए मामूली काटने (बोरिंग, पीसने) ।

III. तकनीकी विशेषताएं

1. लाभ
   • उच्च सामग्री दक्षता: निकट-नेट आकार देने से अपशिष्ट (< 5%) कम होता है, जिससे लागत कम होती है।
   • जटिल संरचना निर्माण: माइक्रोहोल, मल्टी-मटेरियल कंपोजिट या ग्रेडिएंट गुणों वाले भागों (जैसे तेल से सना हुआ असर, गियरबॉक्स) को सीधे बनाता है।
   • उच्च प्रदर्शन वाली सामग्री:
     • अग्निरोधक धातुएं (टंगस्टन, मोलिब्डेनम) और कम्पोजिट (धातु-मैट्रिक्स सिरेमिक प्रबलित)
     • छिद्रित सामग्री (फिल्टर, हीट डिंक) और विरोधी घर्षण सामग्री (स्व-चिकन लेयरिंग)
   • ऊर्जा कुशल: कास्टिंग/फोर्जिंग की तुलना में कम ऊर्जा की खपत, बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए आदर्श।
2. सीमाएँ
   • छिद्रता प्रभाव: सिंटर सामग्री 5~20% छिद्रशीलता बनाए रखती है, घनत्व के लिए बाद के प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है।
   • मोल्ड पर निर्भरताउच्च परिशुद्धता वाले मोल्ड महंगे और जटिल होते हैं, जो मध्यम-बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त होते हैं।
   • आकार की सीमाएँ: पारंपरिक मोल्डिंग भागों के आकार (दसियों सेमी) को सीमित करती है; बड़े घटकों को आइसोस्टैटिक प्रेसिंग या 3 डी प्रिंटिंग की आवश्यकता होती है।

IV. प्रमुख सामग्री और अनुप्रयोग

1. सामान्य सामग्री
   • लोहा/कापर आधारित: 70% से अधिक अनुप्रयोगों में, गियर, बीयरिंग और संरचनात्मक भागों (जैसे, ऑटोमोबाइल इंजन घटकों) के लिए उपयोग किया जाता है।
   • अग्निरोधक धातु: वाल्फ्फ्रेम, मोलिब्डेनम मिश्र धातुएं एयरोस्पेस उच्च तापमान वाले भागों (रॉकेट नोजल, उपग्रह हीट सिंक) के लिए।
   • विशेष मिश्र धातु: टाइटेनियम मिश्र धातु, विमान इंजन ब्लेड और चिकित्सा प्रत्यारोपण (टाइटेनियम हड्डियों के पेंच) के लिए सुपरलीग (Inconel) ।
   • कम्पोजिट: धातु-सिरेमिक (हीरा देखा ब्लेड), छिद्रित धातु (ऊर्जा अवशोषण, उत्प्रेरक समर्थन) ।
2. विशिष्ट अनुप्रयोग
   • मोटर वाहन: इंजन वाल्व सीटें, ट्रांसमिशन गियर (30% वजन में कमी), टर्बोचार्जर घटक।
   • इलेक्ट्रॉनिक्स: एमआईएम आधारित स्मार्टफोन कैमरा ब्रैकेट, 5जी हीट सिंक (उच्च ताप चालकता वाले तांबे), चुंबकीय पाउडर (इंडक्टर) ।
   • एयरोस्पेस: गर्म आइसोस्टैटिक प्रेस सुपरलेय टर्बाइन डिस्क, टाइटेनियम संरचनात्मक भाग (वजन में कमी) ।
   • चिकित्सा: छिद्रित टाइटेनियम प्रत्यारोपण (हड्डी कोशिका एकीकरण), एमआईएम दंत ढांचे।
   • नयी ऊर्जा: लिथियम बैटरी इलेक्ट्रोड पाउडर (एनसीएम), ईंधन सेल द्विध्रुवीय प्लेट (स्टेनलेस स्टील)
     [चित्रः इलेक्ट्रिक वाहन मोटर में पाउडर धातु विज्ञान घटक]

वी. अत्याधुनिक प्रौद्योगिकियां और रुझान (2025 के लिए दृष्टिकोण)

1. एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग से एकीकरण
   • धातु थ्रीडी प्रिंटिंग (एसएलएम/एलएमडी): पारंपरिक मोल्डिंग सीमाओं को पार करते हुए पाउडर से सीधे जटिल भागों (जैसे, एयरोस्पेस इम्पेलर) को प्रिंट करता है।
   • बाइडर जेटिंग थ्रीडी प्रिंटिंग: छोटे भागों के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए लागत प्रभावी, पारंपरिक एमआईएम की तुलना में सस्ता।
     [छविः एसएलएम के माध्यम से 3 डी मुद्रित टाइटेनियम एयरोस्पेस घटक]
2. नैनोपॉडर्स और उच्च प्रदर्शन
   • नैनोक्रिस्टलीय पाउडर(उदाहरण के लिए, नैनो-कॉपर, नैनो-टाइटनियम) उच्च अंत उपकरण और कवच के लिए 50%+ तक शक्ति बढ़ाएं।
   • ढलान सामग्री: सतह के पहनने के प्रतिरोध और आंतरिक कठोरता वाले भागों के लिए परतदार पाउडर बनाने।
3. हरित विनिर्माण
   • प्रदूषण को कम करने के लिए पानी आधारित बाइंडर एमआईएम में कार्बनिक सॉल्वैंट्स की जगह लेते हैं; 90% से अधिक पाउडर रीसाइक्लिंग कार्बन तटस्थ लक्ष्यों के अनुरूप है।
4. स्मार्ट उत्पादन
   • वास्तविक समय में तापमान नियंत्रण के लिए एआई-अनुकूलित सिंटरिंग भट्टियां; गुणवत्ता नियंत्रण के लिए ऑनलाइन पाउडर परीक्षण (लेजर कण आकार विश्लेषण, एक्सआरडी) ।

VI. निष्कर्ष