مسحوق الحديد هي مادة حديدية متعددة الاستخدامات ذات تطبيقات صناعية وتجارية متنوعة نظرًا لخصائصها المغناطيسية وقوتها العالية وليونتها ومجموعة من أحجام المسحوق المتاحة. يوضح هذا الدليل بالتفصيل الأنواع المختلفة والمواصفات وطرق التصنيع والتطبيقات والتسعير والمقارنات والأسئلة المتداولة حول مسحوق الحديد.
نظرة عامة على مسحوق الحديد
يشير مسحوق الحديد إلى حبيبات دقيقة من معدن الحديد، وعادة ما يكون حجمها أقل من 500 ميكرون. وتُظهر نفاذية عالية وغالبًا ما تحتوي على كميات صغيرة من عناصر السبائك مثل السيليكون أو النيكل أو الموليبدينوم أو النحاس لتعديل الخصائص المغناطيسية أو الهيكلية.
السمات الرئيسية التي تجعل مساحيق الحديد مفيدة في مختلف الصناعات:
- محتوى الحديد عالي النقاء (>98%)
- التحكم في مورفولوجيا المسحوق وحجم الحبيبات
- نطاق قيم المقاومة الكهربائية
- خصائص مغناطيسية قابلة للتعديل
- قابلية جيدة للتشغيل الآلي والضغط
- القدرة على تكييف القوة الميكانيكية
- متوفرة بكميات تجارية كبيرة
- تكاليف تصنيع أقل من الحديد الصلب
- قابلية إعادة تدوير الخردة/مسحوق النفايات
مع توقعات بوصول الطلب العالمي إلى 800 كيلو طن سنويًا، يستمر إنتاج مسحوق الحديد وتنوعه في الارتفاع مدفوعًا بتطبيقات صناعة السيارات والكهرباء والنحاس.
أنواع تركيبات مسحوق الحديد
يتم تصنيف مسحوق الحديد عادةً حسب التركيب وعملية التصنيع وشكل الجسيمات وحجم المسحوق وكثافة المسحوق:
الجدول 1: الأنواع الرئيسية لتركيبات مسحوق الحديد
| النوع | الوصف |
|---|---|
| حديد الكربونيل | مسحوق فائق النقاء عالي النقاء ينتج عن طريق تحلل خماسي كربونات الحديد |
| رذاذ الماء | مصنوعة من ترذيذ الحديد المنصهر الذي يتم ضخه من خلال فوهة؛ أشكال غير منتظمة |
| إلكتروليت | ترسب من محاليل ملح الحديد المائية على الكاثودات |
| الحديد المختزل | يُنتج من قشور المطاحن عن طريق اختزال H2/CO عند درجة حرارة 400-700 درجة مئوية |
| ملدن | المسحوق الناعم الناتج عن التلدين الكهربائي/المسحوق المرذذذ بالماء |
| سبيكة | إضافات صغيرة من السيليكون، والألمنيوم، والنحاس، والنحاس، والمو لتعديل خصائص المسحوق |
| حديد معزول | كل جسيم مغطى بطبقة عازلة غير عضوية |
| حديد الرمل | القطع غير المنتظمة المصنوعة عن طريق سحق/طحن الحديد الزهر |
الشكل: جسيمات مكتنزة كروية في الغالب، متشعبة، حبيبية وغير منتظمة مكتنزة شوهدت.
الحجم: ما بين 10 ميكرون إلى 1 ملليمتر؛ والأصغر حجماً أكثر تكلفة.
الكثافة الظاهرة:: 2 جرام/سم مكعب معبأة تعبئة خفيفة، وحتى 4 جرام/سم مكعب للمسحوق المضغوط بالضغط.
إلى جانب التركيب، يتم تحديد الخصائص من خلال طرق إنتاج المسحوق والمعالجة اللاحقة مثل التلدين أو الطلاء أو إضافة مواد التشحيم.
الخصائص والخصائص الرئيسية لـ مسحوق الحديد
يُظهر مسحوق الحديد المتاح تجاريًا طيفًا واسعًا من الخصائص الفيزيائية والكيميائية والكهربائية والمغناطيسية:
الجدول 2: خصائص مسحوق الحديد وطرق قياس الاختبار
| الممتلكات | القيم النموذجية | طرق الاختبار |
|---|---|---|
| التركيب الكيميائي | 98% حديد، 0.8% أكسجين، 0.1% نيتروجين2، 0.1% كربون | تحليل الاحتراق، تفلور أكس رايفر |
| الكثافة الظاهرة | 2-4 غرام/سم مكعب | مقياس التدفق الهوائي |
| كثافة الحنفية | حتى 6.5 غرام/سم مكعب | جزء الربط |
| معدلات التدفق | يؤثر التماسك على تدفق المسحوق تحت الجاذبية | مقياس التدفق الهوائي |
| قابلية الانضغاط | ضغط أخضر بنسبة 35-65% نموذجي | اختبارات الأدوات الصحفية |
| فقدان الهيدروجين | أقل من 150 جزء في المليون من التلدين | طريقة الانصهار بالغاز الخامل |
| النفاذية | 70-150 للحديد الملدن | اختبار الرسم البياني للتباطؤ |
| المقاومة | 10-18 ميكرومتر أوم سم؛ تقلل السبائك | طريقة المجسات الأربعة |
| عامل الخسارة | أقل من 15 كيلو واط/م3 عند 10 كيلوهرتز | الرسم البياني للتباطؤ |
| الصلابة | ما يصل إلى 90 HRB بعد التلبيد | صلابة روكويل |
العوامل الرئيسية التي تحدد مدى ملاءمة الاستخدام الصناعي:
- خصائص التدفق
- اتساق الكثافة
- الإمكانات المغناطيسية
- قابلية التصنيع
- مستوى النقاء
- توزيع حجم الجسيمات
عمليات إنتاج مسحوق الحديد المسحوق
طرق التصنيع الرئيسية لإنتاج درجات مختلفة من مسحوق الحديد هي:
الجدول 3: نظرة عامة على عمليات إنتاج مسحوق الحديد الرئيسية
| طريقة | الوصف | الناتج النموذجي |
|---|---|---|
| ترذيذ الغاز | تفكك تيار الحديد المصهور بواسطة نفاثات النيتروجين/الأرجون | مسحوق كروي ناعم |
| ترذيذ الماء | يقوم الماء عالي الضغط بتفتيت ذوبان الحديد إلى حبيبات | مسحوق شجيري غير منتظم |
| التحليل الكهربائي | أيونات الحديد من محلول مائي مطلي على القطب السالب | ترسبات إسفنجية خفيفة |
| تحلل الكربونيل | التكسير الحراري لخماسي كربونات الحديد | مسحوق متناهي الصغر فائق النقاء |
| التبديد الميكانيكي | سحق وطحن الحديد المصبوب/الخنزير | مسحوق بحجم حبة كبيرة الحجم |
| اختزال الهيدروجين | مسحوق أكسيد الحديد المختزل في أجواء الهيدروجين | مسحوق مسامي أقل كثافة |
| الترسيب الكهربائي | طلاء الحديد بالكهرباء على الكاثودات من الأنودات القابلة للذوبان | مسحوق كثيف ملتصق |
يمكن أن تؤدي العمليات الثانوية بعد الإنتاج مثل التلدين والتكسير والتصنيف والطلاء والتشحيم إلى تعديل خصائص المسحوق مثل حجم الحبيبات والشكل والكثافة وخصائص التدفق.
الجدول 4: مزودو الصناعة لمعدات وأنظمة تصنيع مسحوق الحديد
| شركة | العروض |
|---|---|
| BASF | معدات ترذيذ الغاز |
| ساندفيك أوسبري | أنظمة تفتيت المياه الجاهزة |
| إيتالبروسيس | وحدات اختزال الهيدروجين |
| حبيبات ECKA | التلدين، التكسير، التكسير، التصنيف |
| هوغاناس | حلول إنتاج المساحيق الكاملة |
| كاستويل | معدات معالجة المسحوق |
تعتبر الطاقات الإنتاجية التي تتراوح بين 200-2000 كجم/ساعة نموذجية لمصانع الاختزال القائمة على الغاز والماء والهيدروجين.
تطبيقات واستخدامات مسحوق الحديد
تشمل التطبيقات الصناعية والاستخدامات التجارية الرئيسية لمسحوق الحديد ما يلي:
الجدول 5: مجالات الاستخدام الرئيسية لمسحوق الحديد
| الصناعة | التطبيقات |
|---|---|
| السيارات | تروس المسحوق المعدني، ومحامل المحرك، ومكونات مضخة الزيت، ووسادات الفرامل، وأجزاء الاحتكاك |
| كهربائي | الحديديات، والمحاثات، والدروع الكهرومغناطيسية، والملامسات |
| الإنشاءات | المواد الأولية لطلاء المساحيق للتشطيبات فوق الركائز المعدنية |
| التصنيع | صب المسحوق بالحقن بالمسحوق للأجزاء المعقدة ذات الشكل الصافي |
| الترشيح | معالجة المياه باستخدام وسائط الحديد لإزالة ملوثات الزرنيخ والكروم |
| الطباعة | مساحيق الحبر لآلات التصوير وطابعات الليزر |
| اللحام | الموثق في مخاليط تدفق اللحام الطاردة للحرارة المولدة للحرارة |
| علم المعادن | تعمل إضافات مسحوق الحديد على تعزيز الخواص الميكانيكية للفولاذ الملبد |
| المواد الكيميائية | يستخدم كمحفز ومصدر صبغة |
| زيوت التشحيم | مضافات التحكم في الاحتكاك لسوائل الفرامل وزيوت ناقل الحركة |
| ميكروويف | مادة الحديد المفقودة لامتصاص الموجات الكهرومغناطيسية |
ومن بين هذه المواد، تمثل صناعة مسحوق المعادن وتصنيع مكونات الاحتكاك أكثر من 50% من استهلاك مسحوق الحديد في الوقت الحالي.
مواصفات مسحوق الحديد
يتم تسويق مسحوق الحديد تجاريًا في درجات قياسية مختلفة محددة حسب حجم الجسيمات وشكلها وكثافتها وتركيبها:
الجدول 6: المواصفات النموذجية لدرجات مسحوق الحديد المتاحة
| السمة | النطاق |
|---|---|
| نطاق الحجم (ميكرون) | 10 إلى 500 |
| الشكل | كروي، حبيبي، شجيري كروي، شجيري |
| عناصر السبائك | النحاس: 1-4%، المنيوم: 0.2-5%، السيكل: 0.1-6% |
| الكثافة الظاهرة (جم/سم مكعب) | 2-4.5 |
| كثافة الحنفية (جم/سم مكعب) | حتى 6.5 |
| الحد الأدنى لمقايسة الحديد | 98% |
| الحد الأقصى من الأكسجين | 0.8% |
| الحد الأقصى للنيتروجين | 0.1% |
| محتوى الرطوبة | <0.1٪ بالوزن٪ |
| معدلات التدفق | يؤثر التماسك على تدفق المسحوق تحت الجاذبية |
وبالإضافة إلى ذلك، فإن الكربنة ومسحوق الحديد المعزول لهما مجموعات فرعية خاصة من مواصفات الرتب المصممة خصيصًا للتطبيقات الفريدة.
المواصفات القياسية الدولية لمسحوق الحديد
يتوافق مسحوق الحديد المتداول عالميًا مع معايير الجودة المحددة وفقًا للمعايير الصناعية:
الجدول 7: معايير درجة مسحوق الحديد الدولية الرئيسية
| قياسي | الجوانب الرئيسية المحددة |
|---|---|
| ISO 4491 | طريقة لتحديد معدلات تدفق المسحوق تجريبياً باستخدام مقياس التدفق Hall |
| ISO 4490 | إجراءات قياس الكثافة السائبة وكثافة الصنبور |
| ISO 4497 | تقنيات النخل لتحديد توزيع حجم الجسيمات |
| ASTM B831M | طرق الاختبار القياسية لتوزيع حجم الجسيمات للمساحيق المعدنية عن طريق النخل |
| JIS Z 2508. | المواصفة القياسية اليابانية التي تحدد طرق تحديد خصائص الضغط والكثافة الخضراء |
| معيار DIN 51733 | إجراءات الاختبار القياسية الألمانية لتقييم خصائص تدفق المسحوق |
يمتلك المصنعون ذوو السمعة الطيبة شهادات جودة مثل ISO 9001 إلى جانب مختبرات مجهزة بالكامل للتحقق من الخصائص الكيميائية والوظيفية والفيزيائية أثناء الإنتاج ولقبول المستخدم.
الموردون والتسعير
كمنتج سلعي ضخم تنتجه كبرى الشركات المصنعة لمسحوق المعادن، يتراوح السعر الحالي لمسحوق الحديد بين 1.5$ إلى 5$ للكيلوغرام الواحد بناءً على:
الجدول 8: المحددات الرئيسية لتسعير مسحوق الحديد
| المعلمة | التأثير على السعر |
|---|---|
| عملية الإنتاج | الإلكتروليت والكربونيل الأغلى ثمناً |
| مستوى النقاء | نقاوة أعلى تتطلب قسطًا أعلى |
| كثافة المسحوق | زيادة مع مزيد من الانضغاطية |
| حجم الجسيمات | المسحوق الناعم يكلف أكثر |
| كمية الشراء | الطلب بالجملة يمنح خصومات |
| اتساق المنتج | تضيف تفاوتات التوزيع الضيقة تكلفة إضافية |
| عناصر السبائك | تكلف معظم درجات السبائك تكلفة إضافية |
| الموقع | الشحن والرسوم الإقليمية تؤثر على |
الجدول 9: الموردون العالميون الرئيسيون ونطاقات الأسعار النموذجية لمساحيق الحديد الخاصة بهم
| شركة | نماذج المنتجات | نطاق السعر |
|---|---|---|
| هوغاناس | رذاذ الماء، مسبوك مسبقًا | 1.8$ - 3.5$/كجم |
| BASF | كاربونيل، كهربائي، رذاذ الماء | 2 دولار - 4.8 دولار/كجم |
| ريو تينتو | الماء المرذاذ، الملدن، الهيدروجين المختزل | 1.7- 3 دولار/كجم |
| شركة البترول الوطنية الصينية | الدرجات الإلكتروليتية والسبائكية | 1.5$ 2.5$ 2.5$/كجم |
| JFE للصلب | كاربونيل، مخلوط بالسبائك الذرية | من 2 دولار إلى 5 دولارات/كجم |
| ساندفيك أوسبري | الغاز المرذاذ | 3.5 دولار/كجم 3.5 دولار/كجم |
| أميتك | فولاذ مقاوم للصدأ مكسو بالصلب المقاوم للصدأ | 5 دولارات - 7 دولارات/كجم |
تعتمد الأسعار على الكميات السنوية المتعاقد عليها وعرض المواصفات المضمونة. اجعل اتساق الجودة والاعتماد أولوية على مجرد مطاردة أدنى مستويات الأسعار المعروضة أثناء الحصول على مسحوق الحديد.
إيجابيات وسلبيات مسحوق الحديد
الجدول 10: مقارنة بين مزايا مساحيق الحديد ومحدوديتها
| مزايا | سلبيات |
|---|---|
| مواد ومعالجة اقتصادية | قد لا تتطابق مع خصائص الصب/المشغول |
| يسهل تشكيلها في أشكال شبكية | قوة أقل من سبائك الصلب |
| نطاق النفاذية المغناطيسية | عرضة للصدأ بدون تشطيبات واقية |
| ليونة أعلى من معظم أنواع الفريت | قابلية التشكيل المحدودة لتصنيع الصفائح المعدنية |
| معالجة الخردة المعاد تدويرها | احتياطات مناولة المسحوق اللازمة |
| التوحيد القابل للتخصيص عبر المعالجة | إمكانية تباين الخصائص بين الدفعات |
بالنسبة للأجزاء الصغيرة المعقدة مثل أسنان العجلة المسننة والتروس، يوفر مسار تعدين المسحوق فوائد كبيرة من حيث التكلفة حتى مع الأخذ في الاعتبار انخفاض القوة الميكانيكية. ولكن بالنسبة للتركيبات الهيكلية الكبيرة، فإن الصب التقليدي أو المعالجة بالتشوه للصلب أفضل.
التعليمات
Q. كيف يتم تصنيف مسحوق الحديد بناءً على أحجام الجسيمات؟
يتم تصنيف مسحوق الحديد تجاريًا حسب أحجام الشبكات إلى:
- الدرجات الخشنة –؛ أقل من 100 شبكة (149 ميكرون)
- درجة ناعمة –؛ 100 إلى 400 شبكة (37 إلى 149 ميكرون)
- درجة فائقة النعومة –؛ أكثر من 400 شبكة، أقل من 37 ميكرون
Q. ما هي الدرجات التي توفر مسحوق الحديد الأعلى نقاءً؟
مستويات النقاء التي تزيد عن 99.5% ممكنة باستخدام مسحوق الحديد الكربوني والكهربائي. تولد طرق الانحلال >98% نقاءً بنسبة 98%.
Q. ما الفرق بين الكثافة الظاهرية وكثافة الصنبور؟
تشير الكثافة الظاهرة إلى التعبئة السائبة التي يتم قياسها بعد التقليب الخفيف بينما كثافة النقر هي زيادة الضغط التي تتحقق بعد النقر الميكانيكي على أسطوانة القياس المحملة المحملة.
Q. لماذا يُعد معدل التدفق معيارًا مهمًا لمسحوق الحديد؟
يضمن التدفق الجيد للمساحيق سهولة واتساق وملاءمة التشغيل الآلي لعمليات قولبة الأجزاء والعمليات المعدنية مثل قولبة حقن المعادن حيث يجب أن تتدفق المادة بحرية تحت الجاذبية في القوالب.