Prášková metalurgia

Moderná doba prispieva moderným technológiám, ktoré jej pomáhajú, aby bola ešte modernejšia. Tento kolobeh sa opakuje stále dokola, čím je zaistený pokrok. Či už v elektrotechnike, automatizácii či iných odboroch, pokrok je tu, aby zlepšoval a prospieval. Takýto pokrok môžeme zaznamenať napríklad aj u technológií výroby ocelí. Keďže je pôvodná výrobná technológia ocele veľmi stará, bolo jasné, že jej bude časom šliapať na krk niečo novšieho. Niečo, čo ponúkne lepšie materiály. To niečo je prášková metalurgia.

Čo je to prášková metalurgia? Stavím sa, že mnohým z vás táto otázka preletela hlavou. Prášková metalurgia je proces výroby ocelí a ďalších materiálov. Jedná sa o špeciálnu technológiu, ktorá umožňuje vyrobiť inak nevyrobiteľné materiály. Takým môže byť napríklad zmes volfrámu a hliníka. Dvoch prvkov, ktoré sa inak nedajú zlievať.
Rád by som sa zbavil všetkých rôznych možností a variácií a zameral sa na práškovú metalurgiu nožiarskych ocelí. V tomto smere je najväčším priekopníkom americká spoločnosť CMC™. Skôr než si povieme niečo bližšie k tejto technológii, by som rád vás vzal trochu späť v čase. Späť do minulosti práškovej metalurgie.

Africké kmene aj mince

Hoci sa to môže zdať neuveriteľné, prášková metalurgia je staršia, než by ste si mysleli. Prvé zmienky o nej sú stovky rokov staré. Africké kmene rozdrvili železnú rudu na jemný prach. Ten sa čistil a následne spékal v špeciálnej hlinenej nádobe. Vyrábali sa takto zbrane. O niečo dlhšie, v 19. storočí v Rusku, sa používala prášková metalurgia k razeniu mincí z platiny. Hromadné využitie však prišlo až so svetovou vojnou. V rokoch 1941-1943 došlo k zdokonaleniu technológie lisovania prachu, vďaka čomu sa stala technológia dostupnejšia. Nemecký priemysel takto vyrábal napríklad vodiace krúžky delostreleckých granátov a ďalšie.

O pár desiatok rokov neskôr

Ako som už načrtol, matkou práškovej metalurgie a jej rozšírenia je predovšetkým americká spoločnosť CMC™, ktorá v šesťdesiatych rokoch patentovala technológiu CPM čiže Crucible Powder Metalurg. Tak dala vzniknúť skvelým oceliam, ako napríklad CPM S30, CPM S35VN a ďalšie. Ako si môžete prečítať v patričných slovníkových pojmoch, ocele sú veľmi pevné, spoľahlivé a dosahujú napríklad oveľa vyššieho percenta uhlíka, než je zvykom. Ako je to možné?

Prach si a z prachu ťa zlisujú

Ako je teda možné, že materiály, ktoré sa normálne považujú za nevyrobiteľné, naraz vyrobiť idú? Môže za to úplne odlišný postup výroby. Pri klasickej výrobe sa (veľmi zjednodušene) taví železo spolu s uhlíkom, poprípade ďalšími legujúcimi prvkami. Vysoké pece poskytujú dostatočnú teplotu k úplnému roztaveniu a spojeniu všetkých prísad. Následne sa oceľ zlieva spravidla do foriem ingotov.
Prášková metalurgia funguje trochu inak. Celú technológiu si môžeme rozdeliť do troch základných krokov.

Získanie prášku

Zo vstupných materiálov sa najskôr musí získať prášok. Najčastejšie sa prášku dosahuje buď mletím, alebo rozprašovaním. Keďže je rozprašovanie najčastejšie a sú ním vyrábané práve ocele CTZ, zostaneme u neho. Ako rozprašovacie médium sa používa buď voda, alebo plyn. Ocele CPM sú rozprašované práve inertným plynom, ktorý taveninu rozmiestni na drobné kvapôčky. Tie sú po rozprášení chladené v chladiacich vežiach. Než kvapôčka dopadne do nádrže, je stuhnutá. Nedochádza teda k žiadnemu spájaniu v nádržiach.

Lisovanie

Potom, čo je získaný prášok, prichádza druhá fáza, fáza lisovania. Prášok samotný by bol k ničomu, musí sa teda lisovať do potrebného tvaru. Lisovanie prebieha buď za studena, alebo za tepla. Podľa toho, aká má byt konečná funkcia materiálu. Lisovací tlak môže byť často aj okolo 400 MPa.

Spekanie

Výsledný materiál po lisovaní býva pórovitý. Takýto stav väčšinou nie je vyhovujúci, preto prichádza posledná časť procesu, a to tak zvané spekanie. Vďaka nemu dochádza k požadovanej kvalite, zvyšuje sa súdržnosť, pevnosť a znižuje pórovitosť. Počas spekania dôjde k vzájomnému splynutiu práškových častíc. Spekanie môže prebiehať za nižších alebo vyšších teplôt. Potom dochádza buď k povrchovému, alebo úplnému spojeniu častíc.

Výsledkom tohto procesu je potom taký skvost, ako napríklad oceľ CPM S35VN, má obľúbená.

Slušné, že?

Tak čo si o práškovej metalurgii myslíte? Len pripomínam, že som to zobral hopom. Celá technológia je tak zložitá, že sú na nej odbory na vysokých školách. Je teda jasné, že článok o pár stovkách slov ju nemôže vysvetliť do detailu, čo som ani nechcel. Dôležité je vedieť, že prášková metalurgia pomáha vytvárať skvelé materiály, ktoré by inak neexistovali. Jej aplikácia je však finančne veľmi náročná, preto sa vypláca až od vyšších objemov.
Len pre zaujímavosť, prítomnosť práškovej metalurgie v priemysle stále stúpa. V roku 2005 sa jej vytvorilo cez 7000 ton. Oproti tomu v roku 1995 len cca 2500 ton.