جامعة نورث إيسترن تتعاون مع bluShift لتطوير مساحيق التصنيع الإضافي من نفايات المعادن

أخبار ar.wedoany.com، طور أندرو نيلز (Andrew Neils)، عالم المواد في جامعة نورث إيسترن (Northeastern University) وعضو مجموعة أبحاث الرش البارد (Cold Spray Research Group)، بالتعاون مع شركة bluShift للفضاء (bluShift Aerospace)، طريقة جديدة لتحويل نفايات تشغيل المعادن إلى مواد خام للتصنيع الإضافي. تستخدم هذه الدراسة تقنية التكسير في الحالة الصلبة، حيث يتم تحويل رقائق تشغيل الفولاذ المقاوم للصدأ 316L إلى مسحوق معدني عبر عملية الطحن الكروي، وتم تطبيقها بنجاح في إثبات مفهوم الترسيب بالرش البارد، مما يؤكد الجدوى التقنية لإعادة تدوير نفايات المعادن كمواد خام للتصنيع الإضافي.

قدم نيلز هذه النتائج في معرض RAPID+TCT هذا العام. وأوضح أن الهدف من المشروع هو تحقيق إنتاج موزع ومنخفض التكلفة للمساحيق، مع تجنب التحولات الطورية الناتجة عن الحرارة، وزيادة كفاءة الطاقة من خلال المعالجة في الحالة الصلبة. مقارنة بالطرق التقليدية القائمة على التخليق الكيميائي من الأسفل إلى الأعلى، فإن عملية الطحن الكروي من الأعلى إلى الأسفل أسرع وأرخص وأسهل في التوسع. وأكد نيلز أن الفريق اختار عمدًا تقنية الطحن الكروي البسيطة والناضجة، حيث تم اعتماد المطحنة الكروية الكوكبية نظرًا لانخفاض تكلفتها (حوالي 5000 دولار للمعدات المخبرية القياسية) وسهولة توسيع نطاقها.

يمثل طحن نفايات المعادن إلى مساحيق مناسبة للتصنيع الإضافي تحديًا كبيرًا. استخدم فريق البحث مزيجًا من كرات الطحن الكبيرة (للصدمات عالية الطاقة لتحقيق التكسير وتقليل حجم الجسيمات) والكرات الصغيرة (للصدمات منخفضة الطاقة لتحقيق استدارة الجسيمات وتنعيمها). وأشار نيلز إلى أن قوة التصادم تعتمد إلى حد كبير على قطر الكرة، حيث تؤدي زيادة قطر الكرة من 6 ملم إلى 20 ملم إلى زيادة قوة التصادم بحوالي 37 مرة. استعان الفريق بنماذج تحليلية للمساعدة في التنبؤ بطاقة الصدمات عند التوسع إلى معدات أكبر، وهو أمر بالغ الأهمية للتنبؤ بالتوسع عند الانتقال من المطحنة الكروية الكوكبية إلى معدات أكبر مثل المطحنة الكروية الخلاطية.

في التجارب المحددة، اعتمد الفريق عملية طحن كروي متعددة المراحل: استخدام الكرات الكبيرة للتكسير الأولي، والكرات المتوسطة لنشر الشقوق، والكرات الصغيرة لتنعيم الجسيمات. مقارنة بالطحن الكروي أحادي المرحلة التقليدي، حققت طرق الطحن ثنائية وثلاثية المراحل توزيعًا أضيق لحجم الجسيمات، وتحكمًا أفضل في الشكل، واستدارة أعلى للجسيمات. استخدم الباحثون مسحوق الرذاذ الغازي كمجموعة ضابطة، ووجدوا أن وقت الطحن هو العامل الرئيسي المؤثر على جودة المسحوق، حيث يؤدي وقت الطحن الأطول إلى إنتاج جسيمات أصغر وأكثر تجانسًا. على الرغم من أن المنتج الناتج يقترب في خصائصه من المساحيق التجارية، إلا أن نيلز اعترف بأن العملية لم يتم تحسينها بعد. بالإضافة إلى ذلك، أدى التلوث الناتج عن وعاء الطحن المصنوع من كربيد التنجستن إلى ظهور جسيمات كربيد التنجستن المتناثرة في مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ، مما قد يمثل طريقة محتملة لتصنيع المواد المركبة ذات الأساس المعدني.

في إثبات مفهوم الرش البارد، أنتج مسحوق الرذاذ الغازي أفضل جودة للطلاء، لكن مسحوق الطحن ثلاثي المراحل تمكن أيضًا من تشكيل طبقة طلاء مقبولة مع تداخل جيد للجسيمات. زادت صلابة الطلاء المركب بسبب وجود كربيد التنجستن. لا تزال هذه الدراسة في مرحلة المختبر أو التطوير، وستستكشف الأبحاث المستقبلية جدوى تطبيق هذه الطريقة على المزيد من المواد وبكميات أكبر.