تشكيل الرش

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة بإضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن المصادر:  "Spray forming" – news  · magazines  · books  · scholar  · JSTOR ( April 2009 ) ( Learn how and when to remove this message )

التشكيل بالرش ، والمعروف أيضًا باسم الصب بالرش ، والترسيب بالرش ^[1] والضغط في الموقع ، ^[2] هو طريقة لصب مكونات معدنية على شكل شبكة قريبة من البنية الدقيقة المتجانسة من خلال ترسيب قطرات رش شبه صلبة على ركيزة مشكلة. في التشكيل بالرش، يتم صهر السبائك، عادةً في فرن الحث ، ثم يُسكب المعدن المنصهر ببطء من خلال وعاء مخروطي الشكل في فوهة سيراميك صغيرة الثقب . يخرج المعدن المنصهر من الفرن كتيار رقيق حر السقوط ويتم تقسيمه إلى قطرات بواسطة مجموعة حلقية من نفثات الغاز، ثم تستمر هذه القطرات إلى أسفل، وتتسارع بواسطة نفثات الغاز للتأثير على ركيزة. يتم ترتيب العملية بحيث تضرب القطرات الركيزة أثناء وجودها في الحالة شبه الصلبة، وهذا يوفر جزءًا سائلًا كافيًا "لالتصاق" الجزء الصلب معًا. يستمر الترسيب، مما يؤدي تدريجيًا إلى بناء كتلة معدنية مشكلة بالرش على الركيزة.

تتميز عملية التشكيل بالرش بالغاز الذري ( GASF ) عادةً بمعدل تدفق سبيكة منصهرة يتراوح بين 1 إلى 20 كجم/دقيقة، على الرغم من أن أنظمة الرذاذ المزدوجة يمكنها تحقيق معدلات تدفق معدنية تصل إلى 80 كجم/دقيقة. تم إنتاج كتل فولاذية خاصة تزن طنًا واحدًا أو أكثر عن طريق التشكيل بالرش على أساس تجاري، جنبًا إلى جنب مع حلقات خام من سبائك النيكل الفائقة يصل وزنها إلى 500 كجم وقضبان بثق سبائك الألومنيوم يصل وزنها إلى 400 كجم .

طور البروفيسور سينجر في جامعة سوانسي لأول مرة فكرة التشكيل بالرش بالغاز الذري في سبعينيات القرن العشرين حيث يصطدم نفاثة غاز عالية الضغط بتيار ذوبان مستقر لتسبب التذرير . ثم يتم جمع القطرات الناتجة على هدف يمكن معالجته داخل الرش واستخدامه لتشكيل كتلة كثيفة تقريبًا ذات شكل شبكي تقريبًا. وجد التشكيل بالرش تطبيقات في الصناعات المتخصصة مثل: الكسوة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ لأنابيب حرق النفايات ؛ أقراص وحلقات سبائك النيكل الفائقة لمحركات الطيران والفضاء ؛ أهداف الرش المصنوعة من الألومنيوم والتيتانيوم والألومنيوم والنيوديميوم والألومنيوم والفضة ؛ سبائك الألومنيوم والسيليكون لبطانات الأسطوانات ؛ والصلب عالي السرعة . يعد تاريخ التشكيل بالرش مثالاً على كيفية ضرورة المساهمات الإبداعية للعديد من الباحثين على مدار عدد من السنوات لإنتاج ابتكار عملية صناعية مستخدمة على نطاق واسع الآن.

يقدم التشكيل بالرش مزايا معينة مقارنة بكل من علم المعادن السبائك التقليدي والتقنيات الأكثر تخصصًا مثل علم المعادن المسحوق . أولاً، إنها عملية مرنة ويمكن استخدامها لتصنيع مجموعة واسعة من المواد، بعضها يصعب إنتاجه بطرق أخرى، على سبيل المثال سبائك Al-5wt% Li أو Al-SiC، Al-Al ₂ O ₃ مركبات المصفوفة المعدنية (MMCs). إن ذرات تيار المنصهر إلى قطرات بقطر 10-500 ميكرومتر، بعضها، اعتمادًا على القطر، يبرد بسرعة إلى الحالة الصلبة وشبه الصلبة، توفر عددًا كبيرًا من النويات للجزء السائل المتبقي من المادة المشكلة بالرش على السطح العلوي للسبائك. يؤدي الجمع بين التبريد السريع في الرش وتوليد عدد كبير من النويات الصلبة في الرش المؤثر إلى بنية دقيقة متساوية المحاور، عادةً في نطاق 10-100 ميكرومتر، بمستويات منخفضة ومقاييس طول قصيرة لتقسيم المذاب الداخلي. توفر هذه الجوانب البنيوية الدقيقة مزايا في قوة المادة بسبب حجم الحبيبات الدقيقة، والتوزيع الدقيق للمراحل المتشتتة و/أو الراسب الثانوي ، فضلاً عن التسامح مع عناصر الشوائب "المتسكعة". تعني هذه البنية الدقيقة في حالة "الرش" أنه يمكن تجنب المعالجات الحرارية المتجانسة في كثير من الأحيان. نظرًا لمسار التصلب المعقد (أي الانتقال السريع من المصهور شديد التسخين إلى القطرات الصلبة أو السائلة أو شبه الصلبة إلى التوازن الحراري عند قمة السبيكة شبه الصلبة والتبريد البطيء النهائي إلى الصلابة الكاملة) للمادة المشكلة بالرش، فقد تم الإبلاغ أيضًا عن ذوبان ممتد لعناصر السبائك وتكوين مراحل غير مستقرة وشبه بلورية.

إن أحد أهم عوامل الجذب في عملية التشكيل بالرش هو الفائدة الاقتصادية المحتملة التي يمكن الحصول عليها من تقليل عدد خطوات العملية بين الذوبان والمنتج النهائي. يمكن استخدام عملية التشكيل بالرش لإنتاج شرائح وأنابيب وحلقات وقضبان/لفائف مكسوة ومنتجات تغذية بالبثق الأسطوانية، في كل حالة ببنية مجهرية دقيقة نسبيًا حتى في المقاطع العرضية الكبيرة. تتحقق فوائد GASF مقارنة بمسحوق المعادن من خلال تقليل عدد خطوات العملية حيث يمكن إزالة خطوات غربلة المسحوق والضغط وإزالة الغازات والمناولة وقضايا السلامة والتلوث المصاحبة لها.

هناك عيبان رئيسيان لعملية تشكيل الرش بالذرات الغازية. العيب الأكثر أهمية هو العائد المنخفض نسبيًا للعملية مع خسائر نموذجية تبلغ حوالي 30٪. تحدث الخسائر بسبب الرش الزائد (قطرات تفتقد الكتلة الناتجة)، وتناثر المواد من سطح الكتلة، و"ارتداد" المواد عن السطح العلوي شبه الصلب. يستخدم العديد من مشغلي عملية التشكيل بالرش الآن نظام حقن الجسيمات لإعادة حقن مسحوق الرش الزائد، وبالتالي إعادة تدوير المواد التي كانت ستضيع لولا ذلك، أو بيع مسحوق الرش الزائد كمنتج في حد ذاته. العيب الرئيسي الثاني هو واحد يتعلق بالتحكم في العملية. نظرًا لأنه في الأساس عملية تشكيل حرة مع العديد من المتغيرات المترابطة، فقد ثبت أنه من الصعب التنبؤ بالشكل أو المسامية أو معدل الترسيب لسبائك معينة. يعتمد الكثير من التحكم على خبرة المشغل والعلاقات التجريبية. ويرجع جزء من التعقيد في العملية والافتقار إلى التحكم القوي في العملية جزئيًا إلى منع التسويق التجاري الواسع النطاق لهذه العملية. لقد أثبتت بعض التطورات التي تستخدم التحكم بالتغذية المرتدة نجاحها في تحسين الاختلافات في قطر السبيكة وتحسين العائد في أنظمة محددة ولكن لم يتم تطبيقها على نطاق واسع بعد.

إن المسامية الناتجة عن احتباس الغاز وانكماش التصلب تشكل مشكلة كبيرة في المواد المشكلة بالرش. تحتوي الكتلة النموذجية المشكلة بالرش على مسامية تتراوح بين 1% و2% مع حجم مسام يعتمد على مدى تجميد السبائك ومعايير العملية المختلفة. يمكن للضغط الساخن المتساوي الضغط (HIP) أو المعالجة الحرارية الميكانيكية أن تعالج هذه المسام إذا كانت صغيرة (أقل من 30 ميكرومتر). وعلى الرغم من هذه العيوب، فإن التشكيل بالرش يظل عملية اقتصادية لإنتاج سبائك متخصصة يصعب تصنيعها. يصعب علاج المسامية واسعة النطاق بشكل فعال ويجب تقليلها من خلال التحكم الدقيق في العملية. في بعض الحالات، يتم التحكم في المسامية من خلال إضافات السبائك التي تتفاعل مع الغاز المذاب والمحاصر لتكوين مرحلة صلبة، على سبيل المثال التيتانيوم المضاف إلى كتل النحاس لتكوين نتريد التيتانيوم مع غاز النيتروجين المذاب والمحاصر . يمكن للمسامية، حتى بعد الدمج، أن تحد من تطبيقات المواد المشكلة بالرش، على سبيل المثال يجب أن تكون مكونات توربينات الغاز الدوارة خالية من المسامية بسبب التأثير الضار على التعب عالي الدورة (HCF).

على الرغم من المشاكل المرتبطة بعملية التشكيل بالرش، فقد كان هناك اهتمام صناعي مستدام بعملية التشكيل بالرش على مدى السنوات الخمس والثلاثين الماضية. تمتلك شركة Sandvik-Osprey (Osprey Metals Ltd سابقًا) في نيث، جنوب ويلز، براءات الاختراع الخاصة بهذه العملية، وقد رخصت التكنولوجيا لمجموعة من الصناعات. يوجد حاليًا ما يقرب من 25 مرخصًا يعملون في جميع أنحاء العالم، بدءًا من مصانع البحث والتطوير الصغيرة إلى العمليات التجارية الكاملة. التطبيقات الرئيسية هي المواد الأولية للموصلات الفائقة منخفضة الحرارة Nb ₃ Sn (CuSn)، ومعدات حفر النفط (مادة عالية القوة CuMnNi) وأدوات التشكيل (CuAlFe مع محتوى عالي من Al). في كل هذه التطبيقات، يتعلق البحث بالتوفيق بين عيوب التكلفة وتعقيد عملية التشكيل بالرش والطلب على السبائك عالية الأداء في التطبيقات المتخصصة.

كانت أقدم أعمال التشكيل بالرش تعتمد على فرن احتجاز كهربائي مسخن بالمقاومة. ثم يمر المصهور عبر فوهة Al ₂ O ₃ بقطر 3 مم . ومع ذلك، فإن معدل التدفق المنخفض جعل ارتفاع درجة الحرارة ضروريًا لمنع التصلب في الفوهة. كانت إجراءات الصهر من الجيل التالي في تطبيقات التشكيل بالرش عبارة عن وحدات تحريض صب سفلي، والتي توفر العديد من الفوائد. في هذا النظام، تكون بوتقة الصهر أعلى رأس الرذاذ مباشرةً مع فوهة سيراميك تتغذى مباشرة من الفرن إلى الرذاذ. يمر قضيب سدادة عبر المصهور إلى أعلى فوهة الصب، ويتم سحب القضيب عندما يصل المصهور إلى درجة الحرارة المحددة للرش، وعادةً ما تكون من 50 إلى 150 درجة مئوية (122 إلى 302 درجة فهرنهايت) فوق سائل السبيكة . بدلاً من ذلك، يتم استخدام سدادة مُجهزة مسبقًا من السبيكة لسد الفوهة، وعند درجة حرارة قصوى محددة تذوب هذه السدادة مما يسمح لمحتويات الفرن بالتصريف من خلال الفوهة. هناك مشكلة أخرى مرتبطة بأفران الصب السفلي وهي التغير في معدل التدفق المرتبط برأس التخفيض المعدني الثابت في البوتقة. وفي بعض الحالات، قد يؤدي إدخال ضغط زائد للغاز الخامل أثناء الصب إلى تعويض هذا التأثير.

النهج البديل هو فرن الصب المائل حيث يتم إمالة فرن الحث لصب المصهور في وعاء مخروطي الشكل يقوم بدوره بتوصيل المعدن المنصهر إلى فوهة توصيل المصهور. يوفر نظام الصب المائل ميزة فصل الذوبان عن إجراء الرش بحيث لا تؤثر مشاكل الذوبان والحلول العلاجية أو تزعج الإعداد الحرج لفوهة توصيل المصهور.

في أكثر ترتيبات الصهر تعقيدًا، والتي تستخدم فقط لإنتاج قطع تشكيل التوربينات الفائقة من سبائك النيكل عن طريق التشكيل بالرش، تم دمج الصهر بالحث الفراغي وإعادة الصهر بالخبث الكهربائي ومواقد الموقد البارد بواسطة شركة GE للتحكم في مستويات شوائب السبائك ووجود شوائب حرارية في إمداد المعدن المنصهر. يجمع التشكيل بالرش المعدني النظيف ( CMSF ) بين عملية تنقية الخبث الكهربائي ودليل الحث الجداري البارد والتشكيل بالرش بالذرات الغازية. أدى هذا النهج إلى تقليل عدد العيوب المرتبطة بالانصهار (المسام والشوائب وما إلى ذلك)، وحجم حبيبات متوسط ​​أدق، والقدرة على إنتاج سبائك أكبر والقدرة على معالجة مجموعة أوسع من السبائك.

هناك العديد من التقنيات المختلفة لذر المعادن المنصهرة، والعديد منها مشتق من صناعة مسحوق المعادن وتمت مراجعتها على نطاق واسع في أماكن أخرى. هناك طريقتان رئيسيتان للذرات تستخدم في التشكيل بالرش: الذرات الطاردة المركزية لتصنيع حلقات ذات شكل شبكي تقريبًا والذرات الغازية لتصنيع الكتل والأنابيب والأشرطة.

تتضمن عملية التذرية بالطرد المركزي سكب المعدن المنصهر بمعدلات تدفق منخفضة نسبيًا (0.1– 2 كجم/دقيقة) على صفيحة أو طبق أو قرص دوار، حيث تكون سرعة الدوران كافية لإنشاء قوى طرد مركزي عالية عند المحيط والتغلب على التوتر السطحي والقوى اللزجة بحيث يتم تفتيت المصهور إلى قطرات. تعتمد أقطار القطرات الناتجة عن عملية التذرية بالطرد المركزي في المقام الأول على سرعة الدوران (حتى 20000 دورة في الدقيقة) وتكون عادةً في نطاق 20–1000 ميكرومتر مع معدلات تبريد من رتبة 104 كلفن ^-1 . تُجرى عملية التذرية بالطرد المركزي عمومًا في جو خامل من الأرجون أو النيتروجين _لمنع أكسدة القطرات الدقيقة أو يمكن تشغيلها تحت الفراغ .

يخرج تيار الذوبان من فوهة توصيل الذوبان إلى حجرة الرش. يتم حماية تيار الذوبان من عدم استقراره بسبب بيئة الغاز المضطربة في حجرة الرش بواسطة نفاثات الغاز الأولية التي تعمل عند ضغط غاز خامل متوسط ​​يتراوح من 2 إلى 4 بار، ويكون تدفق الغاز الناتج موازيًا لتيار الذوبان لتثبيت تيار الذوبان. يستخدم المرذاذ الثانوي نفاثات غاز عالية السرعة (250 إلى 350 مللي ثانية ^-1 ) ونفاثات غاز عالية الضغط (6 إلى 10 بار) للارتطام بتيار الذوبان لتحقيق التذرير. يتم ترتيب نفاثات المرذاذ عادةً على شكل حلقة أو نفاثات منفصلة موضوعة بشكل متماثل حول فوهة توصيل الذوبان، أو أقل شيوعًا، مرتبة على شكل فوهة خطية لإنتاج منتجات الشرائط. تتبع أقطار القطرات النموذجية توزيعًا طبيعيًا لوغاريتميًا بأقطار مسحوق تصل إلى ~600 ميكرومتر مع قطر متوسط ​​كتلة ~150 ميكرومتر.

إن معدل تدفق كتلة الغاز الذري إلى معدل تدفق كتلة المعدن المنصهر هو أحد المعلمات الرئيسية في التحكم في قطر القطرة وبالتالي معدل التبريد ودرجة حرارة السبيكة وكثافة نواة الجسيمات الصلبة الناتجة. تتراوح نسبة الغاز إلى المعدن (GMR) عادةً في نطاق 1.5 إلى 5.5، مع انخفاض العائد وزيادة معدلات التبريد في الرش مع زيادة نسبة الغاز إلى المعدن. عادةً عند نسبة الغاز إلى المعدن المنخفضة (1.5)، يكون العائد 75%، وإذا تمت زيادة نسبة الغاز إلى المعدن إلى 5.0 مع بقاء جميع المعلمات الأخرى ثابتة، يتم تقليل عائد العملية إلى 60%.

تم تطوير أجهزة التبخير الماسحة التي تسمح بإنتاج كتل يصل قطرها إلى 600 مم، وهو ما يزيد تقريبًا عن ضعف القطر الممكن باستخدام جهاز التبخير الساكن. يتم اهتزاز رأس جهاز التبخير ميكانيكيًا من 5 إلى 10 درجات بتردد نموذجي يبلغ 25 هرتز، لانحراف تيار الذوبان مما يخلق مسار رش متزامن مع سرعة دوران لوحة التجميع من أجل ترسيب كتلة متوازية الجوانب. باستخدام محركات التبخير المتذبذبة القابلة للبرمجة، كان من الممكن تحسين شكل وإمكانية إعادة إنتاج الرواسب المشكلة بالرش. وقد ثبت أنه يمكن رش الكتل المتوازية الجوانب ذات القمة المسطحة بطريقة قابلة لإعادة الإنتاج إذا تم مزامنة دوران الركيزة وتردد تذبذب جهاز التبخير وتحسينهما لسبائك محددة ومعدلات تدفق الذوبان. تجمع أنظمة التبخير المزدوجة بين جهاز التبخير الساكن والمسح، مما يجعل من الممكن رش كتل يصل قطرها إلى 450 مم بفوائد اقتصادية.

الغاز الذري المستخدم في التشكيل بالرش هو عمومًا إما N ₂ ويمكن أن يكون واقيًا أو تفاعليًا حسب نظام السبائك، أو Ar الذي يكون عمومًا خاملًا تمامًا ولكنه أكثر تكلفة من N _2. يمكن إدخال الغازات التفاعلية بكميات صغيرة إلى الغاز الذري لإنشاء سبائك معززة بالتشتت، على سبيل المثال 0.5-10٪ O ₂ في N ₂ المستخدمة لتوليد سبائك Al المعززة بالتشتت بالأكسيد (ODS). أظهرت المقارنات بين التشكيل بالرش القائم على N ₂ و Ar أنه مع بقاء جميع العوامل الأخرى ثابتة، كانت درجة حرارة الجزء العلوي من السبيكة أقل مع N ₂ مقارنة بـ Ar، بسبب الاختلافات في الانتشار الحراري للغازين الذريين: يتمتع Ar بموصلية حرارية تبلغ 0.0179 واط / متر كلفن وهو أقل بحوالي الثلث من N ₂ بموصلية حرارية تبلغ 0.026 واط / متر كلفن.

لقد تم إجراء أبحاث مكثفة حول آليات تفكك الذرات والذرات، مما يدل على أن الذرات تتكون عادة من ثلاث خطوات: (1) التفكك الأولي لتيار الذرات؛ (2) خضوع القطرات والأربطة المنصهرة للتفكك الثانوي؛ (3) تبريد الجسيمات وتصلبها. وقد أسفر التحليل النظري لعملية الذرات للتنبؤ بحجم القطرات عن نماذج توفر اتفاقًا معتدلًا فقط مع البيانات التجريبية.

تظهر التحقيقات أنه في جميع الحالات، ينتج عن ذرات الغاز للمعدن المنصهر نطاقًا واسعًا من أقطار القطرات، عادةً في نطاق 10-600 ميكرومتر، بمتوسط ​​قطر ~100 ميكرومتر. يحكم قطر القطرة السلوك الديناميكي للقطرة أثناء الطيران والذي بدوره يحدد الوقت المتاح للتبريد أثناء الطيران وهو أمر بالغ الأهمية في التحكم في البنية الدقيقة للسبيكة الناتجة. على مسافة طيران 300-400 مم، تظهر التوقعات سرعات قطرات تتراوح من 40 إلى 90 مللي ثانية ^-1 لأقطار قطرات في نطاق 20-150 ميكرومتر على التوالي، مقارنة بالسرعات المقاسة التي تبلغ ~100 مللي ثانية ^-1 ، وعلى مسافات تصل إلى 180 مم من الرذاذ، لا تزال القطرات تتسارع بواسطة الغاز. تبرد القطرات أثناء الطيران بشكل أساسي عن طريق الحمل الحراري والإشعاع، ويمكن أن تتعرض لتبريد أقل يصل إلى 300 درجة مئوية (572 درجة فهرنهايت) قبل التبلور. تُظهر النماذج والقياسات التجريبية أن القطرات الصغيرة (<50 ميكرومتر) تصبح صلبة تمامًا بسرعة كبيرة قبل الترسيب، وستكون القطرات التي يتراوح قطرها بين 50 و200 ميكرومتر شبه صلبة عادةً وستكون القطرات التي يبلغ قطرها >200 ميكرومتر سائلة عند الترسيب. ينتج عن نطاق التاريخ الديناميكي والحراري للقطرات سطح علوي من 0.3 إلى 0.6 جزء صلب. لا يتم دمج كل المواد التي تصطدم بالسطح في السبيكة: سترتد بعض القطرات الصلبة أو تتناثر من السطح العلوي للسبيكة أو يتم توجيهها خارج منطقة الترسيب بواسطة حركة الغاز المضطربة في الحجرة. تمت تسمية نسبة القطرات التي تؤثر على السطح مقارنة بالنسبة التي يتم دمجها في الكتلة بكفاءة الالتصاق : تعتمد على الالتصاق الهندسي الذي هو دالة على زاوية الرش بالنسبة للركيزة وكفاءة الالتصاق الحراري التي تعتمد على الرش وجزء المادة الصلبة / السائلة في الكتلة.

أثناء الرش، من الضروري الحفاظ على درجة حرارة ثابتة للسطح العلوي وبالتالي الحفاظ على ظروف الحالة المستقرة إذا كان من المقرر إنتاج كتلة ذات بنية دقيقة متناسقة. على سطح الكتلة، أثناء الرش، يجب الحفاظ على توازن المحتوى الحراري حيث يجب موازنة معدل فقدان المحتوى الحراري (H _out ) من الكتلة عن طريق التوصيل إلى غاز التذرير ومن خلال الركيزة والحمل الحراري والإشعاع مع معدل إدخال المحتوى الحراري (H _in ) من القطرات في الرش. هناك مجموعة متنوعة من العوامل التي يمكن تعديلها من أجل الحفاظ على هذه الظروف: ارتفاع الرش، وضغط غاز الرذاذ، ومعدل تدفق الذوبان، وسخونة الذوبان الفائقة وتكوين الرذاذ، وهي المعلمات الأكثر قابلية للتعديل. عادةً ما يمكن استخدام معدات مثل كاميرات الدائرة المغلقة والقياس الحراري البصري لمراقبة حجم الكتلة/موضعها ودرجة حرارة السطح العلوي. إذا كانت قيمة H _out أكبر بكثير من قيمة H _in ، فسيتم الحفاظ على درجة حرارة ثابتة على السطح العلوي للكتلة. يجب أن يكون السطح العلوي في حالة طرية من أجل تعزيز التصاق القطرات الواردة وإعادة ذوبان الجسيمات الصلبة جزئيًا. إن إعادة الذوبان الجزئي الضروري للقطرات الصلبة يفسر غياب البقايا الشجرية من القطرات المتصلبة مسبقًا في البنية الدقيقة النهائية. إذا كان Hin غير كافٍ للتسبب في إعادة الذوبان بشكل كبير، فسوف تتشكل بنية دقيقة "متناثرة" من القطرات الطبقية، وهو أمر نموذجي لعمليات الرش الحراري مثل الرش البلازمي الفراغي (VPS) والرش القوسي والوقود الأكسجيني عالي السرعة. تم إنتاج خرائط المعالجة للرش البلازمي وتشكيل الرش باستخدام توازن حراري ثابت من حيث وقت الطبقة الداخلية (الوقت بين أحداث الترسيب) مقابل متوسط ​​معدل الترسيب لكل وحدة مساحة. توضح هذه الخرائط الحدود بين البنية الدقيقة غير المندمجة والبنية المتجانسة المتساوية المحاور.

تحدث المرحلة النهائية من التصلب بمجرد اصطدام القطرات بسطح السبيكة الطرية ووجود توازن حراري بين القطرات والسبيكة. في هذه المرحلة، يكون السائل المتبقي موجودًا كشبكة مستمرة تحدد حدود الحبوب متعددة الأضلاع، مع نسبة سائلة نموذجية تتراوح بين 0.3 و0.5. تكون معدلات التبريد أثناء تصلب السبيكة أبطأ بعدة أوامر من حيث الحجم من معدل التبريد في الرش، عند 1-20 Ks ^-1 .

على الرغم من أن إحدى فوائد التشكيل بالرش هي القدرة على إنتاج مواد كبيرة مع فصل دقيق على نطاق واسع وقليل من أعمال الفصل الكلي أو بدونها على سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم والليثيوم والنحاس، فقد أظهرت أنه نتيجة للسائل المترابط في السبيكة كان هناك فصل كلي كبير في سبائك الألومنيوم المطاوع الكبيرة المشكلة بالرش. أظهر توزيع النحاس والمغنيسيوم والليثيوم في سبيكة الألومنيوم 8091، على سبيل المثال، فصلًا كليًا واضحًا بشكل مدهش مع اختلاف Cu (wt%) في سبيكة 8091 المشكلة بالرش، يتراوح من حوالي 1.4 في مركز السبيكة إلى 1.92 في محيط السبيكة. تم تفسير أنماط الفصل الكلي هذه من حيث الفصل العكسي حيث يتم امتصاص السائل الغني بالمذاب من مركز السبيكة مرة أخرى من خلال الشبكة الأساسية الغنية بالألمنيوم لتغذية انكماش التصلب عند محيط السبيكة. وقد اقترح أن هذا التأثير يتفاقم بسبب التأثيرات الطاردة المركزية من دوران السبيكة.

عند رشها، تكون مسامية السبائك عادة 1-2% مع وجود منطقة ذات مسامية أعلى في المنطقة التي تم إخمادها بالرش بجوار الركيزة. غالبًا ما يُظهر الجزء العلوي من السبائك مسامية متزايدة لأن الجزء العلوي يبرد بسرعة بواسطة الغاز الذري الذي يستمر في تبريد السبائك لمدة 10-60 ثانية بعد الرش. كما كان هناك تقدم ضئيل في فهم وقياس الفيزياء الأساسية التي تتحكم في مسامية الرش.

في معظم الحالات، يتم تقشير المسامية الأعلى في قاعدة السبيكة وقمتها وإعادة تدويرها. يتم استخدام الفحص بالموجات فوق الصوتية أحيانًا لتحديد عمق مناطق منطقة التبريد لمنع الهدر غير الضروري. اعتمادًا على نظام السبائك والتطبيق النهائي، تتم معالجة المادة السائبة المتبقية عادةً لإغلاق المسامية وتخضع لمجموعة من المعالجات الحرارية الميكانيكية. نادرًا ما تُستخدم المواد المشكلة بالرش في حالة الرش وغالبًا ما يتم معالجتها بواسطة HIPing لإزالة المسامية. في بعض الحالات، قد يتفاعل غاز الذرات المتبقي في المسام مع عناصر السبائك لتكوين مراحل مفيدة مزعومة مثل تفاعل N ₂ مع التيتانيوم في سبيكة النيكل الفائقة Rene 80 لتكوين مستحلب من TiN.

النص أعلاه مأخوذ بشكل أساسي من "تشكيل السبائك Si-Al بالرش لتطبيقات الإدارة الحرارية" للدكتور آل لامبورن، أطروحة دكتوراه، 2007، كلية كوينز. هذه الوثيقة محفوظة للعامة في مكتبة جامعة أكسفورد ومتاحة كمورد عبر الإنترنت من خلال أرشيف أبحاث أكسفورد (ORA). للربط بهذه الأطروحة اتبع ما يلي:[1].

• ديجارمو، إي. بول؛ بلاك، جيه تي؛ كوهسر، رونالد أ. (2003)، المواد والعمليات في التصنيع (الطبعة التاسعة)، وايلي، رقم ISBN 0-471-65653-4.

• صور معدات التشكيل بالرش
• وصف العملية
• نظرة عامة على تشكيل الرش