ലോഹങ്ങൾ: അലോയ് വികസനവും സംസ്കരണവും - ഒരു ആഗോള കാഴ്ചപ്പാട്

ലോകമെമ്പാടുമുള്ള എണ്ണമറ്റ വ്യവസായങ്ങളുടെ നട്ടെല്ലാണ് ലോഹങ്ങളും അവയുടെ സങ്കരലോഹങ്ങളും (അലോയ്). ന്യൂയോർക്ക് സിറ്റിയിലെ കൂറ്റൻ അംബരചുംബികൾ മുതൽ ടോക്കിയോയിലെ സ്മാർട്ട്‌ഫോണുകൾക്ക് ശക്തി പകരുന്ന സങ്കീർണ്ണമായ മൈക്രോചിപ്പുകൾ വരെ, നമ്മുടെ ആധുനിക ലോകത്തെ രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിൽ ലോഹങ്ങൾ നിർണായക പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. ഈ സമഗ്രമായ ഗൈഡ് അലോയ് വികസനത്തിൻ്റെയും സംസ്കരണ രീതികളുടെയും സങ്കീർണ്ണമായ ലോകം പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുന്നു, നവീകരണത്തെ നയിക്കുകയും മെറ്റീരിയൽസ് സയൻസിൻ്റെ ഭാവി രൂപപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്ന പുരോഗതിയെക്കുറിച്ച് ഒരു ആഗോള കാഴ്ചപ്പാട് നൽകുന്നു.

എന്താണ് അലോയ്കൾ?

രണ്ടോ അതിലധികമോ മൂലകങ്ങൾ ചേർന്ന ഒരു ലോഹ പദാർത്ഥമാണ് അലോയ്. ഈ മൂലകങ്ങളിൽ ഒന്നെങ്കിലും ഒരു ലോഹമായിരിക്കണം. ഘടക ലോഹങ്ങളുടെ ഗുണങ്ങളെക്കാൾ മികച്ച പ്രത്യേക ഗുണങ്ങൾ കൈവരിക്കുന്നതിനായി ലോഹങ്ങളെ (അല്ലെങ്കിൽ ഒരു ലോഹത്തെ അലോഹവുമായി) മനഃപൂർവ്വം സംയോജിപ്പിക്കുന്നതിനെയാണ് അലോയിംഗ് എന്ന് പറയുന്നത്. വർദ്ധിച്ച ബലം, കാഠിന്യം, നാശന പ്രതിരോധം, ഡക്റ്റിലിറ്റി, മെച്ചപ്പെട്ട വൈദ്യുത, താപ ചാലകത എന്നിവ ഈ മെച്ചപ്പെട്ട ഗുണങ്ങളിൽ ഉൾപ്പെടാം.

ഒരു അലോയിയുടെ ഘടന, അതിൻ്റെ സംസ്കരണം, തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ എന്നിവയാണ് അതിൻ്റെ അന്തിമ ഗുണങ്ങളെ നിർണ്ണയിക്കുന്നത്. അലോയ് രൂപകൽപ്പനയിലും വികസനത്തിലും ഈ ബന്ധങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കുന്നത് വളരെ പ്രധാനമാണ്.

അലോയ് വികസനത്തിൻ്റെ തത്വങ്ങൾ

മെറ്റീരിയൽസ് സയൻസ്, തെർമോഡൈനാമിക്സ്, കൈനറ്റിക്സ്, പ്രോസസ്സിംഗ് ടെക്നിക്കുകൾ എന്നിവയുടെ അടിസ്ഥാന അറിവുകൾ സംയോജിപ്പിക്കുന്ന ഒരു മൾട്ടി ഡിസിപ്ലിനറി മേഖലയാണ് അലോയ് വികസനം. ഈ പ്രക്രിയയിൽ സാധാരണയായി താഴെപ്പറയുന്നവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

• പ്രകടന ആവശ്യകതകൾ നിർവചിക്കൽ: പ്രയോഗത്തിൻ്റെ നിർദ്ദിഷ്ട ആവശ്യകതകൾ മനസ്സിലാക്കുക (ഉദാഹരണത്തിന്, ബലം, ഭാരം, നാശന പ്രതിരോധം, പ്രവർത്തന താപനില). ഉദാഹരണത്തിന്, എയ്‌റോസ്‌പേസ് പ്രയോഗങ്ങൾക്കായി ഉദ്ദേശിക്കുന്ന ഒരു അലോയിക്ക് അസാധാരണമായ ബലം-ഭാരം അനുപാതവും ഉയർന്ന താപനിലയിലുള്ള ഓക്സീകരണ പ്രതിരോധവും ആവശ്യമായി വന്നേക്കാം.
• അടിസ്ഥാന ലോഹം(ങ്ങൾ) തിരഞ്ഞെടുക്കൽ: അതിൻ്റെ സഹജമായ ഗുണങ്ങളെയും മറ്റ് അലോയിംഗ് മൂലകങ്ങളുമായുള്ള പൊരുത്തത്തെയും അടിസ്ഥാനമാക്കി പ്രാഥമിക ലോഹം തിരഞ്ഞെടുക്കുക. സാധാരണ അടിസ്ഥാന ലോഹങ്ങളിൽ ഇരുമ്പ് (ഉരുക്കിനായി), അലുമിനിയം, ടൈറ്റാനിയം, നിക്കൽ, ചെമ്പ് എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു.
• അലോയിംഗ് മൂലകങ്ങൾ തിരഞ്ഞെടുക്കൽ: അടിസ്ഥാന ലോഹത്തിൻ്റെ അഭിലഷണീയമായ ഗുണങ്ങൾ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്ന മൂലകങ്ങൾ തിരഞ്ഞെടുക്കുക. ഉദാഹരണത്തിന്, ഉരുക്കിൽ ക്രോമിയം ചേർക്കുന്നത് അതിൻ്റെ നാശന പ്രതിരോധം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു, അങ്ങനെ സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീൽ ഉണ്ടാകുന്നു.
• ഘടനയുടെ ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ: ഗുണങ്ങളുടെ അഭിലഷണീയമായ സന്തുലിതാവസ്ഥ കൈവരിക്കുന്നതിന് ഓരോ മൂലകത്തിൻ്റെയും ഒപ്റ്റിമൽ അനുപാതം നിർണ്ണയിക്കുക. ഇതിൽ പലപ്പോഴും കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ മോഡലിംഗും പരീക്ഷണാത്മക പരിശോധനയും ഉൾപ്പെടുന്നു. ഫേസ് സ്റ്റെബിലിറ്റി തെർമോഡൈനാമിക് ആയി മോഡൽ ചെയ്യുന്നതിനുള്ള ഒരു സാധാരണ രീതിയാണ് കാൽഫാഡ് (CALPHAD - Calculation of Phase Diagrams).
• മൈക്രോസ്ട്രക്ചറൽ നിയന്ത്രണം: നിയന്ത്രിത സംസ്കരണ രീതികളിലൂടെ മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ (ഉദാഹരണത്തിന്, ഗ്രെയിൻ വലുപ്പം, ഫേസ് വിതരണം, പ്രെസിപ്പിറ്റേറ്റുകൾ) കൈകാര്യം ചെയ്യുക.
• പരിശോധനയും സ്വഭാവരൂപീകരണവും: കർശനമായ പരിശോധനാ രീതികളിലൂടെ (ഉദാഹരണത്തിന്, ടെൻസൈൽ ടെസ്റ്റിംഗ്, ഫെറ്റിഗ് ടെസ്റ്റിംഗ്, കോറോഷൻ ടെസ്റ്റിംഗ്) അലോയിയുടെ ഗുണങ്ങൾ വിലയിരുത്തുകയും മൈക്രോസ്കോപ്പി, ഡിഫ്രാക്ഷൻ തുടങ്ങിയ സാങ്കേതിക വിദ്യകൾ ഉപയോഗിച്ച് അതിൻ്റെ മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ രൂപീകരിക്കുകയും ചെയ്യുക.

അലോയ്കളിലെ ബലപ്പെടുത്തൽ സംവിധാനങ്ങൾ

അലോയ്കളെ ബലപ്പെടുത്തുന്നതിന് നിരവധി സംവിധാനങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കാം:

• സോളിഡ് സൊല്യൂഷൻ സ്ട്രെങ്തനിംഗ്: ക്രിസ്റ്റൽ ലാറ്റിസിനെ വികലമാക്കുന്ന അലോയിംഗ് ഘടകങ്ങൾ ചേർക്കുന്നത് ഡിസ്ലോക്കേഷൻ ചലനത്തെ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്നു. ഇത് പല അലുമിനിയം, മഗ്നീഷ്യം അലോയ്കളിലും അടിസ്ഥാനപരമാണ്.
• സ്ട്രെയിൻ ഹാർഡനിംഗ് (വർക്ക് ഹാർഡനിംഗ്): ഊഷ്മാവിൽ ലോഹത്തെ രൂപഭേദം വരുത്തുന്നത് ഡിസ്ലോക്കേഷൻ സാന്ദ്രത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് കൂടുതൽ രൂപഭേദം സംഭവിക്കുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാക്കുന്നു. കോൾഡ്-റോൾഡ് സ്റ്റീലിലും വലിച്ചെടുത്ത വയറുകളിലും ഇത് വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.
• ഗ്രെയിൻ സൈസ് റിഫൈൻമെൻ്റ്: ഗ്രെയിൻ വലുപ്പം കുറയ്ക്കുന്നത് ഗ്രെയിൻ ബൗണ്ടറി ഏരിയ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് ഡിസ്ലോക്കേഷൻ ചലനത്തെ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്നു. ഇത് സാധാരണയായി തെർമോമെക്കാനിക്കൽ പ്രോസസ്സിംഗിലൂടെയാണ് നേടുന്നത്.
• പ്രെസിപ്പിറ്റേഷൻ ഹാർഡനിംഗ് (ഏജ് ഹാർഡനിംഗ്): മാട്രിക്സിനുള്ളിൽ ഡിസ്ലോക്കേഷൻ ചലനത്തെ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്ന സൂക്ഷ്മമായ പ്രെസിപ്പിറ്റേറ്റുകൾ രൂപീകരിക്കുന്നു. വിമാന ഘടനകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന അലുമിനിയം അലോയ്കൾ ഉദാഹരണങ്ങളാണ്.
• ഡിസ്പേർഷൻ സ്ട്രെങ്തനിംഗ്: മാട്രിക്സിലുടനീളം സൂക്ഷ്മവും സ്ഥിരതയുള്ളതുമായ കണങ്ങളെ വിതറുന്നു. ഈ കണങ്ങൾ ഡിസ്ലോക്കേഷൻ ചലനത്തിന് തടസ്സങ്ങളായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു.
• മാർട്ടൻസിറ്റിക് ട്രാൻസ്ഫോർമേഷൻ: കഠിനമാക്കിയ ഉരുക്കുകളിൽ കാണുന്നതുപോലെ, കഠിനവും പൊട്ടുന്നതുമായ ഒരു ഘട്ടത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്ന ഡിഫ്യൂഷൻലെസ് ഫേസ് ട്രാൻസ്ഫോർമേഷൻ.

ലോഹ സംസ്കരണ രീതികൾ

ലോഹ അലോയ്കൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന സംസ്കരണ രീതികൾ അവയുടെ മൈക്രോസ്ട്രക്ചറിനെയും അന്തിമ ഗുണങ്ങളെയും കാര്യമായി സ്വാധീനിക്കുന്നു. പ്രധാന സംസ്കരണ രീതികളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

കാസ്റ്റിംഗ്

ഉരുക്കിയ ലോഹം ഒരു അച്ചിലേക്ക് ഒഴിച്ച്, അത് ഉറച്ചു കട്ടിയായി അച്ചിൻ്റെ രൂപം കൈവരിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്ന പ്രക്രിയയാണ് കാസ്റ്റിംഗ്. ഓരോന്നിനും അതിൻ്റേതായ ഗുണങ്ങളും ദോഷങ്ങളുമുള്ള വിവിധ കാസ്റ്റിംഗ് രീതികൾ നിലവിലുണ്ട്:

• സാൻഡ് കാസ്റ്റിംഗ്: വലിയ ഭാഗങ്ങൾക്ക് അനുയോജ്യമായ, വൈവിധ്യമാർന്നതും ചെലവ് കുറഞ്ഞതുമായ ഒരു രീതിയാണിത്, പക്ഷേ താരതമ്യേന മോശം സർഫേസ് ഫിനിഷാണ് ഇതിനുള്ളത്. ഓട്ടോമോട്ടീവ് എഞ്ചിൻ ബ്ലോക്കുകൾക്കും വലിയ ഘടനാപരമായ ഭാഗങ്ങൾക്കുമായി ഇത് ആഗോളതലത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
• ഡൈ കാസ്റ്റിംഗ്: നല്ല ഡൈമൻഷണൽ കൃത്യതയും സർഫേസ് ഫിനിഷുമുള്ള ഭാഗങ്ങൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഒരു ഹൈ-വോളിയം പ്രക്രിയയാണിത്. ഓട്ടോമോട്ടീവ്, കൺസ്യൂമർ ഇലക്ട്രോണിക്സ് എന്നിവയിൽ സിങ്ക്, അലുമിനിയം അലോയ്കൾക്കായി ഇത് സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.
• ഇൻവെസ്റ്റ്മെൻ്റ് കാസ്റ്റിംഗ് (ലോസ്റ്റ്-വാക്സ് കാസ്റ്റിംഗ്): മികച്ച സർഫേസ് ഫിനിഷും ഡൈമൻഷണൽ കൃത്യതയുമുള്ള വളരെ സങ്കീർണ്ണമായ ഭാഗങ്ങൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു. എയ്റോസ്പേസിൽ ടർബൈൻ ബ്ലേഡുകൾക്കും മെഡിക്കൽ ഇംപ്ലാൻ്റുകൾക്കുമായി ഇത് വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.
• കണ്ടിന്യൂവസ് കാസ്റ്റിംഗ്: ബില്ലറ്റുകൾ, ബ്ലൂമുകൾ, സ്ലാബുകൾ പോലുള്ള നീണ്ട, തുടർച്ചയായ രൂപങ്ങൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു പ്രക്രിയയാണിത്. അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളുടെ കാര്യക്ഷമമായ ഉത്പാദനം സാധ്യമാക്കുന്ന സ്റ്റീൽ വ്യവസായത്തിൻ്റെ ഒരു ആണിക്കല്ലാണിത്.

ഫോർമിംഗ്

പ്ലാസ്റ്റിക് ഡിഫോർമേഷൻ വഴി ലോഹത്തെ രൂപപ്പെടുത്തുന്ന പ്രക്രിയകളാണ് ഫോർമിംഗ്. സാധാരണ ഫോർമിംഗ് രീതികളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

• ഫോർജിംഗ്: ലോഹത്തെ രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിന് കംപ്രസ്സീവ് ഫോഴ്സ് ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു പ്രക്രിയയാണിത്. ഗ്രെയിൻ ഘടനയെ ക്രമീകരിക്കുന്നതിലൂടെ ഇത് മെറ്റീരിയലിൻ്റെ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ മെച്ചപ്പെടുത്താൻ സഹായിക്കും. ക്രാങ്ക്ഷാഫ്റ്റുകൾ, കണക്റ്റിംഗ് റോഡുകൾ, മറ്റ് ഉയർന്ന കരുത്തുള്ള ഘടകങ്ങൾ എന്നിവ നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
• റോളിംഗ്: റോളറുകളിലൂടെ കടത്തിവിട്ട് ലോഹത്തിൻ്റെ കനം കുറയ്ക്കുന്ന ഒരു പ്രക്രിയ. ഷീറ്റുകൾ, പ്ലേറ്റുകൾ, ബാറുകൾ എന്നിവ നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു. സ്റ്റീൽ, അലുമിനിയം ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിന് അത്യാവശ്യമാണ്.
• എക്സ്ട്രൂഷൻ: ഒരു പ്രത്യേക ആകൃതി സൃഷ്ടിക്കുന്നതിന് ഒരു ഡൈയിലൂടെ ലോഹത്തെ തള്ളിവിടുന്ന ഒരു പ്രക്രിയ. അലുമിനിയം പ്രൊഫൈലുകൾ, പൈപ്പുകൾ, ട്യൂബുകൾ എന്നിവ നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
• ഡ്രോയിംഗ്: വ്യാസം കുറയ്ക്കുന്നതിന് ഒരു ഡൈയിലൂടെ ലോഹത്തെ വലിക്കുന്ന ഒരു പ്രക്രിയ. വയറുകളും ട്യൂബുകളും നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

പൗഡർ മെറ്റലർജി

ഖരരൂപത്തിലുള്ള ഭാഗങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനായി ലോഹപ്പൊടികളെ സംയോജിപ്പിക്കുകയും സിൻ്റർ ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്ന പ്രക്രിയയാണ് പൗഡർ മെറ്റലർജി (PM). സങ്കീർണ്ണമായ രൂപങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാനുള്ള കഴിവ്, പോറോസിറ്റി നിയന്ത്രിക്കാനുള്ള കഴിവ്, പരമ്പരാഗത രീതികൾ ഉപയോഗിച്ച് സംയോജിപ്പിക്കാൻ പ്രയാസമുള്ള മൂലകങ്ങളുള്ള അലോയ്കൾ നിർമ്മിക്കാനുള്ള കഴിവ് എന്നിവയുൾപ്പെടെ നിരവധി ഗുണങ്ങൾ ഈ പ്രക്രിയ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു.

ഓട്ടോമോട്ടീവ് ഘടകങ്ങൾ, കട്ടിംഗ് ടൂളുകൾ, സ്വയം ലൂബ്രിക്കേറ്റ് ചെയ്യുന്ന ബെയറിംഗുകൾ എന്നിവ നിർമ്മിക്കാൻ PM വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. സങ്കീർണ്ണവും ഉയർന്ന കൃത്യതയുമുള്ള ഭാഗങ്ങൾ വലിയ തോതിൽ നിർമ്മിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്ന ഒരു പ്രത്യേക PM സാങ്കേതികതയാണ് മെറ്റൽ ഇൻജെക്ഷൻ മോൾഡിംഗ് (MIM). PM ഭാഗങ്ങൾക്കുള്ള ആഗോള ആവശ്യം ക്രമാനുഗതമായി വർദ്ധിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്.

വെൽഡിംഗ്

രണ്ടോ അതിലധികമോ ലോഹ ഭാഗങ്ങളെ ഒരുമിച്ച് ഉരുക്കി ചേർക്കുന്ന ഒരു പ്രക്രിയയാണ് വെൽഡിംഗ്. ഓരോന്നിനും അതിൻ്റേതായ ഗുണങ്ങളും ദോഷങ്ങളുമുള്ള നിരവധി വെൽഡിംഗ് രീതികൾ നിലവിലുണ്ട്:

• ആർക്ക് വെൽഡിംഗ്: ലോഹങ്ങളെ ഉരുക്കി ചേർക്കാൻ ഒരു ഇലക്ട്രിക് ആർക്ക് ഉപയോഗിക്കുന്നു. നിർമ്മാണം, കപ്പൽ നിർമ്മാണം, ഉത്പാദനം എന്നിവയിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.
• ഗ്യാസ് വെൽഡിംഗ്: ലോഹങ്ങളെ ഉരുക്കി ചേർക്കാൻ ഒരു ഗ്യാസ് ഫ്ലെയിം ഉപയോഗിക്കുന്നു. ആർക്ക് വെൽഡിംഗിനേക്കാൾ കുറവാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നതെങ്കിലും പ്രത്യേക പ്രയോഗങ്ങൾക്ക് ഇത് ഉപയോഗപ്രദമാണ്.
• റെസിസ്റ്റൻസ് വെൽഡിംഗ്: താപം ഉത്പാദിപ്പിച്ച് ലോഹങ്ങളെ ഉരുക്കി ചേർക്കാൻ വൈദ്യുത പ്രതിരോധം ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഷീറ്റ് മെറ്റൽ ഭാഗങ്ങളുടെ ഉയർന്ന തോതിലുള്ള ഉത്പാദനത്തിന് ഉപയോഗിക്കുന്നു.
• ലേസർ വെൽഡിംഗ്: ലോഹങ്ങളെ ഉരുക്കി ചേർക്കാൻ ഒരു ഫോക്കസ്ഡ് ലേസർ ബീം ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഉയർന്ന കൃത്യതയും ഇടുങ്ങിയ താപം ബാധിച്ച മേഖലയും (heat-affected zone) ഇത് നൽകുന്നു.
• ഇലക്ട്രോൺ ബീം വെൽഡിംഗ്: വാക്വത്തിൽ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഒരു ബീം ഉപയോഗിച്ച് ലോഹങ്ങളെ ഉരുക്കി ചേർക്കുന്നു. ആഴത്തിലുള്ള തുളച്ചുകയറ്റവും കുറഞ്ഞ വികലതയും ഇത് നൽകുന്നു.

ഹീറ്റ് ട്രീറ്റ്മെൻ്റ്

ലോഹ അലോയ്കളുടെ മൈക്രോസ്ട്രക്ചറും മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളും മാറ്റുന്നതിനായി നിയന്ത്രിതമായി ചൂടാക്കുകയും തണുപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന പ്രക്രിയയാണ് ഹീറ്റ് ട്രീറ്റ്മെൻ്റ്. സാധാരണ ഹീറ്റ് ട്രീറ്റ്മെൻ്റ് പ്രക്രിയകളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

• അനീലിംഗ്: ലോഹത്തെ മൃദുവാക്കുകയും ആന്തരിക സമ്മർദ്ദം കുറയ്ക്കുകയും ഡക്റ്റിലിറ്റി മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു.
• ഹാർഡനിംഗ്: ലോഹത്തിൻ്റെ കാഠിന്യവും ബലവും വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.
• ടെമ്പറിംഗ്: കഠിനമാക്കിയ ഉരുക്കിൻ്റെ പൊട്ടുന്ന സ്വഭാവം കുറയ്ക്കുകയും അതിൻ്റെ കാഠിന്യം നിലനിർത്തുകയും ചെയ്യുന്നു.
• കേസ് ഹാർഡനിംഗ്: ഒരു സ്റ്റീൽ ഘടകത്തിൻ്റെ ഉപരിതലത്തെ കഠിനമാക്കുമ്പോൾ കോറിനെ താരതമ്യേന മൃദുവായി നിലനിർത്തുന്നു.
• സൊല്യൂഷൻ ഹീറ്റ് ട്രീറ്റ്മെൻ്റും ഏജിംഗും: പ്രെസിപ്പിറ്റേഷൻ-ഹാർഡനബിൾ അലോയ്കളെ ബലപ്പെടുത്താൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ലോഹങ്ങളുടെ അഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് (3D പ്രിൻ്റിംഗ്)

3D പ്രിൻ്റിംഗ് എന്നും അറിയപ്പെടുന്ന അഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് (AM), ലോഹപ്പൊടികളിൽ നിന്നോ വയറുകളിൽ നിന്നോ പാളികളായി ഭാഗങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്ന ഒരു വിപ്ലവകരമായ സാങ്കേതികവിദ്യയാണ്. സങ്കീർണ്ണമായ ജ്യാമിതികൾ നിർമ്മിക്കാനുള്ള കഴിവ്, മെറ്റീരിയൽ പാഴാക്കുന്നത് കുറയ്ക്കാനുള്ള കഴിവ്, നിർദ്ദിഷ്ട പ്രയോഗങ്ങൾക്കായി ഭാഗങ്ങൾ ഇഷ്ടാനുസൃതമാക്കാനുള്ള കഴിവ് എന്നിവയുൾപ്പെടെ നിരവധി ഗുണങ്ങൾ AM വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു. പ്രധാനപ്പെട്ട മെറ്റൽ AM പ്രക്രിയകളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

• പൗഡർ ബെഡ് ഫ്യൂഷൻ (PBF): സെലക്ടീവ് ലേസർ മെൽറ്റിംഗ് (SLM), ഇലക്ട്രോൺ ബീം മെൽറ്റിംഗ് (EBM) പോലുള്ള പ്രക്രിയകൾ ഇതിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു, ഇവിടെ ഒരു ലേസർ അല്ലെങ്കിൽ ഇലക്ട്രോൺ ബീം ലോഹപ്പൊടി പാളികളെ തിരഞ്ഞെടുത്ത് ഉരുക്കി ചേർക്കുന്നു.
• ഡയറക്റ്റഡ് എനർജി ഡെപ്പോസിഷൻ (DED): ലേസർ എഞ്ചിനീയർഡ് നെറ്റ് ഷേപ്പിംഗ് (LENS), വയർ ആർക്ക് അഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് (WAAM) പോലുള്ള പ്രക്രിയകൾ ഇതിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു, ഇവിടെ ഒരു ഫോക്കസ്ഡ് എനർജി സോഴ്സ് ലോഹപ്പൊടിയോ വയറോ നിക്ഷേപിക്കുമ്പോൾ തന്നെ ഉരുക്കുന്നു.
• ബൈൻഡർ ജെറ്റിംഗ്: ഒരു ബൈൻഡർ തിരഞ്ഞെടുത്ത് ഒരു പൗഡർ ബെഡിൽ നിക്ഷേപിക്കുന്നു, തുടർന്ന് ഖരരൂപത്തിലുള്ള ഒരു ഭാഗം നിർമ്മിക്കുന്നതിന് സിൻ്ററിംഗ് നടത്തുന്നു.

എയ്‌റോസ്‌പേസ്, മെഡിക്കൽ, ഓട്ടോമോട്ടീവ് തുടങ്ങിയ വ്യവസായങ്ങളിൽ മെറ്റൽ AM അതിവേഗം പ്രചാരം നേടുന്നു, ഇത് സങ്കീർണ്ണമായ ഡിസൈനുകളുള്ള ഭാരം കുറഞ്ഞതും ഉയർന്ന പ്രകടനശേഷിയുള്ളതുമായ ഘടകങ്ങളുടെ ഉത്പാദനം സാധ്യമാക്കുന്നു. മെറ്റൽ AM പ്രക്രിയകളുടെ വേഗത, ചെലവ്-ഫലപ്രാപ്തി, മെറ്റീരിയൽ ഗുണങ്ങൾ എന്നിവ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിൽ ആഗോള ഗവേഷണ വികസന ശ്രമങ്ങൾ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു.

അലോയ് വികസനത്തിൻ്റെയും സംസ്കരണത്തിൻ്റെയും പ്രയോഗങ്ങൾ

വിവിധതരം വ്യവസായങ്ങളിൽ അലോയ് വികസനവും സംസ്കരണ രീതികളും നിർണ്ണായകമാണ്:

• എയ്റോസ്പേസ്: വിമാന ഘടനകൾ, എഞ്ചിനുകൾ, ലാൻഡിംഗ് ഗിയർ എന്നിവയ്ക്ക് ഉയർന്ന കരുത്തുള്ള, ഭാരം കുറഞ്ഞ അലോയ്കൾ അത്യാവശ്യമാണ്. അലുമിനിയം അലോയ്കൾ, ടൈറ്റാനിയം അലോയ്കൾ, നിക്കൽ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സൂപ്പർ അലോയ്കൾ എന്നിവ ഉദാഹരണങ്ങളാണ്.
• ഓട്ടോമോട്ടീവ്: എഞ്ചിൻ ബ്ലോക്കുകൾ, ഷാസി ഘടകങ്ങൾ, ബോഡി പാനലുകൾ എന്നിവയ്ക്കായി അലോയ്കൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഇന്ധനക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിലും മലിനീകരണം കുറയ്ക്കുന്നതിലും ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു. ഉയർന്ന കരുത്തുള്ള ഉരുക്കുകളും അലുമിനിയം അലോയ്കളും ഉദാഹരണങ്ങളാണ്.
• മെഡിക്കൽ: ബയോകോംപാറ്റിബിൾ അലോയ്കൾ ഇംപ്ലാൻ്റുകൾ, ശസ്ത്രക്രിയാ ഉപകരണങ്ങൾ, മെഡിക്കൽ ഉപകരണങ്ങൾ എന്നിവയ്ക്കായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ടൈറ്റാനിയം അലോയ്കൾ, സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീലുകൾ, കോബാൾട്ട്-ക്രോമിയം അലോയ്കൾ എന്നിവ ഉദാഹരണങ്ങളാണ്.
• നിർമ്മാണം: കെട്ടിടങ്ങൾ, പാലങ്ങൾ, അടിസ്ഥാന സൗകര്യങ്ങൾ എന്നിവയ്ക്കുള്ള പ്രാഥമിക ഘടനാപരമായ വസ്തു സ്റ്റീൽ ആണ്. ദീർഘകാലം നിലനിൽക്കുന്ന ഘടനകൾക്ക് ഉയർന്ന കരുത്തുള്ള ഉരുക്കുകളും നാശന പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള കോട്ടിംഗുകളും അത്യാവശ്യമാണ്.
• ഇലക്ട്രോണിക്സ്: കണ്ടക്ടറുകൾ, കണക്ടറുകൾ, ഇലക്ട്രോണിക് പാക്കേജിംഗ് എന്നിവയ്ക്കായി അലോയ്കൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ചെമ്പ് അലോയ്കൾ, അലുമിനിയം അലോയ്കൾ, സോൾഡറുകൾ എന്നിവ ഉദാഹരണങ്ങളാണ്.
• ഊർജ്ജം: പവർ പ്ലാൻ്റുകൾ, പൈപ്പ് ലൈനുകൾ, പുനരുപയോഗ ഊർജ്ജ സംവിധാനങ്ങൾ എന്നിവയിൽ അലോയ്കൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള ഉരുക്കുകൾ, നിക്കൽ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള അലോയ്കൾ, നാശന പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള അലോയ്കൾ എന്നിവ ഉദാഹരണങ്ങളാണ്.
• നിർമ്മാണം: കട്ടിംഗ് ടൂളുകൾ, ഡൈകൾ, മോൾഡുകൾ എന്നിവയ്ക്കായി അലോയ്കൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ടൂൾ സ്റ്റീലുകൾ, ഹൈ-സ്പീഡ് സ്റ്റീലുകൾ, സിമൻ്റഡ് കാർബൈഡുകൾ എന്നിവ ഉദാഹരണങ്ങളാണ്.

അലോയ് വികസനത്തിലും സംസ്കരണത്തിലുമുള്ള ഭാവി പ്രവണതകൾ

നിരവധി പ്രവണതകൾ അലോയ് വികസനത്തിൻ്റെയും സംസ്കരണത്തിൻ്റെയും ഭാവിയെ രൂപപ്പെടുത്തുന്നു:

• ഹൈ-എൻട്രോപ്പി അലോയ്കൾ (HEAs): അഞ്ചോ അതിലധികമോ മൂലകങ്ങൾ ഏതാണ്ട് തുല്യമായ ആറ്റോമിക അനുപാതത്തിൽ അടങ്ങിയ അലോയ്കൾ. ഉയർന്ന ബലം, ഉയർന്ന കാഠിന്യം, മികച്ച നാശന പ്രതിരോധം തുടങ്ങിയ അതുല്യമായ ഗുണങ്ങൾ HEAs പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു.
• അഡ്വാൻസ്ഡ് ഹൈ-സ്ട്രെങ്ത് സ്റ്റീൽസ് (AHSS): അസാധാരണമായ ബലം-ഭാരം അനുപാതമുള്ള ഉരുക്കുകൾ, ഓട്ടോമോട്ടീവ്, മറ്റ് വ്യവസായങ്ങളിൽ ഭാരം കുറയ്ക്കാൻ സഹായിക്കുന്നു.
• കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ മെറ്റീരിയൽസ് എഞ്ചിനീയറിംഗ്: അലോയ് രൂപകൽപ്പന ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്നതിനും സംസ്കരണ പാരാമീറ്ററുകൾ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിനും കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ മോഡലിംഗ് ഉപയോഗിക്കുന്നു.
• ഇൻ്റഗ്രേറ്റഡ് കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ മെറ്റീരിയൽസ് എഞ്ചിനീയറിംഗ് (ICME): വിവിധ സാഹചര്യങ്ങളിൽ മെറ്റീരിയലുകളുടെ സ്വഭാവം പ്രവചിക്കുന്നതിന് വ്യത്യസ്ത ലെങ്ത് സ്കെയിലുകളിലുടനീളം കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ മോഡലുകളെ ബന്ധിപ്പിക്കുന്നു.
• സുസ്ഥിര മെറ്റീരിയൽസ് പ്രോസസ്സിംഗ്: കൂടുതൽ പരിസ്ഥിതി സൗഹൃദപരവും ഊർജ്ജ-കാര്യക്ഷമവുമായ സംസ്കരണ രീതികൾ വികസിപ്പിക്കുന്നു.
• ആർട്ടിഫിഷ്യൽ ഇൻ്റലിജൻസ് (AI), മെഷീൻ ലേണിംഗ് (ML): വലിയ ഡാറ്റാസെറ്റുകൾ വിശകലനം ചെയ്യുന്നതിനും പുതിയ അലോയ് ഘടനകളും സംസ്കരണ പാരാമീറ്ററുകളും തിരിച്ചറിയുന്നതിനും AI, ML എന്നിവ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
• അഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗിൻ്റെ വർദ്ധിച്ച ഉപയോഗം: മെറ്റൽ AM സാങ്കേതികവിദ്യകളിലെ കൂടുതൽ പുരോഗതി കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണവും ഉയർന്ന പ്രകടനശേഷിയുള്ളതുമായ ഘടകങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ അനുവദിക്കും.

ഉപസംഹാരം

വിവിധ വ്യവസായങ്ങളിലുടനീളമുള്ള സാങ്കേതികവിദ്യകൾ മുന്നോട്ട് കൊണ്ടുപോകുന്നതിന് അലോയ് വികസനവും സംസ്കരണവും നിർണ്ണായകമാണ്. ലോഹ അലോയ്കളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട വൈവിധ്യമാർന്ന പ്രയോഗങ്ങളും വെല്ലുവിളികളും മനസ്സിലാക്കാൻ ഒരു ആഗോള കാഴ്ചപ്പാട് അത്യാവശ്യമാണ്. നവീകരണം സ്വീകരിക്കുന്നതിലൂടെയും സുസ്ഥിരമായ രീതികൾ സ്വീകരിക്കുന്നതിലൂടെയും കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ ടൂളുകൾ പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നതിലൂടെയും, മെറ്റീരിയൽസ് സയൻസ് സമൂഹത്തിന് സമൂഹത്തിൻ്റെ മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റുന്ന പുതിയതും മെച്ചപ്പെട്ടതുമായ അലോയ്കൾ വികസിപ്പിക്കുന്നത് തുടരാം. ലോഹങ്ങളുടെയും അലോയ്കളുടെയും ഭാവി ശോഭനമാണ്, പ്രകടനം, സുസ്ഥിരത, പ്രവർത്തനക്ഷമത എന്നിവയിൽ കൂടുതൽ പുരോഗതി വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു.