ચૂર્ણ-ધાતુકર્મ (powder metallurgy)

ચૂર્ણ-ધાતુકર્મ (powder metallurgy) : લોહ તેમજ બિનલોહ ધાતુઓ કે મિશ્રધાતુઓ ચૂર્ણ રૂપે વાપરી યોગ્ય ગુણધર્મો અને અટપટા આકાર ધરાવતા દાગીના (components) તૈયાર કરવાની વિધિ. ઈ. પૂ. 3000ના અરસામાં ઇજિપ્તમાં આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરી શસ્ત્રો તથા આભૂષણો બનાવવામાં આવતાં હતાં. દિલ્હીસ્થિત, લગભગ 9.5 ટન વજનનો લોહસ્તંભ ઈ. પૂ. 355માં લુહારો અને ચૂર્ણધાતુકર્મીઓ દ્વારા બનાવવામાં આવેલો એમ માનવામાં આવે છે. આધુનિક ચૂર્ણ-ધાતુકર્મની શરૂઆત 1900નાં વર્ષોમાં ટંગ્સ્ટનના ભૂકામાંથી વીજળીના દીવાના તાર બનાવવામાં આવ્યા ત્યારથી થઈ એમ કહી શકાય. તે પછી તો ટંગ્સ્ટન કાર્બાઇડ જડિત કર્તન ઓજારો, ઘર્ષણ-પદાર્થો (friction materials) અને સ્વયંસ્નેહક (self-lubricating) બેરિંગો વગેરે પણ આ રીતે બનાવવામાં આવ્યાં છે.

નાનાં યંત્રો માટેના ગિયર (gear) જેવા ભાગો ચીલાચાલુ પદ્ધતિથી બનાવવા જતાં કતરણ રૂપે ધાતુનો ઘણો વ્યય થતો હોય અથવા ધાતુનું ગલનબિંદુ ખૂબ ઊંચું હોય (દા. ત., ટંગ્સ્ટન), એકબીજામાં દ્રાવ્ય ન હોય તેવા કૉપર અને કાર્બન જેવા પદાર્થોની મિશ્રધાતુ બનાવવાની હોય અથવા પ્રવાહી કે વાયુ માટે પારગમ્ય એવો છિદ્રાળુ પદાર્થ બનાવવાનો હોય ત્યારે આ વિધિ ઘણી ફાયદાકારક નીવડે છે. ઊર્જાની ર્દષ્ટિએ પણ આમાં લગભગ 50 % જેટલો બચાવ થઈ શકે છે.

ચૂર્ણ રૂપે વપરાતી ધાતુઓમાં લોખંડ, કલાઈ, કૉપર, ઍલ્યુમિનિયમ અને ટાઇટેનિયમ તેમજ ટંગ્સ્ટન, મૉલિબ્ડેનમ અને નિયોબિયમ (કોલંબિયમ) જેવી ઉચ્ચતાપસહ (refractory) ધાતુઓ સામાન્ય છે. આ ઉપરાંત ઓજારી પોલાદ (tool steel) અને નિકલ-કોબાલ્ટ-આધારિત પરામિશ્રધાતુઓ (superalloys) પણ ચૂર્ણ રૂપે પ્રાપ્ય છે. આ ચૂર્ણકણો 0.1થી 1000 માઇક્રોમીટર કદના અને ગોળ, પતરી (flake) અથવા ટુકડા (fragment) એમ વિભિન્ન આકારના હોય છે.

ચૂર્ણ બનાવવા માટે ભૌતિક, રાસાયણિક અને યાંત્રિક પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ થાય છે. ભૌતિક પદ્ધતિઓમાં કણન (atomization) પદ્ધતિ વધુ અગત્યની છે. તેમાં પીગળેલી ધાતુના પ્રવાહ ઉપર અન્ય પ્રવાહી (સામાન્ય રીતે પાણી) અથવા હવાના પ્રવાહનો પ્રઘાત કરવાથી (impinge) પ્રવાહી ધાતુ સૂક્ષ્મ બિંદુઓમાં ફેરવાઈ જાય છે જે ઠરી જતાં ચૂર્ણ બને છે. રાસાયણિક પદ્ધતિમાં ધાતુના સંયોજનનું વિઘટન કરવામાં આવે છે. ટંગ્સ્ટન અને કૉપરના બારીક ઑક્સાઇડનું હાઇડ્રોજન વડે અપચયન (reduction) કરવાથી અને લોખંડના ઑક્સાઇડનું કાર્બન મૉનૉક્સાઇડ વડે અપચયન કરવાથી ધાતુનાં ચૂર્ણ મળે છે. ધાતુના ક્ષારના દ્રાવણના વિદ્યુતવિભાજનથી પણ ચૂર્ણ પ્રાપ્ત થઈ શકે છે. યાંત્રિક અવચૂર્ણન (comminution) દ્વારા લોખંડ, લોખંડ-ઍલ્યુમિનિયમ મિશ્રધાતુ, ફેરોસિલિકન વગેરેનું ચૂર્ણ મેળવી શકાય છે.

આ રીતે મેળવેલા ચૂર્ણનો સીધો ઉપયોગ થઈ શકે છે; જેમ કે લોહચૂર્ણ ધાતુસંધાન (welding) માટેના ઇલેક્ટ્રૉડ, લોહસમૃદ્ધિત ધાન્યો (iron-enriched cereals) તથા ઝેરોગ્રાફીમાં વપરાય છે. ઍલ્યુમિનિયમ પાઉડર રંગો તથા વિસ્ફોટકોમાં, રૉકેટના ઘન ઇંધન અને ગંધહારકોમાં જ્યારે પિત્તળનો ભૂકો છાપકામની શાહી બનાવવામાં વપરાય છે.

ચૂર્ણ-ધાતુકર્મ વિધિમાં યોગ્ય ધાતુચૂર્ણને બીબા(mould)માં ભરી તેને સામાન્ય તાપમાને 138થી 827 મે. પાસ્કલ (10થી 60 ટન/ ચોઇ.) વચ્ચે ભારે દબાણ આપવામાં આવે છે. એ રીતે તૈયાર થયેલા દાગીનાને નિયંત્રિત વાતાવરણવાળી ભઠ્ઠીમાં તપાવવાથી કણો ગંઠાઈને મજબૂત આકાર પકડે છે. આ ઉપરાંત ઘડીને (forging) તથા રોલર વડે સુસંહનન (compacting) વગેરે પદ્ધતિઓ દ્વારા પણ યંત્રોના ભાગ તૈયાર કરી શકાય છે.

ચૂર્ણપદ્ધતિનો ઉપયોગ સછિદ્ર બેરિંગ, વિદ્યુત-મોટરનાં બ્રશ, સંસ્પર્શક (contactor), ઓજારી પોલાદ, ઇંધન ગળણી (fuel filters), લશ્કરી સરંજામ, અતિઉષ્ણતાપમાન માટેના નૉઝલ, જેટ એન્જિનના ભાગ (~1860° સે.) વગેરે માટે થાય છે. ટંગ્સ્ટન, મૉલિબ્ડેનમ જેવી અત્યંત કઠિન ધાતુના ભાગ, એક્સ કિરણ નળી, રેડિયો વાલ્વ વગેરે માટે પણ તે વપરાય છે. અણુભઠ્ઠીની ઇંધન-શલાકા (fuel rod) તથા અણુશસ્ત્રોના ભાગ બનાવવા માટે પણ આ વિધિનો ઉપયોગ થાય છે.

આ વિધિથી બનાવેલા ભાગ સુઘડ(finished), ચોક્કસ પરિમાણવાળા, સરસ અને લિસ્સા હોય છે. તેના ઉપર ફરીથી યંત્રકામ કરવાની આવશ્યકતા રહેતી નથી છતાં જરૂર પડ્યે તેના ઉપર યંત્રકામ, ઓપકામ (polishing), રોલિંગ અથવા ઇતર ક્રિયાઓ થઈ શકે છે. આ પદ્ધતિ ઘણી ઝડપી અને મોટા પાયાના ઉત્પાદન માટે સસ્તી પડે છે, જોકે તેને લગતાં યંત્રો અને ઉપકરણો મોંઘાં હોવાથી સારું એવું મૂડીરોકાણ માગી લે છે.

મધુસૂદન લેલે