உராய்வுக் கலக்கப் பற்றவைப்பு: எஃகுத் தகடுகள் போன்ற உயர் உருகுநிலைப் பொருட்களைக் குறைந்த செலவில் பற்றவைத்தல்

வெளியிடப்பட்ட நேரம்:

2025-06-11

பெருமளவு உற்பத்திப் பொருட்களுக்கு ஏற்ற வகையில் உராய்வுக் கலக்கப் பற்றவைப்பு மூலம் எஃகையும் அலுமினியக் கலவையையும் இணைக்கும் தொழில்நுட்பத்தை ஹோண்டா உருவாக்கியுள்ளது. ஜப்பானின் தோஹோகு பல்கலைக்கழகமும் ஹிட்டாச்சியும் எஃகு, டைட்டானியம் போன்ற உயர் உருகுநிலை உலோகங்களைப் பற்றவைக்கக்கூடிய கோபால்ட் கலவைக் கலக்குத் தலையை உருவாக்கியுள்ளன. முன்பு பெருமளவு உற்பத்தி நிலையில் அலுமினியக் கலவை, செப்புக் கலவை மற்றும் மக்னீசியக் கலவை போன்ற குறைந்த உருகுநிலை உலோகங்களுக்கு மட்டுமே வரையறுக்கப்பட்டிருந்த உராய்வுக் கலக்கப் பற்றவைப்பின் (FSW: Friction Stir Welding) பயன்பாடு, எஃகு போன்ற அதிக உருகுநிலை கொண்ட உலோகங்களுக்கும் விரிவடையத் தொடங்கியுள்ளது*1.

*1 நிலையான வளிமண்டல அழுத்தத்தில் அலுமினியத்தின் உருகுநிலை 660℃, செம்பின் உருகுநிலை 1083℃ மற்றும் மக்னீசியத்தின் உருகுநிலை 651℃. இரும்புக்கு 1539℃ ஆகவும் டைட்டானியத்திற்கு 1727℃ ஆகவும் உள்ளது.

உராய்வு வெப்பம் உலோகத்தைப் பிசுபிசுப்பான நிலைக்கு மென்மையாக்குகிறது

உராய்வுக் கலக்குப் பற்றவைப்பு என்பது, உருளையின் முனையில் புடைப்பு (கலக்கு முள்) கொண்ட கலக்குத் தலையைப் பயன்படுத்தி, முனைகள் ஒட்ட வைக்கப்பட்ட இரு தகடுகள் (அடிப்பொருட்கள்) அல்லது ஒன்றன்மேல் ஒன்றாக வைக்கப்பட்ட இரு தகடுகளின் பற்றவைக்க வேண்டிய பகுதியின் மேலிருந்து சுழற்றியபடி அழுத்தி, இரு தகடுகளையும் ஒன்றாகப் பற்றவைக்கும் தொழில்நுட்பமாகும்.

சுழலும் கலக்கு முள்ளுக்கும் தகட்டிற்கும் இடையிலான உராய்வு வெப்பம், முள்ளைச் சுற்றியுள்ள உலோகத்தைப் பிசுபிசுப்பான நிலைக்கு மென்மையாக்குகிறது. இதன் உதவியால் சுழலும் முள் தகட்டுக்குள் நுழைகிறது. சுற்றியுள்ள மென்மையான உலோகம் ஒன்றுடன் ஒன்று கலந்து (பிளாஸ்டிக் ஓட்டம் ஏற்பட்டு) இரு உலோகத் தகடுகளும் ஒன்றாகின்றன; அல்லது அவற்றின் இணைப்பு முகத்தில் உலோகப் பிணைப்புகள் உருவாகி இரண்டும் ஒன்றாகின்றன.

முன்பு உயர் வெப்பத்தைத் தாங்கும் கலக்குத் தலைகள் இல்லை

உராய்வுக் கலக்குப் பற்றவைப்பிற்கு நான்கு நன்மைகள் உள்ளன: （1）அடிப்பொருளை உருக்காமல் பற்றவைக்க முடிவதால் (திடநிலைப் பற்றவைப்பு), பிந்தைய உருமாற்றமும் பற்றவைப்புக் குறைபாடுகளும் குறைந்து பொருள் தரத்தை உயர்த்தவும் செலவைக் குறைக்கவும் முடியும்; （2）உருக்குப் பற்றவைப்பைவிட ஆற்றல் சிக்கனமானது; （3）பாதுகாப்பு வாயு தேவையில்லை; （4）சத்தம் குறைவு, தூசி உருவாகாது. வெவ்வேறு பொருட்களை இணைப்பதிலும் இது பயனுள்ளதாக இருப்பதால் தொழில்துறையின் கவனத்தை ஈர்க்கிறது. ஒவ்வொரு பகுதிக்கும் பொருத்தமான பொருளைத் தேர்ந்தெடுத்து எடைக் குறைப்பு போன்ற பலன்களை அடைய முடியும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது*2. எனினும் கட்டுரையின் தொடக்கத்தில் கூறியபடி, முன்பு பெருமளவு உற்பத்தியில் இம்முறையைப் பயன்படுத்தக்கூடியவை குறைந்த உருகுநிலை உலோகங்கள் மட்டுமே.

*2 அடிப்பொருளை உருக்கும் திரவநிலைப் பற்றவைப்பான உருக்குப் பற்றவைப்புடன் ஒப்பிடும்போது உராய்வுக் கலக்குப் பற்றவைப்பின் வெப்பநிலை குறைவு. பற்றவைப்பு நிபந்தனைகளை அமைப்பதன் மூலம் உள்ளீட்டு வெப்பத்தை எளிதாகக் கட்டுப்படுத்தலாம். ஆகவே பற்றவைப்பு வலிமையைக் குறைக்கும் முக்கியக் காரணமான உலோக இடைச்சேர்மங்களின் உருவாக்கத்தைக் குறைப்பது எளிது. அந்தச் சேர்ம அடுக்கின் தடிமனைக் குறைப்பதன் மூலம் பற்றவைப்புப் பகுதியின் வலிமையை உயர்த்தலாம். உராய்வுக் கலக்குப் பற்றவைப்பில் அளவுக்கு மீறிக் கலக்கினாலும் அதிகமான உலோக இடைச்சேர்மங்கள் உருவாகும்.

உராய்வுக் கலக்குப் பற்றவைப்பு முன்பு குறைந்த உருகுநிலை உலோகங்களுக்கு மட்டுமே பயன்பட்டதற்குக் காரணம் பெருமளவு உற்பத்திக்கேற்ற குறைந்த விலை, உயர் வெப்பத்தைத் தாங்கும் கலக்குத் தலை இல்லாததே. அலுமினியக் கலப்புலோகங்களைப் பற்றவைக்க பொதுவாகக் கருவி எஃகு போன்ற இரும்புசார் பொருட்களால் செய்யப்பட்ட தலை பயன்படுத்தப்படுகிறது. அதே தலையால் எஃகு மற்றும் டைட்டானியக் கலப்புலோகம் போன்ற உயர் உருகுநிலை உலோகங்களைப் பற்றவைக்கும்போது அவை மென்மையாகும் உயர் வெப்பநிலையில் தலையும் மென்மையாகி கடுமையாகத் தேய்வதால் பயன்படுத்த முடியாது. பீங்கான் மற்றும் டங்ஸ்டன்–ரீனியம் கலப்புலோகம் போன்ற இரும்புசாரா பொருட்களால் தலைகள் உருவாக்கப்பட்டிருந்தாலும் அவை மிகவும் விலை உயர்ந்தவை; பெருமளவு உற்பத்திக்கு ஏற்றவை அல்ல.

எஃகைக் கலக்காமலேயே அதன் புதிய மேற்பரப்பை வெளிப்படுத்துதல்

எஃகையும் அலுமினியக் கலப்புலோகத்தையும் உராய்வுக் கலக்கல் முறையில் பற்றவைக்க ஹோண்டா உருவாக்கிய தொழில்நுட்பம், ஒன்றன்மேல் ஒன்றாக வைக்கப்பட்ட அடிப்பொருட்களை இணைக்கப் பயன்படுகிறது. அலுமினியக் கலப்புலோகத்தை மட்டும் கலக்கி எஃகைக் கலக்காமல் இருப்பதே அதன் முக்கிய அம்சம் (படம் 1 இன் கீழ்ப்படம்). இதனால் கலக்குத் தலை அதிக வெப்பமடைவதைத் தடுக்கலாம்.

எஃகைக் கலக்காமலேயே எஃகையும் அலுமினியக் கலப்புலோகத்தையும் பற்றவைக்க முடிவதற்குக் காரணம் அவற்றிற்கிடையில் உருவாகும் உலோகப் பிணைப்புகள். இந்தத் தொழில்நுட்பம் எஃகைக் கலக்குவதற்குப் பதிலாக அதன் மேற்பூச்சு மற்றும் ஆக்சைடு படலங்களை அகற்றுகிறது. இதனால் எஃகின் புதிய மேற்பரப்பு வெளிப்பட்டு, கலக்குதலால் வினைத்திறன் அதிகரித்த அலுமினியக் கலப்புலோகத்துடன் உலோகப் பிணைப்புகளை உருவாக்குகிறது. இந்தப் பிணைப்புகள் இரண்டையும் ஒன்றாக்குகின்றன*3.

*3 எஃகுக்கும் அலுமினியக் கலப்புலோகத்திற்கும் இடையில் நீர் போன்றவை புகுந்தால் இரட்டை உலோக அரிப்பு (மின்வேதி அரிப்பு) ஏற்படும். இந்தத் தொழில்நுட்பம் இரண்டிற்கும் இடையில் சிலிக்கான் படலத்தைச் செருகி அதனைத் தடுக்கிறது.

வட அமெரிக்கச் சந்தைக்கான புதிய “அக்கார்டு” வாகனத்தின் முன் துணைச் சட்டகத்தில் ஹோண்டா இந்தத் தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்திப் பல பலன்களைப் பெற்றுள்ளது (படம் 2). குறிப்பாக முந்தைய எஃகுத் துணைச் சட்டகத்தைவிட எடை 25％ குறைந்ததுடன் பற்றவைப்பின் மின்பயன்பாடும் சுமார் 50％ குறைந்தது. மேலும் துணைச் சட்டகமும் சஸ்பென்ஷனும் இணையும் பகுதியின் அமைப்பை இந்தத் தொழில்நுட்பத்தால் மாற்றியதால் அப்பகுதியின் விறைப்பு 20％ உயர்ந்து வாகனத்தின் இயக்கச் செயல்திறனை மேம்படுத்த உதவியுள்ளது.

புதிய பொருட்கள் மூலம் பயன்பாட்டுத் துறைகளை விரிவாக்குதல்

மறுபுறம் டோஹோகு பல்கலைக்கழகம், ஹிட்டாச்சி சீசாகுஷோ மற்றும் ஹிட்டாச்சி மெட்டல்ஸ் பிரிசிஷன் இன்ஸ்ட்ரூமென்ட்ஸ் நிறுவனம் இணைந்து உயர் வெப்பத்தைத் தாங்கும், ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த விலையுள்ள கலக்குத் தலையை உருவாக்கி உராய்வுக் கலக்குப் பற்றவைப்பின் பயன்பாட்டை விரிவாக்கியுள்ளன (படம் 3). அதன் பொருளை டோஹோகு பல்கலைக்கழகமும் ஹிட்டாச்சி சீசாகுஷோவும் இணைந்து உருவாக்கின. பொருள் மற்றும் தலை வார்ப்பின் பெருமளவு உற்பத்தித் தொழில்நுட்பத்தை ஹிட்டாச்சி சீசாகுஷோவும் ஹிட்டாச்சி மெட்டல்ஸ் பிரிசிஷனும் இணைந்து உருவாக்கின. இத்தலையால் எஃகு, டைட்டானியக் கலப்புலோகம் மற்றும் சிர்கோனியக் கலப்புலோகம் போன்ற உயர் உருகுநிலை உலோகங்களைப் பற்றவைக்கலாம்; 2013 இலையுதிர்காலத்தில் விற்பனையைத் தொடங்கத் திட்டமிடப்பட்டுள்ளது. “விலை பின்னர் விவாதிக்கப்படும்” என்று ஹிட்டாச்சி மெட்டல்ஸ் பிரிசிஷன் இன்ஸ்ட்ரூமென்ட்ஸ் கூறினாலும், பெருமளவு உற்பத்திக்குப் பயன்படுத்தக்கூடிய விலை வரம்பில் அமையும் என மதிப்பிடப்படுகிறது.

உராய்வுக் கலக்குப் பற்றவைப்புத் தலைக்காக டோஹோகு பல்கலைக்கழகம் உள்ளிட்டவை உருவாக்கிய பொருள் கோபால்ட் கலப்புலோகம். அதில் உயர் வெப்பநிலையிலும் உயர் வலிமையைப் பேணும் உலோக இடைச்சேர்மங்கள் பரவியுள்ளன. குறிப்பாகக் கோபால்ட் அடிப்படையிலான கலப்புலோகத்தில் Co3（Al，W） பரவியுள்ளது. Co3（Al，W） சீராகவும் நுண்ணியதாகவும் பரவுவதையும் அதன் பரவல் அளவும் படிக எல்லை வடிவமும் விரும்பிய நிலையை அணுகுவதையும் உறுதிசெய்வதே முக்கியம். இதற்காக மேலும் பொருத்தமான வேதிக்கூறும் வெப்பச் சிகிச்சை முறையும் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளன.

இந்தக் கலக்குத் தலைக்குத் தற்போது கருதப்படும் பொருட்கள் கார்பன் எஃகு, உயர் இழுவிசை எஃகு, டைட்டானியக் கலப்புலோகங்கள் (Ti-6Al-4V போன்றவை), தூய டைட்டானியம் மற்றும் செம்புக் கலப்புலோகங்கள். சில பொருட்களின் வலிமை, தடிமன் போன்ற காரணங்களால் இத்தலையைப் பயன்படுத்துவது கடினமாக இருந்தாலும், பொதுவாக உராய்வுக் கலக்குப் பற்றவைப்பில் தலை வெப்பநிலை (இணைப்பு வெப்பநிலை) அதிகபட்சம் சுமார் 1000℃ ஆக உள்ள பொருட்களே பற்றவைப்பின் இலக்காகும்.

முந்தைய பக்கம்

உலோக இயந்திர உடல்களின் பயன்பாட்டு ஆயுளை நீட்டிக்கும், தானாகச் சீராகும் அரிப்புத்தடுப்புப் பொருளான ஜுஃபுதுன் வெற்றிகரமாக உருவாக்கப்பட்டது

FCSE | முன்னணி ஆராய்ச்சி: சூரிய ஒளியால் இயக்கப்படும் “தானாகச் சீராகும்” அரிப்புத்தடுப்புப் பூச்சு

அடுத்த பக்கம்

முந்தைய பக்கம்:

உலோக இயந்திர உடல்களின் பயன்பாட்டு ஆயுளை நீட்டிக்கும், தானாகச் சீராகும் அரிப்புத்தடுப்புப் பொருளான ஜுஃபுதுன் வெற்றிகரமாக உருவாக்கப்பட்டது

அடுத்த பக்கம்:

FCSE | முன்னணி ஆராய்ச்சி: சூரிய ஒளியால் இயக்கப்படும் “தானாகச் சீராகும்” அரிப்புத்தடுப்புப் பூச்சு

தொடர்புடைய செய்திகள்

2026 இயந்திரப்பணித் தயாரிப்பு அறிமுகம் — Wuhan Kaiming High-Tech தொழில்முறை இயந்திர உபகரண உலோக மேற்பரப்புப் பழுதுநீக்கத் தீர்வு

2026-08-15

2026 எந்திரப் பணியின் செயல்பாட்டுக் கோட்பாடுகள் பற்றிய விரிவான விளக்கம்: இயந்திர உபகரணங்களின் தொழில்முறை உலோக மேற்பரப்புச் சீரமைப்புக்கான பயனுள்ள அறிவியல் அறிமுகம்

2026-07-31

2026 ஆம் ஆண்டில் எந்திரப் பணியின் பொதுவான சிக்கல்களுக்கான முழுமையான விளக்கம்: செயல்முறைக் கோளாறுகளைக் கையாளவும் திறம்பட மேம்படுத்தவும் நடைமுறை வழிகாட்டி

2026-07-16

2026 ஆம் ஆண்டின் எந்திரப் பணி முழுச் செயல்முறைக்கான கவனக்குறிப்புகள்: செலவைக் குறைத்து, தரத்தை உயர்த்தி, கோளாறுகளைத் தவிர்க்கும் நடைமுறை வழிகாட்டி

2026-07-01

2026 எந்திரப் பணியின் அனைத்துத் துறைகளிலான பயன்பாட்டுச் சூழல்களின் கண்ணோட்டம்: இணைந்த உலோக மேற்பரப்புச் சீரமைப்பால் செலவைக் குறைத்துத் திறனை அதிகரிக்கும் வழிகாட்டி

2026-06-16

2026 ஆம் ஆண்டின் எந்திரப் பணித் துறையின் அண்மை நிகழ்வுகள்: உற்பத்தி நிறுவனங்களின் தொழில்நுட்ப மேம்பாடு, செலவுக் குறைப்பு மற்றும் திறன் உயர்வு பற்றிய முழுமையான விளக்கம்

2026-06-01

பகிரவும்

பட்டியலுக்குத் திரும்பு