Toz Metalurjisi Nedir ?

Toz metalurji, partikül yapıdaki metal içerikli tozların sinterlenerek belli bir basınç altında presleme işlemidir. Toz metaller, seramikler, parçacık takviyeli kompozitler, plastik kalıplama ve metal dövme gibi birçok tekniğin sentezinden oluşmaktadır. Toz metalurjisi yöntemi; plastik şekil verme, döküm, kaynak ve talaşlı imalat gibi imal usulleri arasında tarihsel olarak en eski yöntemlerden biridir. Toz metalurjisi ile üretilen ürünler, kompakt ve gözenekli olmak üzere iki çeşittir. Üretilen malzemenin gözenek oranı %10-60 aralığında ise gözenekli malzeme, %1-10 aralığında ise kompakt malzeme olarak adlandırılır. Döküm yöntemindeki segregasyon, oksidasyon, alaşımı oluşturan elementlerin yüksek yoğunluk farkı sebebiyle oluşan alaşım güçlükleri ve gaz absorbisyonu gibi birçok sorun toz metalurjisi yöntemiyle ortadan kalkmaktadır.

TOZ METALURJİSİ YÖNTEMİNİN AVANTAJLARI

  • Dar boyut toleransı ve iyi yüzey kalitesi elde edebilmesi,
  • Parça üretimi döküm yöntemlerine göre daha kaliteli ve daha ekonomik malzemeler üretebilmesi,
  • Parça üretimi sırasında ham malzemelerin %99’u kullanılarak malzeme kaybının ortadan kalkması,
  • Yüksek termal dayanıma ve mukavemete sahip kristal ve amorf yapıların yalnızca bu yöntemle üretilebilmesi,
  • Karmaşık yapıdaki küçük boyutlu şekillerin seri bir şekilde üretilebilmesi,
  • Kompozit malzemelerin rahatlıkla üretilebilmesi.

TOZ METALURJİDE ÜRETİM YÖNTEMLERİ

  1. Mekanik Yöntemler
  2. Kimyasal Yöntemler
  3. Atomizasyon
  4. Elektroliz Yöntemler

MEKANİK YÖNTEMLER

Mekanik yöntemler darbeye dayalı yöntemlerdir. Mekanik yöntemlerle toz üretilirken dört temel mekanizma vardır.

  • Darbe: Malzemeye çekiçle vurmak gibi anlık ve çok hızlı işlemleri içermekte ve malzemeyi çok küçük parçalara ayırmaktadır.
  • Öğütme: Aşındırıcıların birbiri üzerinde sürtünme hareketi sayesinde parçacıkların boyutunun küçültülmesi işlemidir.
  • Kesme: Talaşlı imalatta olduğu gibi kesme işlemi ile malzemenin parçalanmasıdır.
  • Basma: Basma kuvvetleri ile bir malzemenin kırılma noktasına kadar deformasyona uğratılıp toz haline getirilmesi işlemidir.

KİMYASAL YÖNTEMLER

Metal oksitlerin (bakır, demir, tungsten, nikel, molibden ve kobalt), karbon monoksit (CO) veya hidrojen (H2) gibi indirgeyici gazlarla oksitlerinden kimyasal olarak indirgenmesidir.

Bu yöntemin önemli uygulama örneklerinden biri de sünger-demir tozudur. Sünger demir, demir oksit cevherinin uygun nitelikte indirgeyici elemanlara indirgenerek süngerimsi bir kütleye dönüştürülmesiyle elde edilir. Kok, magnetit (Fe3O4) ve kireç taşıyla karıştırılır ve seramik kaplara doldurulur. Karışım, seramik kaplar içerisinde 1260°C sıcaklıkta ve 68 saat süresince fırınlarda bekletilir. İndirgenmenin tamamlanmasıyla sünger demir elde edilir. Elde edilen sünger demir külçeleri, yüksek sıcaklıkta (1260°C) birbirine kaynak olmuş tozlardan oluştuğundan öğütülerek istenilen tane boyutuna getirilir. Son işlem olarak sünger demir tozu, H2 gazı altında 870°C’de tavlanarak O ve C’dan mümkün olduğunca arıtılıp elekten geçirilerek elde edilmektedir.

 

ATOMİZASYON

Atomizasyon, akışkan metalin mekanik olarak ya da belirli bir hıza sahip sıvı veya gaz akımı ile parçalanması işlemidir. Diğer toz üretim tekniklerine göre atomizasyon yöntemleri, metal ve alaşım tozlarının üretiminde en çok tercih edilen yöntem olup metalik tozların %90’ı bu yöntemle üretilmektedir.

Bu yöntemin temel prensibi, eriyik haldeki metalin çok ince bir şerit halinde akıtılması ve bu sırada bir su veya gaz jeti ile çok küçük parçacıklara ayrılarak soğutulmasıdır.

Azot, argon ve hava en sık kullanılan gazlar iken su ise en sık tercih edilen sıvıdır. Bu üretim yöntemi üç temel aşamadan oluşmakta olup bunlar; ergitme, atomizasyon, katılaşma ve soğumadır.

 

ELEKTROLİZ YÖNTEMLER

Bir elektroliz hücresinin katodu üzerinde belirli çalışma koşullarında element tozları biriktirilmektedir. Krom, paladyum, demir, bakır, mangan, çinko ve gümüş örnek metaller arasında gösterilmektedir. Elektroliz yönteminin diğer yöntemlerden en önemli üstünlüğü, yüksek saflıkta toz üretimidir. Elektrolizle toz üretimi, hücreye uygulanan belirli bir voltajda anodun çözünmesiyle başlar. Elektrolit (sülfat esaslı vb.) içerisinden taşınım katot üzerindeki birikintinin saflaştırılmasında kullanılır. Katot üzerindeki birikinti sıyrılır, yıkanır, kurutulur ve öğütülerek toz haline getirilir. Sonrasında gerilmeleri azaltarak ve uçucu maddeleri gidermek için tavlama işlemi uygulanır.

 

Hidayet ÖZKAN

Metalurji ve Malzeme Mühendisliği

Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir