Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

Transkript

1 İşlemleri Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

2 Tozların hazırlanması TOZ HAZIRLAMA NE ŞEKİLDE YAPILABİLİR, NEDEN GEREKLİDİR...

3 Tozların hazırlanması Üretilen tozların rahat bir şekilde taşınması, depolanması, yoğunlaştırılması ve sinterlenmesi için belirli özelliklere sahip olması istenir. Tozlar sınıflandırılır, Bir tozun kalitesini arttırmak için küçük partikül boyutları ayrıştırılır. Neden olabilir? Sınıflandırma işlemi aynı zamanda filtre ve akış sınırlayıcılar için gereklidir. Harmanlama ve karıştırma prosesleme öncesi uygulanan işlemlerdir. Her ikiside tozları homojen kütle haline getirir. Tozlar özellikle küçük ve büyük partiküllerin ayrışmasına neden olan taşıma sonrası parçacık boyut dağılımının kontrolü için harmanlanır.

4 Tozların hazırlanması YAĞLACILAR NEDEN KULLANILIR, HANGİ MALZEMELER İÇİN DAHA FAZLA TERCİH EDİLİR, TARTIŞINIZ...

5 Tozların hazırlanması Yeni kompozisyonlar üretmek için tozlar karıştırılır (kompozit, mekanik alaşımlama) Ön alaşımlı tozların sertlikleri daha fazla olduğundan elementel tozlara göre daha zor preslenirler. Daha zor presleme beraberinde takım aşınmasını getirir. Toz metalurjisinde tozun şekillendirilmesinde bağlayıcılar kullanılır. Özellikle, oksitler, karbürler ve intermetaliklerin şekilllendirme sonrası ham dayanımı arttırmak için bağlayıcı ile karıştırırlılar. Preslemeden sonra parçayı çıkartırken gerilmeleri azaltarak kalıp ömrünün arttırılması için de yağlayıcılar kullanılır. Yağlayıcı ve bağlayıcılar sinterleme sıcaklığına gelmeden uzaklaştırılırlar.

6 Tozların hazırlanması Birbirlerine bağlanmış tozların sıkıştırma öncesi öğütülmesi gerekebilir. Veya, parçacıklar arası yüksek sürtünmeye sahip küçük tozlar granül haline getirilebilir.

7 Dikkat edilmesi gerekenler Parçacık boyutu ile ilişkili olarak tozlar tehlikeli olabilir. 10 mikrometreye kadar tozlar genizde bulunan mukoza tarafından yakalanırken daha küçük partiküller akciğerlere ulaşarak vücut içinde çözünürler. Bu nedenle özellikle kurşun gibi toksik tozlarla çalışırken dikkatli olmak gerekir. Toksik olmasa dahi, nano boyutlu tozlar, büyüyen insan hücreleri içine alınarak çözünürler ve akciğerlerin tahrip olmasına neden olabilirler. Bir insan her nefeste yaklaşık 500 cm 3 hava alır, dolayısıyla yüksek kalitedeki bir temiz oda da bile her dakikada birkaç parçacık nefesle alınır.

8 Dikkat edilmesi gerekenler Oksijen ve azot ile etkileşim ppm miktarında oksijen içerebilirler. Herhangi bir koruma olmadan küçük tozlar havada yanabilir. Al, Zr, Ta, Ti ve Mg havada 20 ila 40 g/m 3 miktarlarda bulunurlarsa ateş alırlar. Ateşleme bir kıvılcım veya sıcak bir yüzey ile başlayabilir.

9 Topaklanma Topaklanmanın nedenleri? Partikül boyutu ile topaklanma arasındaki ilişki? Topaklanmanın dezavantajları neler olabilir? Paketlenme ve akma?

10 Topaklanma Topaklanmanın nedenleri? Partikül boyutu ile topaklanma arasındaki ilişki? Topaklanmanın dezavantajları neler olabilir? Nemden kaynaklanan topaklanma, 100 mikrondan küçük parçacıklar için önemli bir sorundur. Bir mikronun altındaki tozlar ise kuru olsalar bile kendiliğinden topaklanmaya uğrarlar.

11 Topaklanma Gevşek parçacıklar için bağlanma dayanımı ölçüsü yığılma açısı ile bulunur. Yığılma açısı, gevşek akarak yığın oluşturan tozların yatay eksenle yapmış oldukları açıdır. Küçük parçacıklar ile düzensiz şekilli parçacıklar büyük ve küresel parçacıklara nazaran daha büyük yığılma açısına sahiptir. Büyük küresel parçacıklar 30º ye yakın açı verirler. Genellikle serbest akan tozlar için yığılma açısı 38º yi geçmez. Yığılma açısı yaklaşık olarak 45º yi geçerse tozlar yapışıktır. Öğütme ile topaklar dağıtılabilir.

12 Partikül şekli Ortamda nemden bahsedilmiyor ise paketme ve akma şekil üzerinden kontrol edilir. Yüzey alanı, parçacık yüzeylerinin pürüzlülüğü ve partikül şekli ne kadar karmaşık ise paketlenme yoğunluğu o derece düşük, yığılma açısı o kadar yüksek ve dolayısı ile toz akışı o derecede yavaş olur. Beklendiği gibi safsızlıklar tozların yüzeyinde yoğunlaşır. Nihai ürüne dahil olmalarının önlenmesi için yüzeylerin temizlenmesi gerekebilir. Oksitler, tavlama işleminin bir parçası olarak hidrojen veya karbon monoksit içeren indirgeyici atmosfer ortamında ısıtılarak indirgenir. Kimyasal indirgeme ve öğütme işlemleri ile partikül yüzyeleri temizlenebilir. Bu yöntemler sonrası partikül yüzeylerinin topografisinde ve partikül şeklinde değişimler olabilir.

13 Paketlenme yapıları Tek boyutlu küreler ile % 60 yoğunluk Titreşimle % 64 yoğunluk Bu değer için temas nokta sayısı 6 veya 7 dir. Bir tozun paketlenme yoğunluğu, Toz boyutu Şekli Adsorbe edilmiş neme bağlıdır.

14 Gelişmiş paketlenme teknikleri Daha yüksek paketlenme yoğunluğu için parçacık tane boyut dağılımının ayarlanması mümkündür. Bimodal dağılıma sahip tozlar ile tek boyutlu tozlara göre daha yüksek paketlenme yoğunluğu elde edilir. Bileşen sayısı Boyut oranı Ağırlık yüzdesi Paketlenme oranı ,64 2 7:1 73:27 0, :7:1 75:14:11 0, :49:7:1 73:14:10:3 0,98

15 İletken malzeme üretimi Yalıtkan bir malzemenin özellikleri iletken toz karışımı ile tamamen değiştirilebilir. İletken olmayan parçacıklardan oluşan bir sisteme belirli oranların altında iletken toz eklenmesi sürekli bir ağ oluşmama nedeniyle malzemeyi iletken hale getirmez. İletkenlik özelliğinin sağlanması için toz oranlarının miktarına dikkat edilmelidir. Eğer iki tozda aynı boyutta ise davranış değişikliği gevşek paketlenme durumunda % 25 ila % 28 hacim oranında iletken toz ilavesi ile, yoğun şekilde sıkıştırılmış tozlarda ise % 18 hacim oranında toz ilavesi ile meydana gelir.

16 Toz Karış ıştırma Alaşımlama dışında özellikle parçanın ham mukavemetinin arttırılması ve kalıp aşınmalarının azaltılması amacıyla presleme öncesinde çeşitli polimer katkılar bağlayıcı ve yağlayıcı olarak kullanılırlar.

17 Toz Karış ıştırma Alaşımlama dışında özellikle parçanın ham mukavemetinin arttırılması ve kalıp aşınmalarının azaltılması amacıyla presleme öncesinde çeşitli polimer katkılar bağlayıcı ve yağlayıcı olarak kullanılırlar. Organik veya inorganik olabilen bu katkılar amaçlarına göre farklı şekilde sınıflandırılabilirler: Çözücüler: (Su) katkı maddesinin dağıtılması Dağıtıcılar: (Amonyum poliakrilat) parçacıkların ayrışmasında Plastikleştiriciler: (gliserin) karışımın viskozitesinin düşürülmesinde Yüzey aktif maddeler: (Stearik asit) Bağlayıcı-toz ıslatmasını arttırmada Kalınlaştırıcılar: (guar zamkı) Toz-bağlayıcı karışımının viskozitesini arrtırmada Bağlayıcılar: (parafin) Tozlara ham dayanım sağlamada Yağlayıcılar: (Çinko stearat) Takım aşınmasını azaltmada kullanılanlar. Bunlardan bazıları birden fazla amaç için kullanılabilir. Genelde sadece bağlayıcı ve yağlayıcı kullanılır.

18 Yağlayıcılar Toz ve şekillendirme kalıbı arasındaki sürtünmeden kaynaklanan problemlerin önlenmesi için yağlayıcı kullanılır. Sürtünme ne kadar fazla ise kalııp ömrü o kadar kısa, sinterleme sonrası üründeki boyutsal değişimler ve kusur oranı da o kadar fazla olur. Yağlama, yağlayıcının kalıp duvarlarına sürülmesi veya doğrudan preslenecek toza katılması şeklinde uygulanır. Yağlayıcılar genellikle presleme öncesi tozun içine ilave edilir. Şekillendirme esnasında yağlayıcı, takıma karşı viskoz bir tabaka oluşturarak sürtünmeyi azaltır. Yağ gibi düşük viskoziteli yağlayıcılar, preslenemede kullanılan yüksek basınçlardan dolayı takım ile toz temas noktalarından sızarlar ve uzaklaşırlar ve etkilerini yitirirler.

19 Yağlayıcılar Yağlayıcı miktarları genelde % 0,4 ile 1,5 arasında değişir. En yaygın kullanılanları stearat tozlarıdır. Çinko stearat, kalsiyum stearat ve lityum stearat.

20 Yağlayıcılar Fazla ilave edilen yağlayıcı boşlukları doldurur ve arzu edilen yoğunluğa ulaşmayı engeller. En yüksek yağlayıcı miktarının belirlenmesi bu anlamda önemli olacaktır. W L = (1 f ) ρl ρ (1 f ) + f L ρ p W L : Yağlayıcının ağırlık miktarı f: Tozun sıkıştırılmasındaki son yoğunluk oranı ρ L : Yağlayıcının yoğunluğu ρ P : Tozun yoğunluğu

21 Bağlayıcılar Görevleri ham kütlenin dayanımını saplamaktır. Sert parçacıklar için bağlayıcının rolü kusursuz şekil elde etmek açısından yağlayıcının rolünden daha önemlidir. Ucuz olmaları ve ısıl ergime ile kolayca uzaklaştırılmaları nedeniyle genelde basit mum benzeri polimerler kullanılır. Özellikleri, kolay dağılma, kararlı viskozite, tozlara yapışma ve şekillendirilmiş parçalara iyi dayanım sağlamadır. Toz ve bağlayıcı bileşimi besleme stoku olarak adlandırılır. Örnek: su, metil selüloz, gliserin, borik asit Örnek: parafin mumu, polipropilen, stearik asit, brezilya mumu

22 Topaklayıcılar Küçük tozlar, küresel şekil kazandırmak ve böylece kalıp boşluğunu hızlı ve homojen bir şekilde doldurmak amacı ile kasıtlı bir şekilde topaklaştırılır. Topaklaşma için çoğunlukla polivinil alkol, polietilen glikol, parafin mumu veya çeşitli mumlar kullanılır. Bu karışımlar ile malzeme püskürtme yoluyla kurutularak birbirine bağlanmış tozlar küresel şekilde topaklaşırlar. Seramikler, intermetalikler, refrakter metaller (W) ve bileşikleri (WC) gibi küçük sert parçacıklar serbest akmazlar ve görünür yoğunukları düşüktür. Toz organik ve uçucu maddelerle karıştırılarak bulamaç hale getirilir. Bulamaç püskürtülerek veya merkezkaç atomizasyonu ile ısıtılmış serbest halde düşebileceği bir hazne içine gönderilerek küresel topaklar oluşturulur. Serbest düşme anında ısıtma, uçucu maddelerin buharlaşmasına neden olur.

23 Dağı ğıtıcılar Küçük partikül boyutu yüksek yüzey alanı nedeniyle paketlenmeyi azaltır. İsteyerek yapılan topaklanma ile bu etki azaltılır. Partiküller bir sıvı içinde çalkalanır, sıvılar yüzey gerilmesini azaltır. Veya ultrasonik çalkalama ile dağılım sağlanır.

24 Karış ıştırma ve Harmanlama Özel partikül boyut dağılımının sağlanması Sinterleme esnasında yeni alaşımların oluşturulması Sıkıştırma için yağlayıcıların ilave edilmesi Şekillendirme için bağlayıcı karıştırılması amacıyla yapılır. Tozların harmanlanmasının ana sebebi genel olarak taşıma esnasında titreşimler ile oluşan ayrışmanın engellenmesidir. Bu ayrışma sıkıştırma ve sinterlemede problemler oluşturur.

25 Toz Karış ıştırma Toz üç farklı mekanizma ile karıştırılır. Yayınma ile karıştırma dönen silindir içinde, konveksiyonla karışım vidalı karıştırıcıda ve kesme ile karışım bıçaklı karıştırıcılarda yapılır. Aşağıdaki ikili konik karıştırıcı genellikle fiyat, verimlilik ve kısa karıştırma süreleri açısından en etkilidir. Paletler ve yüksek hızda dönen bıçaklar sisteme ilave edilirse karıştırma işlemi daha iyi bir şekilde gerçekleştirilebilir.

26 Karışı ışım Homojenliği Üç farklı düzeyde homojenlik söz konusudur.