www.themegallery.com TOZ METALURJİİSİİ Prof. Dr. Muzaffer ZEREN Company Logo
Toz Metalurjisi www.themegallery.com
TOZ METALURJİSİ www.themegallery.com Metal Seramik Plastik Kompozit Tozların işlemlerden geçirilerek yararlı Mühendislik parçalarına dönüştürülmesi Company Logo
TOZ METALURJİSİNİN TARİHÇESİ Dünyanın birçok yerinde metalsel tozların çok önceleri kullanımı söz konusudur. Örneğin, altın tozları İnkalar tarafından mücevheratlar üzerine işlenirdi. Mısırlılar demir tozlarını M.Ö 3000 yıllarında kullanırdı. Altın tozu
TOZ METALURJİSİNİN TARİHÇESİ Eski çağlarda toz kullanıma diğer bir örnek ise M.S 300 yıllarında Hindistanda yapılan Delhi sütunlarıdır. Bu sütunlar yaklaşı şık olarak 6.5 ton ağı ğırlığı ığında olup indirgenmiş demir tozlarından yapıldığı ığı sanılmaktadır.
1800 yıllarında ise gerçek anlamda toz metalurjisi tekniklerinin kullanımı başlamış ıştır. Laboratuvarlarda platin esaslı aygıtların kullanımından doğan ihtiyaç, kimyasal olarak çöktürülmüş tozların gelişmesine olanak vermiştir. Diğer bir gereksinim ise yüksek sıcaklıklara gerek olmaksızın yeni yoğunlaştırma çevrimlerine olan ihtiyaçtır.
Bu tür gereksinimler özellikle Rusya ve İngiltere de ön plana çıkmış ış olup çöktürülmüş tozların sıcak işlemlenmesi ile yüksek sıcaklıklarda döküme gerek kalmaksızın platin eldesi gerçekleştirilmiştir. Bu sırada bakır, gümüş, kurşun tozlarının presleme ve sinterleme tekniklerinin kullanımı ile bozuk para üretimi gerçekleştirilmiştir.
Toz metalurjisinin modern tarihçesi ise tungsten toz kullanarak dayanıklı lamba filamanları üreten Coolidge ile başlar.
Daha sonrasında çeşitli sertmetallerin (yoğun karbür içeren seramik-metal kompoziti), gözenekli bronz yatakların ve bakırgrafit esaslı elektriksel kontakt malzemelerinin gelişimi 1930 yıllarda gerçekleşmiştir. 1940 lı yıllarda ise toz metalurjisi demir esaslı yapısal alaşı şımların ve özellikle refrakter metal ve alaşı şımların üretimi açısından önem kazanmış ıştır.
1940 lı yıllarda çok az sayıda malzeme toz metalurjisi ile üretilirken günümüzde Nb, W, Mo, Zr, Ti ve Re gibi refrakter karakterdeki çoğu metal ve alaşı şımları üretilebilir hale gelmiştir. Tungsten tozları Titanyum tozları
Toz metalurjisine olan ilk ilgi, bakır ve demir gibi metal endüstrisinde çok kullanılan elementlerin yeni, daha az bir maliyete sahip teknoloji ile üretiminin mümkün olmasıdır. Demir tozları Bakır tozları
Yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılan nikel esaslı süper alaşı şımlarının, yüksek sertliğe sahip aluminyum esaslı havacılık alaşı şımlarının ve kontrol edilebilir termal genleşmeye sahip aluminyum matriksli kompozitlerin üretimi tüm bunlara birer örnektir. Toz metalurjisi ile yüksek kalitede malzeme üretimi, günümüzün ve geleceğin üretim yöntemleri arasında yer alan önemli bir prosestir.
Özellikle toz metalurjik uygulamalar arasında en büyük gelişim belki de demir esaslı malzemeler açısından gerçekleşmiştir.
TOZ METALURJİSİNİN KULLANILDIĞI BAZI UYGULAMALAR Uygulama Aşı şındırıcı Uzay sanayi Örnek kullanım alanı Metal parlatma diskleri, zımpara kağı ğıdı Jet motoru, ısı kalkanı, roket nozülü Otomotiv Valf, buji, dişli, dingil aksamı Kimya Renk verici, filtre, katalizör, ilaçlar Kaplama Dış yüzey kaplaması, termal sprey bariyeri İnşaat Asfalt ve çatı kaplama Elektrik Kontak, tel mengene, lehim, konnektör
UYGULAMA Aşındırıcı Tarım Uzay sanayi Otomotiv Kimya Kaplama İnşaat Elektrik Elektronik Isıl işlem Endüstriyel Kaynak Yağlayıcı Manyetik İmalat Medikal/dental Metalurji Nükleer Ofis donanımı Kişisel Petrokimya Piroteknik ÖRNEK KULLANIM ALANI Metal parlatma diskleri, zımpara kağıdı Tohum kaplama, çim ve bahçe ekipmanı Jet motoru, ısı kalkanı, roket nozülü Valf, buji, dişli, dingil aksamı Renk verici, filtre, katalizör Boya, dış yüzey kaplaması, termal sprey bariyeri Asfalt ve çatı kaplama Kontakt, tel mengene, lehim, konektör Isı ileticiler, mürekkep, mikroelektronik paketleme Fırın, termoeleman, tablalı konveyör Ses yalıtımı, kesici takımlar, elmas bağlantısı Elektrot, lehim, kaynak dolgusu Yağlama gresi Magnetler, mıknatıs, elektrik düzenleyicisi Döküm, takım malzemesi, yataklar, yüzey sertleştirme Amalgam, implant malzemesi Metal kaplama, alaşımlama Reflektör, filtre, koruyucu amaçlı malzemeler Kopyalama cihazları, fotokopi proses taşıyıcısı Vitamin, kozmetik, pudra Katalizör, delici uçlar Patlayıcı, yakıt, renklendirici
Mühendislik Tozları Toz metalurjik. uygulamalar; tungsten lamba filamanları, dental onarım, yağsız yataklar, otomotiv dişlileri, zırh delici mermiler, elektrik kontakt malzemeleri, nükleer yakıtı elemanları, ortopedik implantlar,
. T/M ÖRNEKLER: İMPLANTLAR
UYGULAMA ÖRNEKLERİ İMPLANTLAR..
TOZ METALURJİSİ www.themegallery.com Company Logo
TOZ METALURJİSİ NEDEN KULLANILIR? Genellikle ikinci bir işlem gerektirmemesi Çapak kayıpları oluşmaz Boyutsal toleranslarının çok hassas olması Diğer yöntemlerle üretilemeyecek alaşım sistemlerinin oluşturulabilmesi Nihai parçada yüzey pürüzlülüğünün çok düşük olması Porozitenin ayarlanmasına yada infiltrasyon ile porozitelerin yok edilmesine izin vermesi Çok karmaşık parçaların üretilebilmesi Seri üretime uygun olması Maliyetinin düşük olması (eğer üretilecek parça sayısı yeterli ise)
T/M İşlemenin Sınırlılıkları ve Zayıf Yönleri. Yüksek takım ve ekipman maliyetleri Metal tozları pahalıdır Metal tozlarının depolama ve nakliyle ilgili problemler Metal tozlarının presleme sırasında kalıp içinde paralel olarak akmaması nedeniyle parça geometrisinde sınırlamalar Parça boyunca yoğunluktaki değişimler, özellikle karmaşık geometriler için bir sorun olabilir Oksidasyon sorunu Oksidasyonun olumsuz etkisi
Toz Metalurjisi www.themegallery.com Parça sayısı?
TM ve Otomotiv www.themegallery.com Toz Metalurjisinin günümüzde sadece A.B.D. de yıllık 5 Milyar dolarlık pazarı olduğu tahmin edilmektedir.
Prosesler www.themegallery.com
Tanımlar www.themegallery.com Boyutları genellikle 1 mm ile 100 nm arasında olan partiküllerdir. Sıkış ıştırılabiliyor: Gaz özelliği Akış ışkan : Sıvı özelliği Mukavim : Katı Özelliği
Üretim ve özellik www.themegallery.com
Üretim ve özellik www.themegallery.com
www.themegallery.com Şekil
Boyut dağı ğılımı www.themegallery.com
Parçacık Boyutunun Ölçümü En yaygın yöntemler, farklı ızgara boyutlarında elekler kullanır Izgara numarası eleğin doğrusal 1 inç i başına delik sayısını gösterir 200 olan bir ızgara numarası doğrusal inç başına 200 delik olduğu anlamına gelir Daha yüksek ızgara numarası, daha küçük parçacık boyutu anlamına gelir
Parçacık Boyutunun Ölçümü. Şekil - Parçacık boyutunun belirlenmesi için ızgara eleği
Paketleme Faktörü = Kütle Yoğunluğu / Gerçek Yoğunluk Gevşek tozların tipik değerleri 0,5 ve 0,7 arasındadır. Eğer farklı toz boyutları varsa, daha küçük olan tozlar daha büyük olanların ara boşluklarına yerleşerek havanın uzaklaşmasını sağlar ve daha yüksek paketleme faktörüne neden olur. Paketleme, tozları titreştirerek, daha sıkı yerleşmelerinin sağlanmasıyla arttırılabilir. Sıkış ıştırma sırasında uygulanan basınç, tozları yeniden düzenleyerek ve parçacıkları deforme ederek tozların paketlenmesini arttırır
Presleme www.themegallery.com
Sıkıştırma ve sinterlemede başarılı sonuçlar için, başlangıç tozları homojen olmalıdır. TOZLARIN ÖĞÜTÜLMESİ VE KARIŞTIRILMASI
PRESLEME Tozları istenen şekle dönüştürmek için yüksek. basınç uygulamadır. Geleneksel sıkıştırma yöntemi, zıt yönlü zımbaların tozları bir kalıp içinde sıkıştırdığı presleme dir. Sıkıştırıldıktan sonraki parça ıslak sıkıştırma olarak adlandırılır; buradaki ıslak terimi, henüz yeterince sıkıştırılmamış anlamındadır. Sıkıştırıldığında parçanın ıslak dayanımı, taşımak için yeterli ancak sinterlemeden sonraki değerinden çok uzaktır
Basınç etkisi www.themegallery.com
. Şekil - (a) Sıkıştırma sırasında uygulanan basıncın etkisi (1)doldurmadan sonraki gevşek tozlar; (2) yeniden paketleme; ve (3) parçacıkların deformasyonu; ve (b) tozların yoğunluğunun, basınca bağlı olarak değişimi.
Sinterleme www.themegallery.com
Sinterleme www.themegallery.com
. SİNTERLEME
SİNTERLEMENİN TEMEL SAFHALARI. Cu tozlarının değişik sıcaklıklarda sinterleme prosesi (a) sinterleme öncesi, (b) 1000 C de sinterleme sonrası, and (c) 1050 C de sinterleme sonrası (d) 1050 C de sinterleme sonrası
Çok Zayıf Sinterleme Karakteristiği ve Olumsuz Etkileri.
Zayıf Sinterleme Karakteristiği ve Etkileri.
. Yeterli Sinterleme Karakteristiği ve Olumlu Etkileri
T/M ÖRNEKLER. En büyük tonajlı malzemeler demir, çelik ve Alüminyumdur. Diğer T/M metalleri olarak bakır, nikel ve molibden ve tungsten gibi refrakter metaller sayılabilir. Tungsten karbür gibi metal karbürler de toz metalurjisinde oldukça fazla miktarda tüketilmektedir
www.themegallery.com Mikroyapıı
www.themegallery.com Mikroyapıı
Mikroyapı ve mekanik özellik www.themegallery.com
www.themegallery.com Örnekler
Örnekler www.themegallery.com
Örnekler www.themegallery.com
Örnekler www.themegallery.com