Toz Hazıırlama İşlemleri
İş
Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
Tozlarıın hazıırlanmasıı
TOZ HAZIRLAMA NE ŞEKİLDE YAPILABİLİR, NEDEN GEREKLİDİR....
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
Tozlarıın hazıırlanmasıı
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.
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
Tozlarıın hazıırlanmasıı
YAĞLACILAR NEDEN KULLANILIR, HANGİ MALZEMELER İÇİN DAHA FAZLA TERCİH
EDİLİR, TARTIŞINIZ...
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
Tozlarıın hazıırlanmasıı
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.
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
Tozlarıın hazıırlanmasıı
Birbirlerine bağlanmış tozların sıkıştırma öncesi öğütülmesi gerekebilir.
Veya, parçacıklar arası yüksek sürtünmeye sahip küçük tozlar granül haline getirilebilir.
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
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 cm3 hava alır, dolayısıyla yüksek kalitedeki bir temiz oda da
bile her dakikada birkaç parçacık nefesle alınır.
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
Dikkat edilmesi gerekenler
Oksijen ve azot ile etkileşim.... 3000 – 4000 ppm miktarında oksijen içerebilirler.
Herhangi bir koruma olmadan küçük tozlar havada yanabilir.
Al, Zr, Ta, Ti ve Mg havada 20 ila 40 g/m3 miktarlarda bulunurlarsa ateş alırlar.
Ateşleme bir kıvılcım veya sıcak bir yüzey ile başlayabilir.
Toz Metalurjisi
Topaklanma
Topaklanmanın nedenleri?
Partikül boyutu ile topaklanma arasındaki ilişki?
Topaklanmanın dezavantajları neler olabilir?
Paketlenme ve akma?
Toz Hazırlama
Toz Metalurjisi
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.
Toz Hazırlama
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
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.
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
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.
Toz Metalurjisi
Paketlenme yapıılarıı
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.
Toz Hazırlama
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
Gelişşmişş 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
1
-
100
0,64
2
7:1
73:27
0,86
3
49:7:1
75:14:11
0,95
4
343:49:7:1
73:14:10:3
0,98
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
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.
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
Toz Karış
ıştı
ış ırma
Alaşımlama dışında özellikle parçanın ham mukavemetinin arttırılması ve kalıp aşınmalarının
azaltılması amacıyla presleme öncesinde çeşitli polimer katkılar bağlayıcı ve yağlayıcı olarak
kullanılırlar.
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
Toz Karış
ıştı
ış ırma
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.
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
Yağğlayııcıılar
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.
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
Yağğlayııcıılar
Yağlayıcı miktarları genelde % 0,4 ile 1,5 arasında değişir. En yaygın kullanılanları stearat
tozlarıdır.
Çinko stearat, kalsiyum stearat ve lityum stearat.
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
Yağğlayııcıılar
Fazla ilave edilen yağlayıcı boşlukları doldurur ve arzu edilen yoğunluğa ulaşmayı engeller. En
yüksek yağlayıcı miktarının belirlenmesi bu anlamda önemli olacaktır.
(1 − f ) ρ L
WL =
ρ L (1 − f ) + f ρ p
WL : Yağlayıcının ağırlık miktarı
f: Tozun sıkıştırılmasındaki son yoğunluk oranı
ρL : Yağlayıcının yoğunluğu
ρP: Tozun yoğunluğu
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
Bağğlayııcıılar
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
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
Topaklayııcıılar
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.
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
Dağı
ğıtı
ğı ıcıılar
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.
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
Karış
ıştı
ış ırma 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.
Toz Metalurjisi
Toz Hazırlama
Toz Karış
ıştı
ış ırma
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.
http://www.fullwell.com.my
Toz Metalurjisi
Karışı
ışım
ışı Homojenliğği
Üç farklı düzeyde homojenlik söz konusudur.
Toz Hazırlama
Download

Toz Hazırlama İşlemleri