Toz metalürjisi, metallerin ve bazen seramiklerin toz halindeki başlangıç malzemelerini kullanarak katı malzemelerin üretildiği bir imalat yöntemidir.
Bu yöntem, toz malzemenin önce şekillendirilip daha sonra yüksek sıcaklıklarda sinterlenerek birleştirilmesini içerir.
Sonuç, mikro yapı özellikleri ve mukavemeti belirli şekillerde ve boyutlarda katı bir cisimdir.
Toz metalürjisi yönteminin uygulama şekilleirinden biri de karıştırılan tozları doğrudan sıcak presleme işlemine tabi tutmaktır.
Sıcak presleme işlemi diğerlerine göre daha ucuz bir yöntemdir. Bu yöntemde matris fazı olarak alüminyum, bakır, nikel ve titanyum gibi alaşımlar kullanılırken takviye fazı olarak da B4C, SiC, grafit, Ti parçacıkları ve kısa fiberler kullanılmaktadır.
Toz metalürjisinin tarihçesi oldukça eskilere dayanır. İlk zamanlarda, bu yöntem değerli metallerin işlenmesi ve süs eşyalarının üretimi için kullanılmıştır.
Ancak, 20. yüzyılın başlarından itibaren bu yöntem, otomotiv ve uçak endüstrisi gibi birçok modern endüstriyel uygulamada yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır.
Bu yöntemin en belirgin avantajlarından biri, karmaşık geometrilere sahip parçaların yüksek hassasiyetle üretilebilmesidir.
Geleneksel döküm yöntemlerine göre, toz metalürjisi daha az atık üretir ve daha az enerji tüketir.
Ayrıca, toz metalurjisiyle, farklı metallerin veya alaşımların kombinasyonları ile yeni malzeme özellikleri elde etmek de mümkündür.
Toz metalürjisi şu temel aşamalardan oluşur.
Toz Üretimi:
Metal, mekanik kırma, elektrolitik işlemler veya kimyasal yöntemlerle toz haline getirilir.
Toz Şekillendirme:
Elde edilen toz, presleme, dökme veya enjeksiyon kalıplama gibi yöntemlerle istenen forma getirilir.
Sinterleme:
Şekillendirilmiş toz, yüksek sıcaklıklarda ama erime noktasının altında ısıtılarak birleştirilir.
İleri İşlemler:
İhtiyaç halinde, sinterlenmiş parça, işleme, ısı işlemi veya yüzey işlemi gibi işlemlere tabi tutulabilir.
Toz metalurjisi, son yıllarda, özellikle havacılık, otomotiv ve medikal endüstrilerinde oldukça popüler bir yöntem haline gelmiştir.
Bu popülerliğin arkasında yatan sebep, bu yöntemin sunduğu yüksek tasarım esnekliği, malzeme tasarrufu ve enerji verimliliğidir.
Ancak, bu süreç sırasında havadan alınan oksijenin giderilmesi gibi bazı teknik zorlukların üstesinden gelinmesi gerekmektedir.
Bu, toz metal üretimi sırasında oksijenin nasıl giderileceği konusunu ön plana çıkarır.
Toz Metalurjisi Üretiminde Yeni Yöntemler Nelerdir?
Powder Metallurgy de denilen bu yöntem farklı endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılan etkili bir malzeme işleme yöntemidir. Son yıllarda, bu alandaki teknolojik ilerlemeler sayesinde birçok yeni üretim yöntemi geliştirilmiştir.
Kullanılan tozların kimyasal bileşimi ve saflığının yanı sıra tane boyutu, tozların dağılımı ve yapısı önem taşımaktadır.
Metal tozlarının üretminde kullanılan teknikler, tozların birçok özelliklerini belirler.
Tozun geometrik şekli üretim yöntemine bağlı olarak küreselden, karmaşık şekle kadar çok farklı olabilmektedir.
Tozun yüzey durumu da üretim yöntemine göre değişiklik göstermektedir.
Malzemelerin çoğu, özelliklerine uygun bir teknik ile toz haline getirilebilir.
Birçok toz üretim tekniği içerisinde , sekterde en yaygın şu teknikler kullanılmaktadır;
- Elektrolitik ayrıştırma yöntemi
- Kimyasal yöntemler
- Atomizasyon yöntemi
- Mekanik yöntemler
- Talaş kaldırma
- Değirmende öğütme
- Mekanik alaşımlama
Günümüzde sıklıkla kullanılan yöntemler ise şunlardır:
Atomizasyon Yöntemleriyle Toz Üretimi:
Sıvı metalin yüksek hızlı gaz akışı ile temas ettirilerek toz haline getirilmesi, son yıllarda popülerlik kazanan bir yöntemdir. Bu yöntemle, çok ince ve homojen bir toz elde edilir.
Mekanik Alaşım Yöntemleri:
Farklı metallerin mekanik olarak bir araya getirilip alaşım oluşturma yöntemidir. Bu, özellikle nanoteknoloji uygulamaları için çok önemlidir.
Spark Plasma Sinterleme (SPS):
Bu, sinterleme sürecini hızlandırmak için elektriksel bir yöntemdir. Yüksek sıcaklık ve basınç altında, malzemenin hızla sinterlenmesini sağlar.
Yüksek Enerjili Top Sentezi:
Bu yöntem, farklı tozların yüksek enerjili toplarla karıştırılmasını içerir. Bu sayede, daha homojen ve daha ince tozlar elde edilir.
3D Baskı Teknikleri:
Toz metalurjisinde 3D baskı yöntemleri, son yıllarda büyük bir ilgi görmeye başlamıştır. Bu yöntemle, karmaşık geometrilere sahip bileşenler kolayca üretilebilir.
Toz metalürjisi üretiminde bu ve bunun gibi birçok yeni yöntem, sektörde daha yüksek verimlilik ve kaliteye ulaşılmasını sağlamıştır. Ancak, her yöntemin kendine has avantajları ve zorlukları bulunmaktadır.
KAYNAKLAR
Aktaş, B. (2005). “Toz Metalurjisi ve Sinterleme Teknikleri”. Ankara: Gazi Kitabevi.
Yamaner, O. (2011). “Toz Metalurjisi İle Üretim”. İstanbul Teknik Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü.
Kalkanlı, A., & Yücel, O. (2009). “Toz Metalurjisi Giriş ve Uygulamaları”. TMMOB Metalurji Mühendisleri Odası Yayını.
Ögel, B. (1998). “Toz Metalurjisi”. İstanbul: Birsen Yayınevi.
Uçar, R. (2003). “Yüksek Sıcaklıkta Sinterlenen Toz Metal Alaşımlar”. Karabük Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Fakültesi.