Bronz yatak numunelerin üretilmesi

Deneysel çalışmada; bakır esaslı CuSn11 bronz yatak malzemelerinin üretimi için toz metalürjisi yöntemi kullanılmıştır. Numune üretimi için ticari bir firmadan temin edilen 100 - 200 µm boyutunda küresel tozlar hazırlanmıştır. Belirlenmiş olan numunelere uygun kalıbın teknik resmi çizilerek üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu kalıp prese bağlanarak ham numunelerin üretim işlemleri gerçekleştirilmiştir (Şekil 3.1). Ham halde üretilen numuneler özel bir firmanın sinterleme hattında sinterlenmiştir. Sinterleme işlemi sonrası numuneler kaplama işlemi için hazırlanmış olan polimer malzemelerle özel bir polimer kaplama firmasında, sprey kaplama metoduyla kaplanmışlardır.

Toz metalürjisi yöntemiyle bronz yatak numune üretiminin karıştırma, presleme, sinterleme ve kalite kontrol olmak üzere 4 ana üniteden oluştuğu bir önceki bölümde anlatılmıştır. Bu bölümde ise bu adımların nasıl gerçekleştirildiği anlatılmıştır. Üretilen gözenekli yatak numunelerin hammaddesi bir Alman firmasından temin edilen Cu89Sn11 küresel bronz tozlarıdır (Şekil 3.2). Tablo 3.1’de Cu89Sn11 küresel bronz tozlarının kimyasal kompozisyonuna ait spektro analiz sonuçları verilmiştir

a) b)

Şekil 3.2. Cu89Sn11 küresel bronz tozlarının, a) yığın görüntüsü, b) mikro görüntüsü [118].

Tablo 3.1. Cu89Sn11küresel bronz tozlarının kimyasal kompozisyonu

Diğer yandan hazır olarak temin edilmiş Cu89Sn11 küresel bronz tozlarıyla karışımı yapılacak kuru organik yağlayıcı olan çinko stereat tozları bir İtalyan firmasından temin edilmiştir. Tablo 3.2’de çinko stereat tozlarına ait teknik değerler görülmektedir.

Tablo 3.2. Çinko stearat tozlarının teknik değerleri

Yağlayıcı adı ve Formülasyonu Ergime sıcaklığı °C Buharlaşma sıcaklığı °C

Çinko Stearat Zn(C₁₈H₃₅O₂)₂ 140 335

Şekil 3.3’de görülen çinko stereat tozları, presleme işlemi sırasında şekillendirilmenin ve sinterleme işleminde küresel taneciklerarası bağ oluşumunun kolaylaştırılmasını sağlamaktadır.

Cu Si Zn P S As Ni Al Pb Sn Sb Fe

Şekil 3.3. Çinko stereat tozu

Karıştırma mikserinde küresel bronz tozlarına % 0,5 oranında çinkostreat katılmıştır. Şekil 3.4’de gösterilen mikser, karışımın homojen hale gelebilmesi için 100 dev/dk hızda 60 dakika boyunca çalıştırılmıştır. Homojen karışım haline gelmiş hammadde presin haznesine doldurulmak üzere bir kapta hazır olarak bekletilmiştir.

Şekil 3.4. Toz karıştırma mikseri

Presleme ünitesinin ilk aşaması hazırlık aşamasıdır. Bir önceki ünite olan karıştırma ünitesinde homojen karışım haline getirilmiş hammadde, presin toz haznesine doldurulmuştur. Daha sonra, gözenekli bronz yatak numunelerinin üretimi amacıyla tasarlanan ve talaşlı imalat yöntemiyle imal edilen numune kalıpları prese bağlanmıştır.

Kalıp elemanları Şekil 3.5’de görüldüğü gibi, (1) kalıp gövdesi, (2) üst zımba, (3) alt zımba ve (4) maçadan oluşmaktadır.

Şekil 3.5. Kalıp setinin teknik resmi.

Presin çalışmaya başlamasıyla birlikte, presin hammadde deposunda bulunan homojen toz karışım, pabucun toz haznesine dolmuştur. Daha sonra, pabucun kalıp boşluğunun üzerine gelmesiyle içerisindeki tozlar kalıp boşluğuna akarak dolmuştur. Pabuç bu işlemi tamamladıktan sonra geri çekilirken üst zımba, kalıp içerisine doğru tozları sıkıştırma işlemi için ilerlemiştir. Burada sıkıştırma işlemi hem bronz tozlarının yumuşak yani düşük sertliğe sahip olması hem de numunelerin gözenekli olması istendiği için 100 MPa basınç basılması tercih edilmiştir. Sıkıştırma işlemi belirtilen basınçta tamamlandıktan sonra üst zımba kalıp içerisinden üst noktaya doğru geri çıkmaya başlamıştır. Sonraki işlemde ise, sıkıştırma işlemiyle kalıbın şeklini alarak üretilmiş ham numune kalıp içerisinden çıkarılmıştır. Şekil 3.6’de bronz tozlarının sıkıştırılarak ham numunelerin elde edildiği pres ve üretim işlemi tamamlanmış ham numune görülmektedir.

Preste basılarak ham halde üretilmiş numuneler sinterleme işlemi için hazırlanmıştır. Sinterleme işleminin yapılacağı fırının bant sistemi Şekil 3.7’de görülmektedir. Sinterleme işlemine başlarken ilk önce numuneler, taşıyıcı bant sistemi üzerine konulan tablanın yüzeyine yerleştirilmiştir. Yerleştirme işlemi tamamlandıktan sonra bant sistemi çalıştırılarak hareketi başlatılmıştır. Bant sistemi, sinterleme işlemi boyunca 60 mm/dk hızda hareket ettirilmiştir.

Şekil 3.6. Pres ve üretim işlemi tamamlanmış ham numunenin resmi.

Sinterleme fırın hattı üç bölgeden oluşmaktadır. Bu bölgeler, ön ısıtma, sinterleme ve soğutma bölgesidir. Sinterleme işleminin ilk bölgesi olan ön ısıtma bölgesinde, hammaddenin kalıplama esnasında kolaylıkla şekillendirilmesi ve küresel toz tanelerinin istenilen formda sinterleme şartlarına uygun olarak birbirleriyle kolaylıkla bağ oluşturabilmesine katkı sağlamak amacıyla kullanılan çinko stereat tozlarının uçurulma işlemi için ön sinterleme sıcaklığı 450 ˚C’dir. Sinterleme bölgesi ise, numunelerin hammaddesi olan küresel bronz Cu89Sn11 tozları dikkate alınarak 780 ˚C sıcaklığındadır. Sinterleme sırasında oluşabilecek olumsuz reaksiyonları önlemek için, koruyucu olarak hidrojen (H2) atmosferi kullanılmıştır [77]. Sinterleme hattının üçüncü bölgesi numunelerin ham halden çıkıp bir ürün haline geldiği son bölge olan soğutma bölgesidir. Bu bölgede sinterlenmiş numuneler, hava ile temas ederek oksitlenmelerini önlemek için, 20 – 37 ˚C sıcaklığında koruyucu atmosfer altında 5 - 10 hertz fan desteğiyle soğumaya bırakılmışlardır. Soğutma işleminden sonra numuneler kontrol işlemi için hazırlanmıştır.

Sinterleme sonrası ürünlerde küçük boyutlu değişiklikler oluşabileceğinden çok yakın toleranslar ile numuneler hazırlanmış malafa yardımıyla boyutlandırılmıştır. Yani, numuneler çap kontrolü için hazırlanmış preste kalıba bağlanarak kontrolden geçirilmişlerdir. Boyutlandırma işleminin tamamlanmasının ardından numuneler sonraki işlem olan kaplama işlemleri için Şekil 3.8’de görüldüğü gibi hazır hale getirilmiştir.

(a) (b)