Partiküllerin Kimyasal ve Fiziksel Özellikleri

Toz metalurjisi ile imal edilen parçaların özelliklerini, büyük oranda, bu parçaların imalinde kullanılan partiküllerin sahip olduğu özellikler belirlemektedir. Toz metalurjisi üretim sürecinde elde edilecek ürünlerin mekanik özellikleri, yüzey kalitesi, boyut hassasiyeti yüzey pürüzlülüğü ve presleme basınçları gibi üretim esnasında kullanılacak birçok parametre, kullanılacak metal tozunun özellikleri ile değişiklik gösterdiğinden metal tozlarının özelliklerinin belirlenmesi büyük önem arz etmektedir. Toz özellikleri fiziksel ve kimyasal olarak iki grupta incelenir (Kurt, 2001).

Kimyasal özellikler

TM tekniğinde kullanılan metal tozların kimyasal özellikleri irdelendiğinde, onların saf halde olup olmadıkları, ilk akla gelen husustur. Kimyasal analizlerle tespit edilen, tozların bu özellikleri, üretilen cisimlerin imalatına ve mekanik özelliklerine doğrudan etki etmektedirler. Özellikle metal esaslı tozlar ile mukavemetli alaşımların üretilmesi için önemli bir unsur olan saflık ve kimyasal özellik, sinterlenmiş cisimlerin mekanik ve fiziksel özelliklerini birinci derecede etkilemektedir. Tozlar kimyasal açıdan üç gruba ayrılır. Elementel tozlar, göreceli olarak yüksek saflıkta malzemelerdir ve kimyasal analiz, kompozisyonda az miktarda bulunan, karbon, oksijen ve azot seviyelerini belirlemek için yapılır. Oksijen ve karbon miktarının malzeme içinde ne şekilde bulunduğu da önemlidir. Mesela oksijen levhaları, erimiş oksit veya absorbe edilmiş gazlar halinde bulunabilir. Oksitlerin redüklenmesi ile hazırlanan metalik tozlar genellikle oksit kalıntıları ihtiva ederler. Elektroliz, granülasyon veya pulvarizasyon metodu ile elde edilen tozlarda, oksijen genellikle oksit kalıntıları halinde bulunur. Karbon ise serbest karbon (grafit), karbür veya çözelti hallerinde bulunur (Özçelik, 2007). Bu değerler, yanma teknikleri ile kolaylıkla ölçülebilir. Ön karışımlı tozlar, iki ya da daha fazla farklı tozun birleştirilmiş halidir. Buna yaygın bir örnek, ısıtıldığında bronzu oluşturan karıştırılmış bakır ve kalay tozlarıdır. Safsızlık düzeyleri ve karışımın uygun biçimde bileşik hale getirilmesi, ön karışımlı tozların kimyasal sorunlarındandır.

Tamamen bileşik hale getirilen tozlar, tek bir parçacığı oluşturan bileşenlerin tamamını

içermektedir. Bu tür tozlarda bileşim bütünlüğü ve safsızlıklar önemlidir (German 2007).

Fiziksel özellikler

TM tekniği ile üretilecek malzemenin, üretimi esnasında kullanılacak parametreleri ve işlem sonrası kazanacağı tüm özellikleri etkileyecek diğer bir konuda tozların sahip oldukları fiziksel özellikleridir. Bunlar (Hanyaloğlu, 1999);

 Tane boyutu ve dağılımı  Tane şekli

 Akıcılık

 Sıkıştırılabilirlik  Ham mukavemettir.

Tane boyutu ve dağılımı

Metal tozların şekilleri ve boyutları şüphesiz farklılık arz eder. TM üretim tekniğinde kullanılan tozların partikül boyutları 1-200 mikron arasında değişmektedir. Partikül boyutlarındaki dağılımı tespit etmek için, elek analizi, mikroskobik muayene, sedimantasyon gibi farklı yollar kullanılmaktadır. Metal tozlarının tane büyüklüğü, büyük oranda elek analizi ile yapılmaktadır. Ancak 45 mikronun altında tane büyüklüğüne sahip tozların analizinde bu metot çok iyi netice vermemektedir. Çok ince tozlar için sedimantasyon, ışık dağılması, yöntemleri kullanılmaktadır. Homojen olarak dağıtma işlemi parçacık boyutu azaldıkça bir o kadar güçleşir. Özellikle 100µm’den daha küçük parçacıklar, dağıtma işlemine direnç gösteren yüksek çekim kuvvetine sahiptirler (Sarıtaş, 1994).

Tane şekli

Parçacık şekli, paketlemeyi, akışı, ham yoğunluk, ham mukavemet ve sıkıştırılabilirliği etkiler, ayrıca toz üretim esnasında kullanılacak şartların da belirlenmesine yardımcı olur. Parçacık şeklini sayısal olarak ifade etmek zor olduğundan; şeklin bir anlam ifade etmesi için, nitelikle ilgili tanımlayıcılar sıkça kullanılır. Şekil 5.1.parçacık şekillerini ve isimlerini göstermektedir (German, 2007).

Şekil 5.1. Parçacık şekilleri ve isimleri (German 2007).

Mekanik yöntemlerle üretilen metalik tozların şekilleri, küresel olamamaktadır. Lamel şeklinde olan partiküllerin kenarları, kıvrımlı görünüm arz ederler ve genellikle genişlikleri ve uzunlukları, kalınlıklarından daha büyüktür (German, 2007).

Görünür ve ham yoğunluk

Görünür yoğunluk (Gy) veya yığılma yoğunluğu, bir tozun sarsılmamış, gevşek

durumdaki yoğunluğudur. Toz ağırlığının, serbest düşüş hacmine bölünmesi ile bulunur ve g/cm3 birimiyle ifade edilir. Pres kalıplarının tasarımında ve istenilen yoğunluğa ulaşmak için uygulanan sıkıştırma yükünün hesaplanmasında göz önünde bulundurulması gereken en önemli toz özelliğidir. Görünür yoğunluk; toz şekline, tane büyüklüğüne ve metalin yoğunluğuna bağlıdır.

Ham yoğunluk (Hy), sıkıştırılmış ham parçanın yoğunluğudur. Toz ağırlığının,

sıkıştırılmış hacme bölünmesi ile bulunur ve g/cm3 veya teorik yoğunluk cinsinden yüzde olarak ifade edilir. Sinterleme sonrasında malzemenin sahip olduğu yoğunluk ise sinterlenmiş yoğunluk olarak nitelendirilir (German, 2007).

Akıcılık

Toz akış hızı, 50g ağırlığındaki bir tozun, Hall akış ölçerden aktığı saniye cinsinden süre olarak ifade edilir. Kısa akış süreleri tozların serbest akışını, uzun akış süreleri ise tozlar arasındaki yüksek sürtünmeyi gösterir. Görünür yoğunluk ve akış

süresi huni hassas hacimli bir kabın birlikte kullanıldığı Hall akış ölçeri ile kolayca tespit edilebilir (German, 2007).

Sıkıştırılabilirlik

Sıkıştırma, tozları şekillendirmenin yaygın bir yoludur. Sıkıştırılabilirlik; bir metal partikül kütlesinin basınç altında yoğunlaşma kabiliyetini gösterir. Bir partikülün sıkıştırılabilirliği aşağıdaki özelliklere bağlıdır (German, 2007).

 partikülün sertliğine  partikül şekline

 partikül tane büyüklüğü dağılımına  kullanılan yağlayıcılara

Ham mukavemet

Sıkıştırılmış toz kütlesinin pişirmeden önceki mukavemetidir. Ham mukavemet tozların bir birlerine kilitlenmelerinden ve kısmen de soğuk kaynaklanma neticesinde oluşur. Sıkıştırma işleminden sonra kalıptan çıkarılan parçaların boyutlarını koruyabilmeleri ve taşınabilmeleri için ham mukavemetleri büyük öneme haizdir. Sıkıştırılabilirlik, tozun şekli, tozun tane büyüklüğü, ham mukavemete etki eden faktörler olarak sıralanabilir. Toz üretim teknikleri, tozun fiziksel özelliklerini belirler. Fiziksel özellikler de tozdan üretilecek parçaların mekanik özelliklerine doğrudan tesir eder (Kurt, 2001).