PÜSKÜRTMELİ ŞEKİLLENDİRME İŞLEMİNİN GÖZENEKLİLİĞE

advertisement
PÜSKÜRTMELİ ŞEKİLLENDİRME İŞLEMİNİN GÖZENEKLİLİĞE
ETKİLERİ
Shaker M. ASWAD
YÜKSEK LİSANS TEZİ
MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ
GAZİ ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
HAZİRAN 2011
ANKARA
Shaker M. ASWAD tarafından hazırlanan “PÜSKÜRTMELĠ ġEKĠLLENDĠRME
ĠġLEMĠNĠN GÖZENEKLĠLĠĞE ETKĠLERĠ” adlı bu tezin Yüksek Lisans tezi
olarak uygun olduğunu onaylarım.
Yrd. Doç. Dr. Yusuf USTA
………………………………
Tez DanıĢmanı, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı
Bu çalıĢma, jürimiz tarafından oy birliği ile Makine Mühendisliği Anabilim Dalında
Yüksek lisans tezi olarak kabul edilmiĢtir.
Doç. Dr. Nuri DURLU
………………………………
Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, TOBB ETÜ
Yrd. Doç. Dr. Yusuf USTA
………………………………
Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi
Doç. Dr. Ömer KELEġ
………………………………
Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi
Tarih : 10/06/2011
Bu tez ile, G. Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans derecesini
onamıĢtır.
Prof. Dr. Bilal TOKLU
Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü
………………………………
TEZ BİLDİRİMİ
Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranıĢ ve akademik kurallar çerçevesinde elde
edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu
çalıĢmada orijinal olmayan her türlü kaynağa eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm.
Shaker M. ASWAD
iv
PÜSKÜRTMELĠ ġEKĠLLENDĠRME ĠġLEMĠNĠN GÖZENEKLĠLĠĞE
ETKĠLERĠ
(Yüksek Lisans Tezi)
Shaker M. ASWAD
GAZĠ ÜNĠVERSĠTESĠ
FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
Haziran 2011
ÖZET
Bu çalıĢmada, tasarımları ve imalatları yapılmıĢ olan yakından eĢlemeli
nozullar ve gaz atomizasyon ünitesinde, alüminyum tozu kullanarak püskürtme
Ģekillendirme (Pġ) ile silindir üzerinde bir kaplama tabakası oluĢturulmuĢtur.
Mekanik
özellikleri
parametrelerinin
doğrudan
gözenekliliğe
etkilemesi
etkileri
nedeniyle,
araĢtırılmıĢtır.
Ģekillendirme
ÇalıĢmanın
gerçekleĢtirilmesi için kendi ekseni etrafında dönen bir silindir atomizasyon
doğrultusuna dik olarak konumlandırılmıĢtır. Deneyler sırasında atomize edilen
tozların henüz sıvı iken, söz konusu dönen silindire tutunması sağlanmıĢtır.
Deney parametreleri olarak püskürtme mesafesi, atomizasyon basıncı ve
yakından eĢlemeli nozulun uç kısmının çıkıntı mesafesi seçilmiĢtir. Her bir
parametre için üç ayrı değer (püskürtme mesafesi: 135, 165, 200 mm;
atomizasyon basıncı: 5, 10, 15 bar ve çıkıntı mesafesi: 4, 6, 8 mm) çeĢitli
denemeler sonucunda belirlenmiĢ ve her bir Ģart üç kez tekrarlanarak
kaplamalar gerçekleĢtirilmiĢtir. Yapılan deneylerin sonunda elde edilen
kaplamaların kenar ve orta kısımlarından numuneler alınarak gözeneklilik,
taneler arası bağlantı, tane büyüklüğü ve tane Ģekli optik mikroskop altında,
mikroyapıdaki değiĢimin sertliğe etkisi ise mikrosertlik ölçme cihazında
incelenmiĢtir.
v
Bilim Kodu
: 625.02.05
Anahtar Kelimeler : Püskürtme Ģekillendirme, yüzey kaplama, gaz
atomizasyonu, alüminyum boru
Sayfa Adedi
: 117
Tez Yöneticisi
: Yrd. Doç. Dr. Yusuf USTA
vi
EFFECT OF PARAMETERS OF SPRAY FORMING ON POROSITY
(M.Sc. Thesis)
Shaker M. ASWAD
GAZI UNIVERSITY
INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
June 2011
ABSTRACT
In this study, a coating layer has been formed on a cylinder with spray forming
technique by using aluminum powders which has atomized by close coupled
nozzles which have been designed and produced before. Since porosity has a
major effect on the mechanical properties of spray formed parts, effect of the
parameters on the porosity have been investigated in order to have higher
mechanical properties. Ġn the experimental step, a spinning cylindrical tube has
been located straight forward to the atomization direction. During the
experiments, the atomized aluminum powder has been sprayed with the help of
nozzles when they were yet in the liquid form. The cylindrical tube rotates at
different speed and the coating has been applied from 3 different distances as
being 135, 165 and 200 mm. Therefore, a coating layer has been deposited on
the surface of cylinder. Ġn the study, the protrusion of 4, 6 and 8 mm at nozzle
tip and 5, 10 and 15 bar pressure have been used besides of the spray distance.
Each experimental condition has been repeated 3 times. Samples have been
taken from the center and side of the each coated parts in order to examine
their porosity, bonding with powders and substrate, powder sizes and powder
shapes under an optical microscope. The effect of newly structured grains on
hardness has also been examined using a micro hardness tester.
vii
Science Code : 625.02.05
Key Words
: Spray forming, surface coating, gas atomization, aluminum
pipe
Page Number : 117
Advisor
: Assist. Prof. Dr. Yusuf USTA
viii
TEġEKKÜR
Bir senelik koĢturma ve emeğin sonucunda Ģu anda gelmiĢ olduğum nokta gerçekten
çok huzur verici… En büyük yorgunluklara bedel…
Tez konumun belirlenmesinde, tezimin çalıĢma aĢamasında her türlü sabrı gösteren,
ilgisini esirgemeyen, değerli bilgilerinden faydalandığım çok değerli tez danıĢman
hocam Yrd. Doç. Dr. Yusuf USTA’ya,
Yardıma ihtiyacım olduğu zamanlarda yardımlarını esirgemeyen, bu noktalara
gelmemde büyük pay sahibi olduğunu düĢündüğüm değerli hocam Doç. Dr. Ġbrahim
USLAN’a, laboratuvar çalıĢmalarım esnasında hep yanımda olan Sn. Kadir
YILMAZ’a, yüksek lisans çalıĢma arkadaĢım Furkan KAYA’a, lisans çalıĢma
arkadaĢım Gökhan KEPÇEOĞLU’na,
ÇalıĢmalarım boyunca laboratuvarlarından faydalandığım Gazi Üniversitesi’ne ve
yüksek lisans eğitimim süresince bana burada eğitim imkanı veren Türkiye
Cumhuriyeti Devleti’ne,
Eğitimim süresince maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen Türkmeneli Kültür
Merkezi BaĢkanı sayın Yrd. Doç. Dr. Mustafa ZĠYA’ya,
Ortak sıkıntıları paylaĢtığımız, bu zorlu süreçte manevi desteklerini esirgemeyen, en
büyük destekçilerim yurttaki oda arkadaĢlarım Dr. Muhammed NAZIM, Mehmet
Emin ġEN ve Elçin HALĠLOV’a,
Benden desteklerini esirgemeyen, en zor anlarımda hep yanımda olan ve bana hep
güvenen çok sevdiğim anneme, babama ve kardeĢlerime,
En içten teĢekkür ve saygılarımla.
“Hayatta en hakiki mürĢit ilimdir”
Mustafa Kemal Atatürk
ix
ĠÇĠNDEKĠLER
Sayfa
ÖZET ..................................................................................................................
iv
ABSTRACT ........................................................................................................
vi
TEġEKKÜR ........................................................................................................ viii
ĠÇĠNDEKĠLER ....................................................................................................
ix
ÇĠZELGELERĠN LĠSTESĠ .................................................................................. xiii
ġEKĠLLERĠN LĠSTESĠ ....................................................................................... xiv
RESĠMLERĠN LĠSTESĠ ...................................................................................... xvii
SĠMGELER VE KISALTMALAR ...................................................................... xix
1. GĠRĠġ ..............................................................................................................
1
2. TOZ METALURJĠSĠ .......................................................................................
4
2.1. Kısa Tarihçesi ..........................................................................................
5
2.2. Toz Metalurji Avantajları ve Dezavantajları .............................................
5
2.3. Toz Metalurjisinde Temel Basamaklar .....................................................
8
2.4. Toz Metalurjisinin Uygulama Alanları .....................................................
9
2.5. Toz Üretim Yöntemleri ............................................................................ 10
2.5.1. Mekanik yöntemler ......................................................................... 10
2.5.2. Atomizasyon yöntemleri ................................................................. 14
2.6. Alüminyum ve Alüminyum Tozunun Özellikleri ...................................... 18
2.6.1. Alüminyum özellikleri .................................................................... 18
x
Sayfa
2.6.2. Alüminyum tozu ve alüminyum tozunun özellikleri ................................... 20
3. GAZ ATOMĠZASYONU................................................................................. 22
3.1. Gaz Atomizasyon Üniteleri ....................................................................... 23
3.2. Gaz Atomizasyon Mekanizmaları .............................................................. 26
3.3. Gaz Atomizasyonunda Üretim DeğiĢkenleri .............................................. 28
3.3.1. Toz boyutu ve dağılımı .................................................................... 29
3.3.2. Toz Ģekli, yüzey morfolojisi ve mikroyapısı ..................................... 33
3.3.3. Tozların kimyasal bileĢimi ............................................................... 34
3.4. Gaz Atomizasyonunda Kullanılan Nozul Tipleri....................................... 35
3.4.1. Serbest düĢmeli nozul sistemi ......................................................... 36
3.4.2. Yakından eĢlemeli nozul sistemi ..................................................... 37
3.4.3. Gaz atomizasyonunda nozul geometrisi .......................................... 38
3.4.4. Nozul tasarımında temel parametreler ............................................. 42
4. PÜSKÜRTME ġEKĠLLENDĠRME ................................................................. 44
4.1. Püskürtme ġekillendirme Prosesi............................................................... 45
4.2. Püskürtme ġekillendirme Yönteminin Avantajları ..................................... 47
4.3. Püskürtme ġekillendirme DeğiĢkenleri ...................................................... 48
4.4. Püskürtme ġekillendirme Modellenmesi .................................................... 49
4.5. Püskürtme ġekillendirme Parçaların Yapısı ............................................... 49
4.6. Püskürtme ġekillendirme Endüstriyel Uygulamaları .................................. 50
xi
Sayfa
4.7. Püskürtme ġekillendirme Yöntemleri ........................................................ 55
5. DENEYSEL ÇALIġMALAR. .......................................................................... 61
5.1 Gaz Atomizasyon Birimi ............................................................................ 61
5.1.1. Gaz sistemi ...................................................................................... 63
5.1.2. Isıtma ve ergitme.. ........................................................................... 64
5.1.3. Atomizasyon kulesi ......................................................................... 65
5.1.4. Siklon. ............................................................................................. 66
5.1.5. Nozul. .............................................................................................. 67
5.2. Atomizasyon ÇalıĢmaları .......................................................................... 69
5.3. Püskürtme ġekillendirme Deneyleri. .......................................................... 72
6. DENEYSEL BULGULAR VE TARTIġMA .................................................... 78
6.1. Deney Sırasında KarĢılaĢılan Problemler ve Çözümleri ............................. 78
6.2. Testler Ġçin Ön Hazırlıklar ......................................................................... 82
6.3. Gözenek Miktarı Testi ............................................................................... 85
6.4. Taneler Arası Bağlantı, Tane Büyüklüğü Ve Tane ġekli Testleri .............. 92
6.5. Sertlik Testleri ........................................................................................... 96
7. SONUÇ ........................................................................................................... 103
KAYNAKLAR .................................................................................................... 106
EKLER ................................................................................................................
EK-1. Gazi Gaz Atomizasyon Birimi’nin Ģematik resmi.......................................
EK-2. 0° bağlantı flanĢının teknik resmi ...............................................................
EK-3. 6° bağlantı flanĢının teknik resmi ...............................................................
111
112
113
114
xii
Sayfa
EK-4. 9° bağlantı flanĢının teknik resmi ............................................................... 115
EK-5. Milin teknik resmi ..................................................................................... 116
ÖZGEÇMĠġ......................................................................................................... 117
xiii
ÇĠZELGELERĠN LĠSTESĠ
Çizelge
Sayfa
Çizelge 2.1. Toz metalurjisinin tarihi geliĢimi ...................................................... 6
Çizelge 5.1. Laval tipi nozula ait büyüklükler .................................................... 67
Çizelge 5.2. Deney değiĢkenleri ......................................................................... 74
Çizelge 5.3. Laval tipi nozul için Pġ deneyleri ve değiĢkenler ............................ 76
Çizelge 6.1. Image-J yazılımı ile elde edilen gözeneklilik değerleri .................... 85
Çizelge 6.2. HMV ile elde edilen sertlilik değerleri ............................................ 97
xiv
ġEKĠLLERĠN LĠSTESĠ
ġekil
Sayfa
ġekil 2.1. Toz metalurjisi yöntemiyle üretilen malzemelerin kullanım alanları. .... 7
ġekil 2.2. Toz metal parçaların üretim aĢamaları .................................................. 9
ġekil 2.3. Toz morfolojileri. ............................................................................... 11
ġekil 2.4. Bilyalı öğütme .................................................................................... 12
ġekil 2.5. Öğütmede çarpıĢmanın etkisi. ............................................................. 13
ġekil 2.6 Mekanik alaĢımlama yöntemi. ............................................................. 13
ġekil 2.7. Su atomizasyon birimi. ....................................................................... 16
ġekil 2.8. Gaz atomizasyon birimi. ..................................................................... 17
ġekil 2.9. Küresel Ģekilli gaz atomize kalay tozlarının genel yüzey görüntüleri. . 17
ġekil 2.10. Vakum atomizasyon yöntemi ........................................................... 18
ġekil 3.1. Yatay gaz atomizasyon ünitesi. ........................................................... 24
Sekil 3.2. DüĢey gaz atomizasyon ünitesi. .......................................................... 25
ġekil 3.3. Çelik tozu üretimi için geliĢtirilmiĢ yatay gaz atomizasyon ünitesi. .... 26
ġekil 3.4. Yassı tabakadan damlacık oluĢumu. ................................................... 27
ġekil 3.5. Gaz atomizasyonunda mevcut üç aĢamanın Ģematik gösterimi. ........... 27
ġekil 3.6 Atomizasyon mekanizmasına ait bir görüntü ....................................... 28
ġekil 3.7. Hava atomizasyonu için Lubanska bağıntısı. ...................................... 30
ġekil 3.8. Azot gazı hızının kalay ve kurĢun tozunun büyüklüğüne etkisi ........... 31
ġekil 3.9. Azot gazı hızının ve çarpma açısının toz boyutuna etkisi ...................32
xv
ġekil
Sayfa
ġekil 3.10. Farklı metal ve alaĢımlar için toz boyutunun özgül gaz tüketimine
göre değiĢimi ................................................................................... 33
ġekil 3.11. Nozul gaz jeti tipleri ........................................................................ 35
ġekil 3.12. Serbest düĢmeli nozul sistemi .......................................................... 36
ġekil 3.13. Yakından eĢlemeli nozul sistemi ...................................................... 37
ġekil 3.14. Nozul geometrisi. ............................................................................. 38
ġekil 3.15. De Laval nozulunda akıĢ. ................................................................. 39
ġekil 3.16. Kesit alan oranı ile Mach sayısı arasındaki iliĢki ............................... 40
ġekil 3.17. Gaz çıkıĢ alanının toz boyutuna etkisi. .............................................. 41
ġekil 3.18. Nozul gaz çıkıĢ açısının toz boyutuna etkisi ...................................... 41
ġekil 3.19. Gaz cinsi ve basıncının toz boyutuna etkisi. ...................................... 42
ġekil 4.1. Püskürtme ġekillendirme prosesi. ....................................................... 46
ġekil 4.2. a) Pġ metodu b) Pġ ile çok nozullu üretim .......................................... 47
ġekil 4.3. Püskürtme Ģekillendirme ile (a) silindirik Ģekilli parça üretimi Ģematik
gösterimi, (b) IN718 Ni alaĢımından üretilmiĢ süper alaĢım silindirik
parça .................................................................................................. 51
ġekil 4.4. Pġ ile boru üretimi ............................................................................. 52
ġekil. 4.5. Püskürtme Ģekillendirme yöntemi ile üretilmiĢ halka Ģekilli parçalar. 53
ġekil 4.6. Osprey yöntemi ile kütük üretiminin Ģematik gösterimi. ..................... 54
ġekil 4.7. Pġ ile Ģerit üretimi. ............................................................................. 55
ġekil 4.8. Pġ ile dövme iĢlemi.. ............................................................................ 56
ġekil 5.1. Laval tipi nozulda, gaz çıkıĢ bölgesinin Ģematik gösterimi .................. 67
ġekil 5.2. Deney düzeneğinin Ģematik görüntüsü................................................ 73
ġekil 6.1. Orta kısımdaki gözenekliliğe pozisyon ve basıncın etkileri ................. 87
xvi
ġekil
Sayfa
ġekil 6.2. Kenar kısımdaki gözenekliliğe pozisyon ve basıncın etkileri .............. 87
ġekil 6.3. Orta kısımdaki gözenekliliğe, püskürtme yüksekliği ve çıkıntının
etkileri . .............................................................................................. 88
ġekil 6.4. Kenar kısımdaki gözenekliliğe, püskürtme yüksekliği ve çıkıntının
.
etkileri.. ............................................................................................... 89
ġekil 6.5 Orta kısımdaki gözenekliliğe basınç ve çıkıntı uzunluğunun etkileri .... 90
ġekil 6.6.Kenar kısımdaki gözenekliliğe basınç ve çıkıntı uzunluğunun etkileri . 90
ġekil 6.7 Orta kısımdaki sertliliğe püskürtme mesafesi ve basıncın etkileri ........ 99
ġekil 6.8 Kenar kısımdaki sertliliğe püskürtme mesafesi ve basıncın etkileri ...... 99
ġekil 6.9 Orta kısımdaki sertliliğe püskürtme mesafesi ve çıkıntı uzunluğunun
etkileri ............................................................................................... 100
ġekil 6.10 Kenar kısımdaki sertliliğe püskürtme mesafesi ve çıkıntı uzunluğunun
etkileri. ............................................................................................ 101
ġekil 6.11 Orta kısımdaki sertliliğe basınç ve çıkıntı uzunluğunun etkileri. ...... 102
ġekil 6.12 Kenar kısımdaki sertliliğe basınç ve çıkıntı uzunluğunun etkileri. .... 102
xvii
RESĠMLERĠN LĠSTESĠ
Resim
Sayfa
Resim 2.1.Toz metalurjisinin çeĢitli uygulama alanları. ...................................... 10
Resim 4.1. DüĢük püskürtme yoğunluğunda üretilmiĢ bir parçanın yapısı .......... 50
Resim 5.1. Gazi Gaz Atomizasyon Ünitesi ......................................................... 62
Resim 5.2. Gaz sisteminde kullanılan teçhizatlar, a)Yüksek basınçlı tüpler
b) Regülatör...................................................................................... 63
Resim 5.3. Bauer kompresör .............................................................................. 64
Resim 5.4. Isıtma ve ergitme sistemi a) Ergitme fırını b) Açma-kapama çubuğu.65
Resim 5.5. Siklon. .............................................................................................. 66
Resim 5.6. AkıĢ memesi-çıkıntı aparatı - nozul bağlantısı. ................................. 68
Resim 5.7. 4 mm çıkıntı aparatı. ......................................................................... 69
Resim 5.8. Voltaj değiĢtirici. .............................................................................. 70
Resim 5.9. a) Nozul altında yerleĢtirilen mil b) 0,37 kW ve 200 dev/dk
nominal hıza sahip tahrik motoru (redüktör)…………………….72
Resim 5.10. Deney düzeneği ............................................................................. .73
Resim 5.11. Yapılan deneylere ait fotoğraflar..................................................... 76
Resim 6.1. AkıĢ memesinin tıkanması ................................................................ 78
Resim 6.2. Seramik boru içinde oluĢan çubuklar. ............................................... 79
Resim 6.3. Düzensiz Ģekilli kaplama. ................................................................. 79
Resim 6.4. Düzenli kaplama .............................................................................. 80
Resim 6.5. Çelik boru üzerine yapılan kaplama . ................................................ 80
Resim 6.6. Alüminyum boru üzerine yapılan kaplama........................................ 81
Resim 6.7. Potadan dıĢarı akan ergimiĢ alüminyum. ........................................... 82
Resim 6.8. a) Struers Cito Pres-1 cihazı, b) Struers Labo Pol-1 cihazı. ............. 83
xviii
Resim
Sayfa
Resim 6.9. Olympus GX71 optik mikroskop. ..................................................... 83
Resim 6.10. Ġmage-j programına ait görüntüler .................................................. 84
Resim 6.11. Numunelere ait yüzey görüntüleri (X400) . ..................................... 91
Resim 6.12. 10 bar kenar kısıma ait dağlama iĢlemi yapılmadan önceki optik
mikroskobu altında yüzey görüntüsü X400. ................................... 93
Resim 6.13. Dağlama iĢlemi yapılan alüminyum kütüğe ait optik mikroskop
altında tane Ģekli ve büyüklüğü X400. ........................................... 94
Resim 6.14. Orta kısım numunelere dağlama iĢlemi yapıldıktan sonra optik
mikroskobu altında tane Ģekli ve büyüklük görüntüleri X400. ........ 94
Resim 6.15. Image-J programı ile tane boyutu ölçme görüntüleri ..................... 96
xix
SĠMGELER VE KISALTMALAR
Bu çalıĢmada kullanılmıĢ bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte
aĢağıda sunulmuĢtur.
Simgeler
Açıklama
A
Kesit alan
A*
Boğaz alanı
c
Ses hızı, m/s
D
Sıvı metal demeti çapı (
dm, d50
Ortalama toz boyut, μm
dvs
Sauter ortalama çapı, μm
E
Elastik modül
F
Özgül gaz tüketimidir
K
Sabit katsayı (40 ile 50 arası)
M
Mach sayısı
R
Kusur boyutu veya toz içindeki çatlak ucu boyutu
V
AkıĢkanın hızı, m/s
)
Darbe gerilmesi
σm
Metalin yüzey gerilmesi, kg/
Sıvı metalin yoğunluğu,
Gazın kinematik vizkozitesi (m²/s)
Sıvı metalin kinematik vizkozitesi (m²/s);
xx
Simgeler
Açıklama
M/A
Metal gaz debisi oranı
We
Weber sayısı
P
Poise, 1Poise
T
Sıcaklık
’dir
viskozite
Kısaltmalar
Açıklama
Pġ
Püskürtme ġekillendirme
T/M
Toz Metalurjisi
ESCA
Electron Spectroscopy For Chemical Analysis
1
1. GİRİŞ
Toz Metalurjisi’nin (T/M) amacı metal ve metal alaşımlarının tozlarını ergitmeden,
basınç ve sıcaklık yardımıyla dayanıklı malzemeler haline sokmaktır. Diğer metal işleme
yöntemlerine göre daha farklı bir uygulama olan T/M’nin üstünlükleri; parçaların
yüksek kalitede, karmaşık yapıda, küçük toleranslarla ve daha ucuz olarak
üretilebilmesidir [1]. Birçok endüstriyel uygulamada, özellikle yüksek statik ve dinamik
yüklerin bulunduğu sistemlerde, makine parçalarının bu yüklere dayanıklı olmasının
yanında, özel çevre şartlarından da etkilenmemesi gerekir. Ancak her yönden bu çalışma
koşullarına dayanıklı malzemelerin geliştirilmesi çok masraflı olur ve parçaların oldukça
pahalı malzemelerden imalı gerekir [2].
Tane boyutu ve gözenek miktarı gibi özellikler malzemelerin mekanik özelliklerini
önemli ölçüde etkiler. Mekanik özelliklerin yüksek olmasının istendiği durumlarda, tane
yapısının küçük olması ve gözeneklerin en az seviyede olması gerekmektedir [3]. Metal
püskürtmede esas prensip, özel olarak hazırlanmış metalik yüzeylere, ergitilmiş sıvı
metalin basınçlı gazların kinetik hızı (itmesi) ile püskürtülmesidir. Bunların günümüz
teknolojisinde kullanılan değişik usulleri olduğu gibi daha yeni usuller de denenmekte
ve kullanılmaktadır.
Püskürtmeyle şekillendirme, Osprey Metals şirketi tarafından ticarileştirildiğinden
genellikle bu üretim şeklinden Osprey prosesi olarak söz edilmektedir. Püskürtme
şekillendirme prosesi katılaşma esnasında hızlı soğutmanın metalurjik faydaları olan
düşük segregasyon, rafine edilmiş mikroyapılar, son kullanıma yakın şekilli mamul
üretimi ve maliyet avantajını bir araya getirir. Alaşım argon gazı altında indüksiyon
fırında ergitilir ve yüksek hızdaki azot gazıyla atomize edilir. Püskürtme şekillendirme
prosesinde sıvı damlacıkların katılaşmasına izin verilmez. Bir altlık üzerine hala ergiyik
halindeyken toplanırlar. Proses, diğer üretim yöntemleriyle üretilmeyen alaşımların,
metal matrisli kompozitlerin ve küçük yapısal parçaların yapımında araştırma ve gelişme
seviyesinde kullanılmıştır. Bu yöntemle geleneksel olarak yapılamayan alaşımların ve
ürünlerin üretimi mümkündür. Paslanmaz çelik, süper alaşımlar, dökme demirler, takım
2
çelikleri, alüminyum alaşımları ve bakır alaşımlarının boru ve billet şeklinde üretimi için
proses fabrikasyon ölçeğinde uygulanmıştır. Alaşım gelişimi açısından ingot
metalurjisiyle kıyaslama yapılırsa püskürtmeyle şekillendirme mekanik özelliklerde
iyileşmeyle sonuçlanmıştır.
PŞ ile üretilen birçok ürünün özellikleri T/M işlemi ile üretilen ürünlerle benzerlik
gösterir. Püskürtme şekillendirme sıcak dövme veya haddeleme işlemi için malzeme
ingotları veya basit şekilli bileşenlerin üretimi için kullanılan üretim teknolojisidir. PŞ
değişkenleri, üretilecek olan malzemelerin tane boyutu ve gözenek miktarına,
dolayısıyla mekanik özelliklerine etki etmektedir. PŞ parçalar, üretim parametrelerine
bağlı olarak %3 ile %15 arasında gözenek içerir [4].
Bu çalışmada, tasarımları ve imalatları daha önceden yapılmış olan yakından eşlemeli
nozullar kullanılarak gaz atomizasyon ünitesinde, alüminyum tozu kullanılarak silindir
üzerinde homojen bir kaplama tabakası oluşturulmuştur ve gözenekliliğin mekanik
özellikleri doğrudan etkilemesi nedeniyle parametrelerin buna etkileri araştırılmıştır.
Çalışmanın gerçekleştirilmesi için kendi ekseni etrafında dönen bir silindir atomizasyon
doğrultusuna dik olarak yerleştirilmiştir. Bu amaçla ünite üzerinde bulunan gözetleme
deliklerinden biri kullanılarak motorla tahrik edilen bir silindir çubuk ünite içine
yerleştirilmiş ve PŞ ile kaplama sırasında değişken hızlarda dönebilmesi sağlanmıştır.
Deneyler
sırasında ünitede bulunan nozullar
yardımıyla alüminyum tozunun
atomizasyonu yapılmış ve atomize edilen tozların henüz sıvı iken, söz konusu dönen
silindire tutunması sağlanmaya çalışılmıştır. Böylece silindirin yüzeyinde tozlardan
oluşan bir tabaka meydana gelmesi amaçlanmıştır. Bu tutunmaların toz-toz ya da tozsilindir arasındaki bağ mukavemetleri test edilmiş ve bu mukavemeti belirleyen
parametreler değiştirilerek etkileri ortaya çıkarılmıştır.
Yapılan bu kaplamalardan orta ve kenar kısımlardan numune alınarak gözeneklilik,
taneler arası bağlantı, tane büyüklüğü ve tane şekli optik mikroskop altında
araştırılmıştır.
3
Çalışma için gerekli olan önemli ekipmanlardan Gazi Üniversitesi Mühendislik
Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü Prof. Dr. Süleyman Sarıtaş Toz Metalurjisi
Laboratuvarında Gaz Atomizayon Ünitesi ile optik mikroskop ve numune hazırlama
cihazları kullanılmıştır.
4
2. TOZ METALURJİSİ
Toz metalurjisi endüstriyel olarak kullanılan imal usullerinden olmakla birlikte en farklı
imalat yoludur. Toz metalurjisi, metalürjinin, metalik toz veya bu tozların şekillendirilip
sinterlenmesiyle yapılan ürünlerin imalatı ile ilgili bir bölümüdür [5].
Toz metalürjisi çok küçük partikülleri birbirine bağlayarak parça haline getirme
işlemidir. Daha geniş bir ifade ile toz metalürjisi, toz şeklindeki malzemelerin
preslenmesini takiben yüksek sıcaklıkta sinterlenmesi ile parça imalatını kapsamaktadır.
İnce partikül şeklindeki saf metaller, alaşımlar, karbon, seramik ve plastik malzemeler
birbirleriyle karıştırılarak basınç altında şekillendirilirler. Daha sonra bu parçalar ana
bileşenin ergime sıcaklığının altında bir sıcaklıkta sinterlenerek partiküllerinin temas
yüzeyleri arasında kuvvetli bir bağ oluşturulur ve böylece istenilen özellikler elde edilir.
Toz metalürjisi küçük, karmaşık ve boyutsal hassasiyeti yüksek parçaların seri imalatına
son derece uygundur. Malzeme kaybı çok azdır, belirli bir gözenek (porozite) ve
geçirgenlik elde edilir. Bu yüzden kullanım alanları çok geniştir.
Metal tozlarının boyutları mikron mertebesindedir. Presleme işlemi oda sıcaklığında ve
bazen de yüksek sıcaklıklarda yapılır. Toz metalurjisi ile üretilen parçaların büyük bir
kısmında elde edilen boyutsal hassasiyet ve yüzey kalitesi talaşlı işlem gibi ekstra
operasyonlara olan gereksinimi ortadan kaldırmaktadır [6].
Geniş uygulama bulan seçeneklerden bir tanesi, kompozit oluşturmak amacı ile birbiri
içerisinde çözünmeyen tozları çeşitli oranlarda karıştırmaktır. Fazların boyut, şekil ve
miktarları bakımından mikroyapıyı kontrol ederek, bu malzemelerde özelliklerin
isteklere göre sağlanması başarılır. İlave olarak toz metalurjisi yöntemi yağlama, süzme
ve enerji dağıtımında faydalanılan gözenekli yapı üretimine de izin verir. Bu ürünlerin
imalinde rekabet edebilecek başka bir teknoloji de genellikle yoktur [7].
5
2.1. Kısa Tarihçesi
Seramikler, minaeraller, un, tuz, şeker ve tahılların hepsi tozdur. Parçacık sistemlerinin
pek çoğu eski tarihli kaynaklı olmasına rağman teknik ürünler için tozların
değerlendirilip kullanılması ancak yirminci yüzyılın ikinci yarısından itibaren
gerçekleşmiştir. Seramik terimi Yunanca’da “keramos” kelimesinden kaynaklamaktadır
ve kil esaslı sinterlenmiş çömlek anlamına gelmektedir. Tarihin eski dönemlerinde
seramik eşyalara pişirilerek mukavemet kazandırılmıştır; hala tuğlalar, beyaz seramik
gereçler ve sağlık gereçleri için uygulanmaktadır. Tozlardan metal parçaların elde
edilmesi Inkalar tarafından mücevher üretimine uygulanmıştır. Mısırlıların demir
tozlarını kullanmaları ise milattan önce 3000’li yıllara kadar uzanmaktadır (Çizelge 2.1).
Diğer bir eski tarihi örnek ise Hindistan’daki 6,5 tonluk Delhi sütunudur, milattan sonra
375 ile 414 yılları arasında indirgenmiş demir tozlarından yapılmıştır. 1800’lü yıllarda
tozlar, platinden laboratuvar gereçleri yapımında kullanılmıştır. Yaklaşık ayni tarihlerde
madeni paralar presleme ve sinterleme ile bakır, gümüş ve kurşun tozlarından
üretilmiştir.
Tozların kullanımında en önemli dönüm noktalarından biri, Edison için, tugsten tozları
kullanarak dayanıklı lamba flamanı geliştiren Coolidge’e atfedilmektedir. Hemen
ardından 1930’lu yıllarda sert metaller (WC-Co), gözenekli yataklar, elektrik temas
elemanları geliştirilmiştir. 1940’lı yıllara kadar toz teknikleri yeni sert metaller,
izolatörler, çelik üretim refrakterleri, demir içeren yapısal alaşımlar ve refrakter
metallerin üretimini içermişlerdir. Bu çalışmaların çoğu savaşa hazırlık çabaları
dolayısıyla hız kazanmıştır [7].
2.2.
Toz Metalurji Avantajları ve Dezavantajları
T/M küçük, karmaşık ve boyutsal hassasiyeti yüksek parçaların seri imalatına son derece
uygundur. Belirli derecede gözenek (porozite) ve geçirgenlik elde edilir. T/M ile
üretilen parçaların büyük bir kısmında elde edilen boyutsal hassasiyet ve yüzey kalitesi
talaşlı işlem gibi ekstra operasyonlara olan gereksinimleri ortadan kaldırması ve
6
Çizelge 2.1. Toz metalurjisinin tarihi gelişimi
Tarih
M.Ö. 3000
M.S. 1200
1781
1790
1822
1826
1829
1859
1870
1878-1900
1915-1930
1900'ların
başı
1920'ler
1940'lar
1950 ve
1960'lar
1970'ler
1980'ler
Gelişme
Alet yapımında "sünger demir"
Menşey
Mısır,
Afrika,
Hindistan
Platin tanelerinin karbürlenmesi
Güney Afrika
247-248
arasında ergiyebilen platin arsenik Fransa, Almanya
alaşımları
Ticari bir şekilde platin-arsenik kimyasal Fransa
pataların yapımı
Katı ingot haline getirilen platin toz
Fransa
Ticari esaslı platin komplekslerinin yüksek Rusya
sıcaklıkta sinterlenmesi
Platin süngerden platin paket üretiminde İngiltere
Wollcston modelinin geliştirilmesi
Platin füzyon yöntemi
Avrupa
Metal tozlarından yapılan yatak malzemesi Avrupa
patenti
Akkor lamba filamentleri
ABD
Sinterlenmiş karbürler
ABD
Kompozit metaller, gözenekli metaller ve metalik ABD
filtreler
Kendinden yağlayıcı yataklar
ABD
Demir tozu teknolojisi
Merkezi Avrupa
Dövülmüş ve dağılım mukavemetli T/M parçaları ABD
Sıcak izostatik presleme, T/M takım delikleri ve ABD
süper plastik alaşımları
Hızlı katılaştırma ve enjeksiyon kalıplama tekniği ABD
malzeme kaybının çok az olması T/M yönteminin ekonomik bir üretim yöntemi
olduğunun göstergesidir [8].
Bazı metallerin ergime sıcaklıklarının çok yüksek olması ve bu sıcaklıklara
ulaşılamaması (tungsten, molibden gibi), bazı özelliklerin ancak T/M ile sağlanabilmesi
(kendinden yağlamalı yataklar gibi), süper alaşım ve sert metaller gibi önemli
malzemelerin bu yöntem ile üretilmesi toz metalurjisini zorunlu kılmıştır. Çoğu zaman
talaşlı imalat gerektirmemesi ve malzeme kullanım oranının %100’lere ulaşabilmesi
sayesinde hammadde kayıplarının en az düzeye indirilmesi, aynı parçadan çok sayıda
üretim gerektiğinde uygulanabilen en iyi yöntem olması, boyut ve şekil kontrolü en
7
önemli avantajlarındandır. Bunlarla birlikte toz metalurjisini cazip kılan, yüksek
hassasiyette, karmaşık şekilli ve yüksek kalitede parça üretiminin mümkün olmasıdır
[8,9,10].
Toz metalurjisi yöntemiyle üretilen malzemeler, büyük çogunlugu otomotiv endüstrisi
olmak üzere birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Şekil 2.1’de toz metalurjisi
yöntemiyle üretilen malzemelerin kullanım alanları verilmiştir.
Şekil 2.1. Toz metalurjisi yöntemiyle üretilen malzemelerin kullanım alanları [3,9]
T/M yönteminin genel olarak avantajları aşağıda maddeler halinde verilmiştir:

Yüksek malzeme kullanım oranı, düşük malzeme kaybı.

Yüksek üretim hızları.

Düşük maliyet.

Düzgün yüzey, yakın tolerans değerlerinin elde edilmesi.

Karmaşık şekilli parçaların imalatı.

Yüksek ergime sıcaklığına sahip metallerin imalatı.

Yüksek yoğunluğa sahip parça üretimi.

Metal matriks kompozit ve metal alaşımları üretimi.

Üstün mikro yapısal özelliklere sahip parça üretimi.

Belirli derecede gözeneklilik ve geçirgenlik [8].
8
Bu avantajlarının yanında toz metalurjinin dezavantajları da vardır aşağıda maddeler
halinde verilmiştir:

İlk yatırım, yani takımlar, presler, sinter techizatı oldukça pahalıdır. Seri üretim
yapılmazsa amortisman değerleri yüksektir.

Metal tozlarının maliyeti ingot halinde üretilen malzemelerden daha yüksektir.

Mekanik ve fiziksel özellikler, bazı işlemler yapılmadıkça sınırlıdır.
2.3. Toz Metalurjisinde Temel Basamaklar
T/M ile parça üretiminde genel olarak iki yöntem vardır. Birincisi önce tozu üretip daha
sonra parça üretmek, ikincisi ise atomizasyon işlemi sırasında yığma yaparak parça
üretmektir. İlk yöntemde genel olarak beş aşama mevcuttur (Şekil 2.2) [8,9,11].
1. Toz hazırlama
2. Soğuk presleme
3. Sinterleme
4. Yağ emdirme ve kalibrasyon (gerekli hallerde)
5. Tam yoğunluk işlemleri
9
Şekil 2.2. Toz metal parçaların üretim aşamaları [8,9,11].
2.4. Toz Metalurjisinin Uygulama Alanları
T/M’nin uygulamaları oldukça geniştir. Tungsten lamba filamentleri, dişçilik, dişli
çarklar, yağlamasız yataklar, elektrik kontakları, nükleer güç yakıt elemanları, ortopedik
gereçler, ofis makinaları parçaları, yüksek sıcaklık filtreleri, uçak fren balataları, akü
elemanları ve jet motor parçaları metal tozlarından üretilen parçalara örnek olarak
verilebilir (Resim 2.1). Ayrıca, metal tozları boyalar, gözenekli betonlar, basılmış devre
levhaları, zenginleştirilmiş un, patlayıcılar, kaynak elektrotları, roket yakıtları, baskı
mürekkepleri, lehimleme aletleri ve katalizörlerin üretilmesinde de kullanılmaktadır.
T/M parçaların dünya genelindeki kullanım alanı Şekil 2.1'de verilmiştir. Bu pazarın
%75’i otomotiv endüstrisi tarafından kullanılmaktadır. Avrupa yapımı arabalar 7 kg,
Japon yapımı arabalar ise 5 kg T/M parçaya sahip olduğu halde, Amerikan arabaları 16
kg’dan daha fazla T/M parça içermektedir [12].
10
Resim 2.1.Toz metalurjisinin çeşitli uygulama alanları [11]
2.5. Toz Üretim Yöntemleri
Hemen hemen bütün malzemeler toz haline getirilebilir, fakat tozları üretmek için
seçilen metotlar malzeme özelliklerine bağlıdır. Mekanik, elektroliz, kimyasal indirgeme
ve atomizasyon dört ana toz üretim metodudur. Bu üretim metotlarına ilave olarak, bazı
seçilmiş malzemeler için özel toz üretim teknikleri de kullanılır. Endüstride kullanılan
tozların %60’dan fazlası atomizasyon yöntemi ile üretilmektedir [12]. Tozun geometrik
şekli üretim yöntemine bağlı olarak küreselden, dendritik formlara kadar çok farklı
olabilmektedir (Şekil 2.3). Aynı şekilde tozun yüzey durumu da yani düzgün veya
gözenekli olması da yine üretim yöntemine göre değişiklik göstermektedir [3].
2.5.1. Mekanik yöntemler
Mekanik yöntemler talaşlı üretim, öğütme ve mekanik alaşımlama olmak üzere üç
grupta incelenebilir.
11
Şekil 2.3. Toz morfolojileri (şematik) [3]
Talaşlı üretim yöntemi
Haddelenmiş malzemelerin talaşlı imalatında kesme ile düzensiz şekilli iri tozlar elde
edilir. Metal işleme tekniklerinde ortaya çıkan çok miktarda talaş hurdası metal tozu için
büyük bir kaynaktır. Bu hurdalar kimyasal tekniklerle temizlenir ve boyut küçültmek
için öğütülürler. Aslında öğütme ile parçacık boyutunu veya şeklini değiştirmek
yaygındır.
Talaşlı imalat, kütüklerin parçalanmasında kolay bir tekniktir. Bu sebeple küçük ölçekli
toz üretimi için kullanışlıdır. Hava ve işleme sıvılarından kaynaklanan kimyasal
kirlilikleri de içeren toz özelliklerinin kontrolünün zayıflığı bu yöntemin olmusuz
tarafıdır. Talaşlı imalat toz üretimi için birinci seçenek değildir. Diğer taraftan verimsiz
ve
yavaştır.
Bununla
birlikte,
başka
işlemlerden
elde
edilen
hurdaların
değerlendirilmesinde uygundur. Talaşlı imalatla üretilen tozların kullanım alanı bazı
polimerler ve sert metallerdir [7].
12
Öğütme yöntemi
Bir metal tozu üretim tekniği olmakla birlikte, diğer tekniklerle üretilmiş tozların
kırılması için de kullanılan öğütme, en çok bilyalı değirmenlerde yapılmaktadır.
Kırılgan malzeme tozlarının üretiminin yapıldığı bu yöntemde, temel prensip
parçalanacak malzeme ile sert bir cisim arasında bir darbe meydana gelmesini
sağlamaktır.
Öğütülecek metal, içinde büyük çaplı sert ve aşınmaya karşı dayanıklı bilyaların
bulunduğu kaba, önceden kaba bir biçimde kırılmış olarak yerleştirilir. İri taneli
öğütülecek malzeme öğütücü kap içinde büyük çaplı, sert ve aşınmaya karşı dayanıklı
bilyalar ile birlikte döndürülerek veya titreştirilerek darbe etkisiyle çok küçük tozlara
bölünür (Şekil 2.4).
Şekil 2.4. Bilyalı öğütme (en basit cihaz)
Eğer öğütülen malzeme gevrek ise, bilyalarla çarpışmanın etkisiyle çok küçük tozlara
bölünür, yani öğütme ile gevrek malzemenin kırılması için gerekli darbe gerilmesi
malzemenin kusur yapısına ve çatlak ilerleme davranışına bağlıdır (Şekil 2.5).
13
Şekil 2.5. Öğütmede çarpışmanın etkisi [9].
Mekanik alaşımlama yöntemi
Bu yöntemde kuru ve katı haldeki tozların birbirlerine periyodik olarak kaynaklanmasını
ve tekrar bu kaynakların kırılmasını sağlayarak daha ince ve homojen bir mikroyapıya
sahip yüksek dayanımlı kompozit malzemelerin üretilmesinde kullanılır [8,13].
Bu yöntemin uygulamaları günümüzde genellikle bakır ve alüminyum alaşımları ile
termoelektrik uygulamalar için gerekli olan malzemeleri kapsamaktadır [14]. Mekanik
alaşımlama yönteminde tozlar kapalı bir kap içerisine konulur ve tahrik mili döndürülür
(Şekil 2.6). Tozlar, mil üzerindeki kanatlar ve bilyalar yardımı ile deforme edilir ve bu
tozlarda kırılma ve soğuk kaynaklanmalar meydana gelir [8].
Şekil 2.6. Mekanik alaşımlama yöntemi [8]
14
2.5.2. Atomizasyon yöntemleri
Atomizasyondaki temel ilke, bir potanın dibindeki delikten akmakta olan ergimiş sıvı
metal üzerine yüksek basınçlı gaz veya sıvı püskürtülerek metalin toz haline
getirilmesidir. Bu işlemle hem metal hem de alaşım tozu elde edilebilir [11].
Atomizasyon yöntemi üç ana bölümden oluşur:
1. Ergitme
2. Atomizasyon
3. Katılaşma ve soğuma [15].
Genelde bu toz üretim metodu ergitilebilen tüm malzemeler için uygulanabilir ve ticari
olarak demir, takım çelikleri, alaşımlı çelikler, bakır, pirinç, bronz, alüminyum, kalay,
kurşun, çinko ve kadmiyum tozlarının üretilmesinde kullanılır. Krom içeren alaşımlar
gibi kolayca oksitlenen metallerde atomizasyon argon gibi asal gazlar yardımıyla
gerçekleştirilir [1]. Diğer toz üretim teknikleri arasında atomizasyon yöntemleri, metal
ve alaşım tozlarının üretiminde en çok tercih edilen yöntemdir. Atomize tozlar diğer
üretim yöntemleri ile elde edilemeyecek özelliklere ve avantajlara sahiptir [16].
Atomizasyon yöntemleri:
1) Su Atomizasyonu,
2) Gaz atomizasyonu,
3) Vakum Atomizasyonu,
4) Döner Disk Atomizasyonu,
5) Ses ötesi Gaz Atomizasyonu.
15
Su atomizasyonu yöntemi
Endüstriyel manada düşük kurulum ve işletme giderleri nedeniyle atomizasyonla toz
üretim yönteminde su jeti sıvı atomizasyonu üretim miktarı açısından kullanılan en
yaygın toz üretim yöntemidir (Şekil 2.7) [3].
Sıvının ergiyik demetini parçalamada kullanılması yaygındır. Sıvılar, yağ ve su içerir.
1600 'den düşük sıcaklıklarda ergiyen az reaktif malzemeler için suyun kullanımı çok
yaygındır. Yüksek basınçlı su jetleri ergiyik demetine yönlendirilerek onun
parçalanmasını ve hızlı katılaşmasını sağlar. Bu yöntem gaz atomizasyonuna benzer,
ancak parçacıklar daha hızlı soğur ve atomizasyon sıvısı çok daha yüksek verimle hızı
küçük tozlara aktarır. Tipik kütlesel debi oranı yaklaşık 5'tir (bir kg toz için 5 kg su).
Su atomizasyonu işleminde ana kontrol değişkeni basınçtır. Daha yüksek su basıncı daha
yüksek su hızı ve daha küçük parçacık boyutu meydana getirir. Su atomizasyon yöntemi
gaz yöntemine göre çok az sıkıştırılabilirliğe ve daha yüksek yoğunluğa sahip
olduğundan, ergiyik demeti ile su nozulu arasındaki mesafe çok önemli bir etken
değildir [7]. Su çok iyi bir soğutucu olduğundan, suyla atomizasyon tankları kısadır (1m
civarında) [8].
16
Şekil 2.7. Su atomizasyon birimi [1].
Gaz atomizasyonu yöntemi
Basınçlı gaz ile atomizasyon prensip olarak su atomizasyonu yöntemine benzer, ancak
burada akışkan olarak su yerine gaz kullanılır. Sistemin birbirine nozul ile irtibatlı düşey
olarak üst üste bulunan iki odası vardır (Şekil 2.8). Üstteki odada sıvı metal potası
bulunmakta, alttaki odada ise atomizasyon işlemi yapılmaktadır. Her iki oda da vakum
pompasına bağlantılı olup oksidasyonu engellemek için işlem vakum altında
yapılmaktadır. Basınçlı gaz tüpünden boru ile nozula ulaşan gaz potadaki sıvı metali
beraberinde sürükleyerek atomizasyon odasına pulverize ederek dağıtılır. Soğuyan metal
tozu bu odanın tabanındaki bir hazne içinde toplanır. Pulverize edilen metal tozlarının
birbirine yapışmaması, şekillerinin bozulmaması için atomizasyon odasının boyutları
dikkatli seçilmelidir [3,12].
Ancak gazlar iyi soğutucu olmadıklarından gazla atomizasyon tankları 6 m'den
uzundur. Gaz atomize tozlar küresel veya küresele yakın şekillidirler (Şekil 2.9). Bu
yöntemle üretilen tozların tane boyutu 20 – 300 mm arasındadır [8]. Asal gaz
kullanıldığı takdirde oksit oranı daha düşüktür [9].
17
Şekil 2.8. Gaz atomizasyon birimi.
Şekil 2.9. Küresel şekilli gaz atomize kalay tozlarının genel yüzey görüntüleri.
Bu başlık altında kısaca değindiğimiz bu yönteme ileride ayrıntılı biçimde yer
verilecektir.
18
Vakum atomizasyonu yöntemi
Vakum atomizasyonu yöntemi, basınçlı gaz altındaki sıvı metale ani olarak vakum
uygulanması sonucu gazın genleşmesi ve metalin atomize olmasıyla gerçekleştirilen bir
metottur. Bu yöntemde, Şekil 2.10'da görüldüğü gibi silindirik bir tankın alt kısmında
sıvı metal potası, üst kısmında da vakum atomizasyon odası bulunmaktadır. Vakum
altındaki sıvı metal önce belirli bir sıcaklığa kadar ile ısıtılır, bundan sonra bu bölüme
hidrojen gazı doldurulur. Potadaki sıvı metalde hidrojen gazı çözündükten sonra potayı
yukarı taşıyan mil potayı yukarı iterek seramik boruyu potaya daldırır. Üst kısımda
vakum olduğu için sıvı metal memeden geçerek parçalanır. Böylece metal ve
alaşımlarından ince küresel tozlar üretilir [3,8,9]
Şekil 2.10. Vakum atomizasyon yöntemi.
2.6. Alüminyum ve Alüminyum Tozunun Özellikleri
2.6.1. Alüminyum özellikleri
Alüminyum (Al) gümüş renkte sünek bir metaldir. Atom numarası ise 13’tür. Doğada
genellikle boksit cevheri halinde bulunur ve oksidasyona karşı üstün direnci ile tanınır.
Bu direncin temelinde pasivasyon özelliği yatar. Endüstrinin pek çok kolunda
milyonlarca farklı ürünün yapımında kullanılmakta olup dünya ekonomisi içinde çok
19
önemli bir yeri vardır. Alüminyumdan üretilmiş yapısal bileşenler uzay ve havacılık
sanayii için vazgeçilmezdir. Hafiflik ve yüksek dayanım özellikleri gerektiren
taşımacılık ve inşaat sanayiinde geniş kullanım alanı bulur [17].
Saf alüminyumun çekme dayanımı yaklaşık 49 MPa iken alaşımlandırıldığında bu değer
700 MPa'a kadar çıkabilir. Kolaylıkla dövülebilir, makinede işlenebilir ve dökülebilir.
Çok üstün korozyon özelliklerine sahip olması, üzerinde oluşan oksit tabakasının
koruyucu olmasındandır.
Alüminyum kolay soğuyup ısıyı emen bir metal olması nedeniyle soğutma sanayinde
geniş bir yer bulur. Bakırdan daha ucuz olması ve daha çok bulunması, işlenmesinin
kolay olması ve yumuşak olması nedeniyle bir çok sektörde kullanılan bir metaldir.
Alüminyum genel manada soğutucu yapımında, spot ışıklarda, mutfak gereçleri
yapımında, hafiflik esas olan araçların yapımında (uçak, bisiklet otomobil motorları,
motosikletler v.b) kullanılır. Bunun yanında sanayide önemli bir madde olan alüminyum
günlük hayatta her zaman karşımıza çıkan bir metaldir [18].
Çeşitli alüminyum alaşımlarının mukavemeti, normal yapı çeliğinin mukavemetine denk
veya daha yüksektir. Alüminyum elastik bir malzemedir. Bu nedenle ani darbelere karşı
dayanıklıdır. Ayrıca, dayanıklılığı düşük sıcaklıklarda azalmaz. (Çeliklerin, düşük
sıcaklıklarda ani darbelere karşı mukavemeti azalır).
Alüminyum, işlenmesi kolay bir metaldir. Öyle ki kalınlığı 0,01 mm’den daha ince olan
folyo veya tel haline getirilebilir. Alüminyum ısı ve elektriği bakır kadar iyi iletir.
Alüminyuma şekil vermek için döküm, dövme, haddeleme, presleme, ekstrüzyon, çekme
gibi tüm metotlar uygulanabilir [19].
Yoğunluğu 2,7
2494
olan alüminyumun ergime sıcaklığı 660 , kaynama sıcaklığı ise
’dir. Sıvı alüminyumun viskozitesi alüminyum oksit ve çözülmemiş yabancı
maddelerin kalıntıları gibi kirleticilerin küçük miktarlarının etkisiyle bile önemli ölçüde
20
artar. En saf numuneler üzerinde yapılan çalışmalar sonucu, sıvı alüminyumun
viskozitesi aşağıdaki şekilde ifade edilmiştir:
(2.1)
viskozite, P; T sıcaklık,
Burada;
’dir. Alüminyumum ergime noktasındaki
viskozitesi 0,012 P’dir. Alüminyum yüksek bir kimyasal aktiviteye sahip olmasına
rağmen, oksitleyici ortamların bir çoğunda mükemmel bir kararlılığa sahiptir [20,21].
Alüminyumun oksijene karşı olan aşırı ilgisi nedeniyle, yüzeyde havanın teması sonucu
ince fakat yoğun bir oksit tabakası (
sıcaklığında yaklaşık 25-30
) teşekkül eder. Oksit tabakası kalınlığı oda
’dur. Bu metali oksitlenmenin devam etmesine karşı korur
ve ona yüksek bir korozyon mukavemeti sağlar. Oksitin moleküler hacmi, oksitlenme
reaksiyonu sırasında tüketilen alüminyumun moleküler hacminden yaklaşık 1,3 kat daha
büyüktür. Bundan dolayı yüzey tabakası basınç gerilmesi altındadır [20,21].
2.6.2. Alüminyum tozu ve Alüminyum tozunun özellikleri
Alüminyum tozları ilk önce 1900'lü yılların başlarında pul ürünler olarak kullanılmıştır.
T/M teknikleriyle yüksek mukavemetli, alaşımlı alüminyum parçaların üretimi ise 20.
yüzyılın ortalarına rastlamaktadır. Günümüzde alüminyum tozu yıllık üretim
kapasitesinin yaklaşık 200.000 ton olduğu tahmin edilmektedir. Toplam üretimin %4045'i Kuzey Amerika’da, %30-35'i Avrupa’da gerçekleşmektedir. Bu kapasitenin
tamamına yakını gaz (hava) atomizasyonu ile üretilmektedir.
Alüminyum tozları, farklı uygulamalar için çok önemli olan üretim tekniğine bağlı
fiziksel ve metalurjik özelliklere sahiptir. Hava atomize alüminyum tozlarının ortalama
boyutu;
aluminotermik
kaynak,
çeliğin
deoksidasyonu,
metalurjik
indirgeme
patlayıcılar, boyalar ve mürekkepler gibi metalurjik uygulamalarda 50-150 m
civarındadır.
21
Alüminyum tozunun gerçek yoğunluğu ana metalin yoğunluğuna yakındır. Ancak
görünür yoğunluğu 0,8-1,3 g/
ve sarsılmış yoğunluğu 1,2-1,5 g/
olup, bu
değerler verilen aralıklarda boyut dağılımına bağlı olarak değişmektedir [20,21].
Alüminyumun oksijenle reaksiyona girmesi, toz yüzeyinde
tabakası oluşturur.
Alüminyum tozlarının yüzeyindeki bu ince oksit tabakası, tozların sinterlenmesinde
önemli bir etkiye sahiptir. Oksit miktarı, toz boyutuna bağlı olarak, ağırlıkça %0,1 ile
%1,0 arasında değişir. İnce tozlar, birim ağırlığa göre artan yüzey alanı sebebiyle,
ağırlıkça en yüksek oksit yüzdesine sahiptir. Alüminyum tozları üzerindeki oksit
tabakası kalınlığı, farklı atomizasyon şartlarında bile, göreceli olarak sabittir.
Alüminyum bu ince oksit tabakası sebebiyle havada kararlıdır. Bununla beraber, ince
bölünmüş alüminyum tozları kimyasal olarak reaktiftir. Saflığı yüksek alüminyum
tozları asitlere karşı dayanıklıdır, fakat nitrik ve hidroklorik asitlerin karışımında
çözünür [20,21].
Alüminyum tozlarının yüzeyi su tutucu (hygroscopic) olduğu için bu tozlar, fiziksel
olarak tutulmuş su ve su bağlı (hydrated) alüminyum oksit içerir. Atomizasyon şartları
değişse bile alüminyum tozlarının oksit tabakalarının kalınlığı hemen hemen sabittir.
Gaz sıcaklığının oda sıcaklığından 595
ye kadar değiştiği, hava, argon ve azot gazları
ile yapılan deneylerde oksit kalınlığı 5 0,5 nm (50 5 Å) olduğu ve bunun gazın
sıcaklığına ve kompozisyonuna bağlı olmadığı tesbit edilmiştir [22].
22
3. GAZ ATOMİZASYONU
Gaz atomizasyonu, 1920’li yıllardan bu yana demir dışı metallerden toz üretilmesinde
kullanılan bir yöntemdir [23]. Bu ilk teknolojide ergimiş metali parçalamak için tek
püskürtmeli nozul kullanılmaktaydı. İki akışkanlı atomizasyon üzerine ilk çalışmalar
kimyacılar tarafından çok değişik sıvıların atomize edilmek istenmesi amacıyla
başlamıştır. Kimyacıların bu çalışmalarının metal tozu üretiminde kullanılması, ikinci
dünya savaşı sonlarında hava atomizasyonu ile demir tozu üretimi için Mannesmann
metodunun
geliştirilmesiyle
gerçekleştirilmiştir.
Son
kırk
yılda
iki-akışkanlı
atomizasyon iyice olgunlaştı ve alüminyum, bakır, düşük alaşım çelikleri, süper
alaşımlar, kalay ve takım çeliklerinin tozları değişik uygulamalar için tonlarca
üretilmektedir. Son on yılda asal gaz atomizasyonu ile berilyum ve titanyum esaslı
alaşımların tozlarının üretilmesi gerçekleşmiştir.
Ergimiş metali hava, azot, argon veya helyum gazları kullanarak parçalamak suretiyle
toz elde etme işlemine gaz atomizasyonu denir. Sıvı metal akışkanı nozuldan çıkan
yüksek hızlı gazın genleşmesi suretiyle parçalanarak küçük tanelere ayrılır. Gaz
atomizasyonu; küresel yapılı yüksek yoğunlukta, iyi akıcılıkta ve yüksek kalitede olan
tozların üretilmesinde yaygın bir işlemdir. Aynı zamanda gaz atomizasyonu ile yüksek
saflıkta az oksijen içeren metal tozu üretimi mümkündür. Böyle tozların, püskürtme
kaplama, püskürtme bağlama, kimya endüstrisi, tıp teknolojisi gibi geniş bir kulanım
alanı vardır. Gaz atomizasyonu, süper alaşımlar ile yüksek alaşımlı metallerde de çok
başarılı sonuçlar vermektedir.
Bu yöntemde gaz cinsi, gaz basıncı, gaz ve sıvı metal akış debileri ile nozul geometrisi
gibi üretim parametreleri tozların fiziksel ve kimyasal özelliklerini etkilemektedir [24].
Yaygın bir toz üretim tekniği, metal tozlarının yaklaşık olarak %80'i bu yöntemle
üretilmektedir [25].
Gaz atomize tozların üstün özellikleri şunlardır [26]:
23

Kimyasal kompozisyon, boyut ve toz şekli kontrol edilebilir.

Üretim hızı yüksek

Alaşım tozu üretilebilir.

Tekrarlanabilir olduğu için güvenilirdir.
Bu üstün özellikler, gaz atomize tozların birçok uygulama ve üretim için tercih
edilmesine neden olur.
Gaz atomizasyonunda metal akış debisi en yüksek 120 kg/dk olup, bu miktar su
atomizasyonundan daha düşüktür. Asal gaz atomizasyonu ile üretilen yıllık toz miktarı
en az 40.000 ton olarak hesaplanmaktadır. Gaz atomizasyonunda hava veya N2, Ar, CO2
ve He gibi asal gazlar kullanılabilir. Oksijen miktarının az olmasının istendiği
durumlarda asal gazlar kullanılır [22].
3.1. Gaz Atomizasyon Üniteleri
Gaz atomizasyonu ünitelerinin tasarımları metal besleme mekanizması, ergitme ve
biriktirme bölümlerinin şekline göre değişmekle beraber, ana amaç sıvı metale enerji
vererek küçük tanecikler elde etmektir.
Gaz atomizasyonunda yatay ve düşey gaz atomizasyon birimi olmak üzere iki farklı
birim kullanılmaktadır. Yatay gaz atomizasyon birimleri düşük ergime sıcaklığına sahip
metallerin atomizasyonunda kullanılır (Şekil 3.1). nozuldan geçen yüksek hızdaki gaz,
vakum etkisi yapar ve ergiyik metal gaz genleşme bölgesine çekilir. Burada metal
demetinin püskürtülüp parçalanmasıyla elde edilen damlacıklar, toz toplama odasındaki
uçuşma sırasında soğur ve katılaşır. Birimin sonunda filtre mevcuttur ve bu filtre
sayesinde gaz tahliye edilirken; toz, toplama odasında tutulur [1,3,7,9].
24
Yatay gaz atomizasyon üniteleri çinko ve alüminyum için elli yılı aşkın bir süredir
kullanılmaktadır. Ancak bu tasarımda bir gaz israfı söz konusudur [9].
Şekil 3.1. Yatay gaz atomizasyon ünitesi
Yatay ünitede atomize edilmiş tozlar, düşey olarak atomize edilmişlere göre daha iridir
ve daha geniş aralıkta bir toz dağılımına sahiptir [3,9].
Yüksek ergime sıcaklığına sahip metallerin atomizasyonunda, içi asal gaz ile doldurulan
kapalı bir kuleye sahip, düşey gaz atomizasyon üniteleri kullanılır (Şekil 3.2) ve böylece
oksidasyon önlenir. Bu tip ünitelerde metal, indüksiyon fırını ile ergime sıcaklığının
üzerindeki bir sıcaklığa kadar ısıtılır ve ergiyik metal nozul içerisine akıtılır.
Atomizasyon kulesi damlacıkların kule çeperine çarpmadan katılaşmasına imkan
verecek şekilde olmalıdır. Kuleler paslanmaz çelikten imal edilirler. Atomizasyon
işleminde kullanılan gazın kule iç basıncını yükseltmesine engel olmak için bu gazın
kule dışına tahliyesi önemlidir. Bu amaçla siklon kullanılır. Siklon aynı zamanda ince
tozların tutulması amacıyla da kullanılır [1,3,7,9].
25
a)
b)
Sekil 3.2. Düşey gaz atomizasyon ünitesi: a) Üç boyutlu görünüm, b) Şematik görünü
Çelik tozu üretimi için İsviçre 'de yatay atomizasyon ünitesi geliştirilmiştir, (Şekil 3.3).
Bu ünitede endüksiyon fırını ile ergitilen sıvı metal düşey olarak atomizasyon odasına
akıtılır. Yatay olarak püskürtülen asal gaz sıvı metale çarparak onu parçalar. Bu tozlar
yatay olarak havada uçarken soğuyarak katılaşırlar. Bu ünitenin kullanılış amacı maliyeti
azaltmak içindir [27].
26
Şekil 3.3. Çelik tozu üretimi için geliştirilmiş yatay gaz atomizasyon ünitesi [27].
3.2. Gaz Atomizasyon Mekanizmaları
Atomizasyon mekanizmaları damlacık oluşumu yönünden tam olarak bilinmemektedir.
Bazı mekanizmalar geliştirilmiştir. Bununla birlikte, deneysel verilerin yetersizliği bu
teorilerin anlamlı bir şekilde karşılaştırılmasına ve değerlendirilmesine engel olmaktadır.
Fakat genel kabul gören iki değişik atomizasyon mekanizması vardır [27]. Dobrowski ve
John tarafından ileri sürülen mekanizmada, metal bir borudan (nozuldan) atmosfere
aniden çıkan sıvı demeti, sıvının ve onu çevreleyen gazın nozul tasarımına bağlı olarak,
silindir balon, yassı tabaka veya konik bir yüzey şeklini alabilir [5,28]. Bu damlacık
şekillenme mekanizmaları üç aşamadan meydana gelmektedir [3, 5, 9]:
1. Hızla artan genlikteki sinüs dalgasının başlaması,
2. Dalganın büyümesiyle çubuk (ligament) oluşması,
3. Çubuğun bölünmesiyle küresel damlacıkların oluşması.
Şekil 3.4'te tabaka üzerinde atomizasyon gaz dalgasının kritik bir genlik değerine
ulaşana kadar dalgaların büyüyüp ve sıvı haldeki metalin parçalanma işleminin çubuğa
benzer
şekilde
meydana
gelmesiyle,
küresel
damlacık
haline
dönüşmesi
27
gösterilmektedir. Ama bazen 2.aşamanın kısa oluşu sıvı metalden direkt damlacık
oluşumuna neden olabilir.
Şekil 3.4. Yassı tabakadan damlacık oluşumu [27,28].
Diğer bir atomizasyon mekanizması da See ve Johnston tarafından çalışılmıştır. Bu
çalışmada 3 ana işlem gerçekleşmektedir. Şekil 3.5'te bu 3 ana işlemi birincil bölüme,
ikincil bölüme ve üçüncül olarak gösterilmektedir.
Şekil 3.5. Gaz atomizasyonunda mevcut üç aşamanın şematik gösterimi, See modeli
[29].
28
I. aşamada, gaz nozulları ile yapılan atomizasyon işlemi esnasında dairesel olarak
konulmuş gaz nozullarının birbirlerini etkilemesi ile ters yönde basınç ortaya çıkar. Bu
ters yöndeki basınç, nozulların birleşme noktası üzerinde eriyik metalin boş koni şeklini
almasına neden olur. Burada eriyik haldeki sıvı metal yerçekimi kuvveti ile aşağıya
düşer ve gazın en yüksek hıza sahip olduğu alana geldiğinde, yüzeyde meydana gelen
gerilme kuvvetlerinin ortadan kalkması ile koni yatayda yayılma gösterir. Oluşan bu
yeni koni ortadan kalktıktan sonra tekrar bir koni oluşumu meydana gelir ve bu işlem
sürekliliğini sürdürür [5,27,29].
Bütün bu çalışmaların neticesinde, gaz atomizasyonu işleminin birkaç aşamada meydana
geldiği sonucuna varılabilir. Tüm çalışmalarda, ilk aşamada sıvı metalin tabaka haline
geldiği, ikinci aşamada tabakaların bölünerek daha küçük parçalar oluşturduğu ve son
aşama olarak da parçaların daha çok bölünerek damlacıklara dönüştüğü ve katılaştığı
ifade edilmektedir.
Geçiş bölgesinde tabaka
Tabakadan çubuk oluşumu
oluşumu
Şekil 3.6 Atomizasyon mekanizmasına ait bir görüntü [23].
3.3. Gaz Atomizasyonunda Üretim Değişkenleri
Gaz atomizasyonunda toz özelliklerini belirleyen çok sayıda üretim değişkeni
mevcuttur. Bu değişkenler, sıvı metal ile ilgili olanlar ve gaz sistemi ile ilgili olanlar
olarak iki gruba ayrılabilir.
Sıvı metal ile ilgili olan üretim değişkenleri; ergimiş metalin:
29
a ) sıcaklığı,
b ) viskozitesi,
c ) yüzey gerilmesi,
d ) akış debisidir.
Gaz sistemi ile ilgili üretim değişkenleri ise, gazın:
a ) cinsi,
b ) basıncı,
c ) debisi,
d ) hızı
e ) nozul geometrisidir.
3.3.1. Toz boyutu ve dağılımı
Toz boyutu, ortalama boyut ve toz boyutu dağılımı ile belirlenebilir [29]. Bunlardan en
yaygın olarak bilinen, boyut dağılımı grafiğindeki toplam yüzde eğrisinin %50’sine
karşılık gelen kütle ortalama çapıdır (d m veya d50). Ayrıca, Sauter ortalama çapı (dvs )
ve hacim ortalama çapı (d vm) da kullanılmaktadır.
Literatürde üretim değişkenlerinin toz özelliklerine etkisini araştırmak amacıyla çeşitli
çalışmalar yapılmıştır. Lubanska, hava atomize demir, çelik ve kalay üzerinde yaptığı
çalışmalar sonucu, ortalama toz boyutu (dm) için sistem ve malzeme değişkenlerine bağlı
olarak boyutsuz deneysel bir bağıntı geliştirmiştir [11, 22, 23, 29]:
(3.1)
Burada,
: Kütlesel ortalama toz çapı (
)
30
D
: Sıvı metal demeti çapı (
)
: Gazın kinematik vizkozitesi (m²/s)
: Sıvı metalin kinematik vizkozitesi (m²/s);
M/A : Metal gaz debisi oranı
We
: Weber sayısı
K
: Sabit katsayı (40 ile 50 arası)
Şekil 3.7’de Lubanska denkleminin, bazı hava atomize tozlarının deneysel verileriyle
karşılaştırılması gösterilmiştir. Ancak Mehrotra [31], bakır, alüminyum ve balmumu
üzerinde yapılmış daha sonraki çalışmalarla bu denklem arasında uyuma vurgu yaptıktan
sonra, kendilerinin farklı açılara sahip nozullarla ve farklı metal debileriyle ürettikleri
kalay, kurşun ve kurşun-kalay tozlarının deneysel verileriyle Lubanska denkleminin
uyuşmadığını bildirmiştir.
Şekil 3.7. Hava atomizasyonu için Lubanska bağıntısı [9,22].
31
Benzer şekilde Ünal [32], Lubanska bağıntısından hesapladığı ortalama boyut değerinin,
deneysel yolla elde ettiği değerden magnezyum tozu için çok yüksek, çinko için ise çok
düşük olduğunu tespit etmiştir.
Atomizasyon gaz basıncı ve aşırı ısıtmanın ve sonuçta daha düşük viskoziteye sahip
olması sağlar. Bu yöndeki değişimler dağılım eğrisini toz tane büyüklüğü dağılımı
üzerine olan etkileri Şekil 3.8’de görülmektedir. Bu veriler gaz basıncının artışının
'yi
küçültmekle birlikte tozların standart sapmasını da küçülttüğünü göstermektedir. Sıvı
metalda 150°C'ye kadar yapılan aşırı ısıtmalar toz boyutunun küçülmesinde etkin iken,
yapılacak daha fazla ısıtmanın önemli bir katkısı yoktur. Ayrıca, sıcaklık arttıkça
oksitlenme riski artar [25].
Şekil 3.8. Azot gazı hızının kalay ve kurşun tozunun büyüklüğüne etkisi [22].
Ortalama toz boyutunu etkileyen bir diğer parametre de gaz jetinin açısıdır. Bu açı nozul
geometrisine bağlı bir parametredir. Bu konu üzerine yapılan çalışmalar sonucunda, gaz
jetinin açısının küçülmesiyle ortalama toz boyutunun da küçüldüğü görülmüştür. Azot
ile atomize edilmiş kalay ve kurşun tozlarında 30º çarpma açısı, 60º çarpma açısına göre
daha küçük ortalama boyutlu toz üretilmiştir. Şekil 3.9’da kalay ve kurşun için gaz
hızının ve çarpma açısının ortalama toz boyutuna etkisi gösterilmiştir. Uslan'ın [33]
32
çalışmasında aynı metal/gaz debisi oranında laval tipi nozullarla, Mannesmann tipi
nozullara göre daha ince tozlar üretilmiştir.
Şekil 3.9. Azot gazı hızının ve çarpma açısının toz boyutuna etkisi (○,◊: Pb; ,Δ: Sn) [33].
Sıvı metal debisi, doğrudan üretim hızını kontrol ettiği için ekonomik olarak en önemli
değişkenlerdendir [32]. Toz boyutu, sıvı metal debisiyle doğru orantılıdır [25]. Bu
değişken, metal film kalınlığını ve gaz ile sıvı metal arasındaki ısı transferini etkiler.
Daha kalın metal filmi, birincil bölünme esnasında damlaların ortalama boyutunu daha
büyük yapar [9,11,22].
Diğer önemli üretim değişkeni de özgül gaz tüketimidir. Özgül gaz tüketimi, gaz/metal
kütle oranı veya gazın hacminin metalin kütlesine oranı olarak ifade edilir. Gaz/metal
kütlesel debi oranındaki artış, ortalama toz boyutunu küçültmektedir [11]. Şekil 3.10’da
farklı metal ve alaşımlardan alınan verilerin grafiği görülmektedir. Grafikte, gaz/metal
kütlesel debi oranındaki artış, ortalama toz boyutunu küçültmektedir. Doğru denklemi;
(3.2)
Burada; K sabit ve F ise m³/kg cinsinden özgül gaz tüketimidir. K’nın değeri nozul
tasarımı ve alaşım özelliklerine bağlı olarak değişir.
33
Şekil 3.10. Farklı metal ve alaşımlar için toz boyutunun özgül gaz tüketimine göre
değişimi [22, 26].
3.3.2. Toz şekli, yüzey morfolojisi ve mikroyapısı
Tozun şeklinin küresel veya karmaşık şekilli olmasını katılaşma süresi belirler. Küresel
şekilli toz elde etmek için, sıvı damlacığının küreselleşme süresinin (t küre), katılaşma
süresinden (tkatı) daha kısa olması gerekir. Eğer küreselleşme süresi uzun ise, karmaşık
şekle sahip tozlar oluşur. Tozun küresel veya karmaşık şekilli olması, tozların
paketlenmesini, akıcılığını ve sıkıştırılabilirliğini etkiyen bir parametredir.
Gaz atomize tozların yüzeyleri genellikle düzgündür. Daha ince detayda, gaz atomize
tozların yüzeyleri sıkça hücresel veya dendritik morfolojiye sahip olması damlacığın
soğuma şeklini yansıtır. Ünal [32], helyum gazını kullanarak alüminyum tozu elde
etmiştir. Bu tozlardan 30 μm’nin altındaki bütün tozların küresel şekilli, daha iri tozların
ise karmaşık şekle sahip olduğunu tespit etmiştir.
Atomizasyon sırasında küçük tozların kendisinden daha büyük tozlarla çarpışması
sonucu uydulaşmalar meydana gelir. Bu çarpışmalar; toz boyutu, boyut dağılımı ve toz
şekline etkisi sebebiyle önemlidir. Zhang vd. bir toz ne kadar küçük ise, o kadar büyük
soğuma hızına sahip olduğunu tespit etmişler [35].
34
Hızlı soğumayı gerçekleştirmek için iki şart sağlanmalıdır:
1. Katılaşan malzeme en az bir yönde küçük boyuta veya büyük bir yüzey/hacim
oranına sahip olmalıdır.
2. Dış ortamla olan ısı dengesi, katılaşan malzemeden ısının alınmasının çok kısa
bir zamanda gerçekleşmesine imkan vermelidir.
Gaz atomizasyonu bu iki şartı da sağladığından, metal ve alaşımları için yaygın olarak
kullanılır. Gaz atomize tozlarda mikroyapı genellikle dallantılıdır [9].
3.3.3. Tozların kimyasal bileşimi
Bir T/M parçasının mekanik ve kimyasal özellikleri büyük ölçüde toz yüzeylerinin
içeriğine bağlıdır. Gaz atomizasyonunda, soğuma süresince yüzey tepkimeleri oluşur ve
bileşenler, tozların yüzeyine yerleşir. Dolayısıyla, T/M parçasının mekanik özelliklerini
kontrol edebilmek için, yüzeydeki bu tepkime ürünlerinin içeriğini bilmek önemlidir
[36].
Atomizasyona özgü alaşımlarda toz temizliği esas ilgi odağıdır. Çoğunlukla bu alaşımlar
mukavemet, süneklik, tokluk ve yorulma dayanımının birlikte istendiği uygulamalarda
kullanılır. Tozlardaki metal olmayan içerikleri, özellikle metal oksitleri, sıkıştırılmış
tozların performansını sınırlar. Bu katışıklar ergime ve/veya gaz atomizasyon sırasında
oluşurlar; bunların oluşması ergitme potasında veya metalin akışı sırasında başlar.
Tozlardaki bu katışıklar gerilmenin yoğun olduğu yer olarak davranır ve yorulma
çatlaklarının başlamasına yol açarlar. Bu etkinin şiddeti katışıkların büyüklüğüne
bağlıdır ve havacılıkta motor parçaları uygulamalarında esas ilgi odağıdır. Tozlardaki
katışıkların büyüklüğünü azaltmak için süper alaşım tozu elenip belli bir büyüklükte
sınırlama getirilerek çözüm yoluna gidilir [22].
35
Çoğu atomizasyon tekniğinde (gaz atomizasyonu dahil) tozların oksitlenmesi
engellenemez [25]. Uygun ergitme teknolojisi kullanılarak gaz atomize tozlarda metalin
kimyasal bileşiminin hemen hemen aynısını elde etmek mümkündür. Bu sayede
alüminyum, bakır, demir, nikel, kobalt ve titanyum esaslı özel alaşımlar gazla atomize
edilerek aynı bileşimde tozlar elde edilir [9]. Oksit tabakası kalınlığı ESCA veya Auger
gibi kimyasal tekniklerle veya optik mikroskop yöntemi ile belirlenebilir [25].
3.4. Gaz Atomizasyonunda Kullanılan Nozul Tipleri
Gaz atomizasyonunda nozul, akışkanın hızını arttırırken basıncını düşüren geometrik
yapıdır. Nozul, atomizasyon ortamının akışını denetler ve onu istenen özelliklerdeki bir
tozu üretmek için sıvı metalle temas ettirip, sıvı metalin parçacıklara ayrılmasını sağlar
[37]. Nozul tipi, tozların boyutunu ve şeklini önemli derecede etkiler. Nozullar gaz
jetinin çıkış şekline göre ikiye ayrılır, birincisi dairesel yarıklı nozul tipi ikincisi dairesel
delikli nozul tipidir (Şekil 3.11).
Şekil 3.11. Nozul gaz jeti tipleri [35].
Ayrıca nozullar, sıvı metalin gaz jetiyle buluşma noktasına göre de; a) serbest düşmeli b)
yakından eşlemeli olmak üzere iki grupta toplanmaktadır [3,32].
36
3.4.1. Serbest düşmeli nozul sistemi
Serbest düşmeli nozul sistemlerinde sıvı metal, gaz jeti ile temas edinceye kadar serbest
olarak akar (Şekil 3.12). Sıvı metal, yerçekimi etkisinde belli bir süre aktıktan sonra gaz
jeti ile tepkimeye girer. Yakından eşlemeli sistemlerde, sıvı metal nozul gaz çıkış
bölgesine seramik bir akış borusu ile gönderilir [5].
Şekil 3.12. Serbest düşmeli nozul sistemi [34].
Serbest düşmeli nozul ile 5-20 μm aralığında toz üretmek çok aşırı pahalı ve ekonomik
olmayan bir yöntem olduğundan pek çok toz üreticisi bu yöntemi tercih etmemiştir.
Çünkü sıvı metali çok ince taneciklere ayırmak için gerekli momentumun, gazdan sıvı
metale aktarılmasıyla ilgili problemler mevcuttur. Aşırı gaz hızları ve çok büyük çarpma
açıları ise karasızlıklara yol açar [22].
Yakından eşlemeli nozullarda gaz ile sıvı metalin, akış borusunun hemen uç kısmında
kesişmeleri, aşırı gaz hızları ile büyük çarpma açılarının sebep olduğu kararsızlıkları
ortadan kaldırmaktadır.
37
3.4.2. Yakından eşlemeli nozul sistemi
Yakından eşlemeli sistemlerde, sıvı metal nozul gaz çıkış bölgesine seramik bir akış
borusu ile gönderilir. Yakından eşlemeli sistemlerde daha iyi enerji aktarımı
gerçekleştiği için atomizasyon verimleri yüksektir.
Şekil 3.13. Yakından eşlemeli nozul sistemi [34].
Yakından eşlemeli sistemler yüksek verimde çalışmalarına rağmen bazı zorluklara
sahiptir. Bunlardan en önemlisi metal akış borusu ucunda oluşan basınçtır. Bu basınç
negatif veya pozitif olabilir. Yüksek atomizasyon basınçlarında, sıvı metal akışının
kararlılığı, nozul ve metal akış borusunun boru ucunda negatif basınç oluşturacak
geometride tasarlanmasıyla kontrol edilebilir. Yakından eşlemeli sistemlerde yaşanan
sorunlardan bir diğeri ise yüksek atomizasyon basınçlarında sıvı metalin metal akış
borusu içerisinde katılaşması sorunudur. Sıvı metalin katılaşması sonucu atomizasyon
işlemi sona erer. Bu yüzden metal ergime sıcaklığının 100-150°C üzerinde ısıtılır. Aşırı
ısıtılmış metal atomizasyon bölgesine girmeden önce seramik akış borusunun içinden
geçer. Sıvı metalin seramik akış borusu içerisinde katılaşmasını önlemek için seramik
boru direnç telleri ile ısıtılır. Bu sistemlerde serbest düşme sistemlerine göre daha kolay
bölünme gerçekleşir ve daha ince boyutlarda, sıkıştırılma kapasitesi ve akıcılığı yüksek
küresel tozlar üretilir. Yakından eşlemeli sistemlerde gaz dolaşım bölgesi ve bu bölgenin
atomizasyona olan etkisinin araştırılması yeni bir araştırma konusu olmuştur. Metal
tozlarının boyutlarının düşmesi ile birlikte mekanik özelliklerinin artıyor olması gerçeği,
38
yapılan araştırmaları yakından eşlemeli sistemlerin gaz akış modellerinin incelenmesi
yönüne kaydırmıştır. Gaz akış dinamiği konularında yapılan araştırmalar sonucu daha
ince toz boyut dağılımına sahip tozlar üretilmiş ve atomizasyon işleminin verimi
artırılmıştır [3,23].
3.4.3. Gaz atomizasyonunda nozul geometrisi
Atomizasyon işleminde nozul geometrisi oldukça önemli bir yere sahiptir. Nozul, toz
üretim ünitesine monte edildikten sonra geometrisinde herhangi bir değişiklik
oluşmadığı için atomizasyon ünitesinin sabit parçalarından bir tanesidir. Bu yüzden
atomizasyon işlemi gaz basıncı, gaz tipi, sıvı metal akış oranı, akış borusunun çıkıntı
mesafesi ve sıvı metalin aşırı ısıtılması gibi işlem parametrelerinin optimizasyonu ile
gerçekleştirilir. Buna rağmen bazı parametrelerdeki değişim oldukça sınırlıdır. Örneğin
helyum gazının kullanımı ortalama toz boyutunu düşürür fakat azot gazının kullanımı
ekonomiktir. Nozul tipleri ile ilgili teknik bilgilerin bilimsel bir sır olarak
saklanmasından dolayı nozul tipleri genel olarak sınıflandırılamamaktadır [5, 23]. Az
sayıda yayınlanmış bilgilere göre nozullar geometrilerine göre ikiye ayrılırlar (Şekil
3.14.) :
1. Süpersonik Nozullar (daralan-genişleyen geometrili)
2.
Sonik Nozullar (daralan geometrili)
Şekil 3.14. Nozul geometrisi a) Sonik geometrili (Mannesmann), b) Süpersonik
geometrili (Laval) [11].
39
Gaz atomizasyonunda, gaz jetinin hızının ses hızının üstünde veya altında olmasına
bağlı olarak akış özellikleri de değişir. Bu değerlendirme Mach sayısının değerine göre
yapılır. Mach sayısı, akışkan hızının ses hızına oranıdır ve şu şekilde ifade edilir:
(3.3)
Mach sayısının (M) “1” olduğu nokta (V=c (durgun akış)) önemlidir ve bu nokta sonik
hız olarak isimlendirilir. Mach sayısı 1’in altında ise ses altı akış (V<c), Mach sayısı 1’in
üstünde ise (V>c) ses üstü akış olarak nitelendirilir. Ses altı hızlar için akış yönünde
kesit alanı azalmaktadır. M=1 durumunda ise, en düşük kesit alanı elde edilir. Ses üstü
hızda azalan basınçla akış yönünde kesit alanı artmaktadır [11].
Şekil 3.15’te Laval nozulunda Mach sayısının ve basıncın nozul boyunca değişimi
gösterilmiştir. Buradan ses üstü hızlar için M>1, dolayısıyla P/PO < 0,528 olması
gerektiği görülmektedir [5].
Şekil 3.15. De Laval nozulunda akış [5].
40
Şekil 3.16’da verilen, kesit alan oranı ile Mach sayısı arasındaki ilişki, A/A*>1 için
“M”’nin ses altı ve ses üstü olmak üzere iki değeri olduğunu göstermektedir. Bunlardan
biri, nozulun daralan kısmındaki “M” değeri, diğeri ise aynı kesit alan oranına
genişleyen kısımda karşılık gelen noktaya ait M değeridir (Şekil 3.15).
Şekil 3.16. Kesit alan oranı ile Mach sayısı arasındaki ilişki [11].
Allimant, v.d.’nin çalışmasında sıvı metal atomizasyonunda De-Laval nozulu kullanarak
küçük boyutlu tozların üretimine çalışmışlardır. Gaz dinamiği, nozul geometrisi ile ilgili
modelleme çalışmaları, işleme parametrelerinin etkilerinin daha iyi anlaşılmasına yol
açmaktadır [37].
Gazi Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü T/M Laboratuvarı’nda geliştirilen Gazi
Atomizasyon Ünitesi’nde serbest düşmeli sisteme göre tasarlanıp imal edilen
“Mannesmann” ve “De Laval” tipi nozullar kullanılarak yapılan çalışmalarda ise nozul
parametrelerinin alüminyum tozu üzerine etkileri deneysel olarak incelenmiştir.
Atomizasyon gazı olarak, 1,0 - 4,0 MPa arası basınçlarda hava ve azot kullanılmıştır.
41
Farklı sıvı metal debileri (0,417 kg/dk ve 0,833 kg/dk), farklı nozul çıkış açıları (15 º ve
30º) ve farklı nozul gaz çıkış alanları (10, 15 ve 30 mm2) kullanılarak birçok deney
yapılmıştır. Elde edilen tozlar 290 μm’lik (50 meş) elekle elenerek kaba tozlar ince
tozlardan ayrılmış ve bu tozların toz boyutu analizleri yapılmıştır. Bu çalışmaya göre
çeşitli parametrelerin toz boyutuna etkileri aşağıdaki grafiklerde gösterilmektedir [21].
Şekil 3.17. Gaz çıkış alanının toz boyutuna etkisi ( Gaz basıncı 1,0 MPa, d = 3 mm,
nozul açısı 15º) [21].
Şekil 3.18. Nozul gaz çıkış açısının toz boyutuna etkisi ( d =3 mm, gaz çıkış alanı
15
) [21].
42
Şekil 3.19. Gaz cinsi ve basıncının toz boyutuna etkisi ( d =3 mm, gaz çıkış alanı
15
, nozul açısı 15 º ) [21].
3.4.4. Nozul tasarımında temel parametreler
Nozul tasarımında temel basamaklardan birisi M =1 olacak şekilde boğaz kısmını
boyutlandırmaktır. Mach sayısının “1” olduğu kesit boğaz olarak adlandırılan en dar
kısımdır. Boğaz alanı, verilen bir debi için durgunluk şartları ( Po, To, qo ) ve akışkan
özelliklerine göre belirlenir. Bir ideal gazın izentropik akışında Mach sayısına ve
durgunluk koşullarına bağlı olarak aşağıdaki denklemler yazılır:
(3.4)
(3.5)
3.6)
Bu denklemler gerektiğinde izentropik olmayan akışlarda Mach sayısına göre gerçek
durgunluk değerlerinin belirlenmesinde kullanılır [39]. Boğaz boyutlandırıldıktan sonra
nozul tasarımında önemli bir nokta da kesit alan oranlarının belirlenmesidir. A*, boğaz
alanını temsil etmek üzere kesit alan oranları için
43
(3.7)
bağıntısı yazılır. Bu bağıntı kullanılarak çıkış basıncı ve Mach sayısı tayin edilir.
Tasarım esnasında çıkış basıncı yaklaşık olarak atmosfer basıncına eşit alınır. Durgunluk
şartları, çıkış basıncı ve debisi için farklı akış geometrisine sahip, çok sayıda tasarım
yapılabilir [9,11].
44
4. PÜSKÜRTME ŞEKİLLENDİRME
Püskürtme şekillendirme (PŞ) yöntemi ilk olarak Osprey Ltd. şirketi tarafından 1960’lı
yıllarda geliştirilmiştir. Günümüzde püskürtme şekillendirme yöntemi Dünya ve Avrupa
sanayilerinin kullandığı, ileri teknoloji ile malzeme üretme yöntemidir. Bu yöntemle
geleneksel olarak yapılamayan alaşımların ve ürünlerin üretimi mümkündür. PŞ ile
üretilen birçok ürünün özellikleri T/M işlemi ile üretilen ürünlerle benzerlik gösterir.
Püskürtme şekillendirme sıcak dövme veya haddeleme işlemi için malzeme ingotları
veya basit şekilli bileşenlerin üretimi için kullanılan üretim teknolojisidir.
Ergimiş alaşımın gaz atomizasyonu ile püskürtülmesi ve damlacıkların yüksek
yoğunluklu bir ürün oluşturmak için içerisinde toplandıkları bir altlığa yönlendirilmesi
aşamalarından oluşan tekniğe püskürtme şekillendirme adı verilir. Ürün püskürtüldüğü
haliyle veya geleneksel işleme operasyonlarından sonra kullanılabilir. Bu yöntemle,
geleneksel olarak yapılamayan alaşımların ve parçaların üretimi mümkündür. Üretilen
malzemeler çok küçük tane boyutlu, tam yoğunluğa yakın, üstün mekanik özellikli ve
hemen hemen sıfır segregasyonludur [3].
PŞ işlemi, parça üretmek için, atomizasyon ve birleştirme/pekiştirme olaylarının sırayla
gerçekleşmesi prensibine dayanır. İşlemin ana çekiciliklerinden biri yüksek malzeme
biriktirme oranıdır (0.2-2 kg/s) [11].
PŞ parçalar, üretim parametrelerine bağlı olarak %3 ile %15 arasında gözenek içerir. Bu
gözeneklerin kapatılmasında kullanılan tam yoğunluk işlemlerinden en önemlisi
ekstrüzyondur. Sıcak ekstrüzyon ile malzemeler %99 üzeri yoğunluklara çıkarılabilir.
45
4.1. Püskürtme Şekillendirme Prosesi
Püskürtme şekillendirme yöntemi gaz atomizasyonu yöntemi ile üretilen metal tozlarının
bir altlık üzerinde biriktirilmesi ile kütle oluşturulması işlemidir. Gaz jeti tarafından
damlacık halinde parçalanmış olan sıvı metal henüz katılaşmadan önüne yerleştirilmiş
olan altlıkta birikmeye başlar (Şekil 4.1). Damlacık altlığa çarpar iken yarı katı yarı sıvı
durumdadır. Çarpışma ile yayılarak geniş bir alanı kaplar. Takip eden çarpışmalarla
altlık üzerinde metal birikmesi meydana gelir. Altlık üzerinde katılaştırılarak üretilen bu
biriktirilmiş kütleye daha sonra ekstrüzyon, dövme veya haddeleme ile şekil verilebilir.
Altlığın döndürülmesi veya hareket ettirilmesi ile değişik geometrilerde birikme elde
edilebilir. Birikmiş metal kütlesi bu hali ile kullanılabileceği gibi çeşitli plastik
deformasyon teknikleri ile ilave olarak işlenerek de kullanılabilir.
Püskürtme döküm prosesinde dört ana ünite mevcuttur:
1. Ergitme ünitesi
2. Atomizasyon cihazı
3. Atomize edici kaynak
4. PŞ biriktirme ünitesi
46
Şekil 4.1. Püskürtme Şekillendirme prosesi
Püskürtme şekillendirme ünitesi, aslında bir gaz atomizasyonu yöntemi ile metal tozu
üretimi ünitesinden oluşmaktadır. Bütün püskürtme şekillendirme uygulamalarının
prensibi, sıvı metal veya alaşımlarının bir gaz yardımıyla atomize edilmesine dayanır.
Atomize olmuş sıvı metal damlacıkları soğutucu bir yüzey üzerine yönelirler ve bu
yüzeye çarparlar. Çarpmanın etkisiyle yassılaşır ve küçük diskler şeklinde üst üste
gelerek katılaşırlar. Damlacık boyutları ve hızı değişmekle beraber, tipik olarak ortalama
damlacık boyutu 150 μm ve ortalama damlacık hızı 15 m/s’dir.
Damlacıkların hızlı bir şekilde katılaşması için biriktirme işleminin yapıldığı diskin
yüzey sıcaklığı, biriktirilen metal veya alaşımın katılaşma sıcaklığından düşük olmalıdır.
Eğer damlacık demeti, yollarına yerleştirilmiş dönmekte olan bir milin yüzeyine
çarparsa onu kaplamaya başlar. Mil aynı zamanda döndüğünden, katılaşan damlacıklarla
elde edilen kaplama çevresel olarak eşit kalınlıkta oluşur. Böylece çeşitli kalınlıklarda
borular, kütükler, şeritler ve plakalar üretmek mümkündür. Mil yatay olarak
47
yerleştirilebileceği gibi, dikey veya açılı olarak yerleştirilip yavaş yavaş aşağı doğru
çekilebilir. Şekil 4.2.a’da PŞ yöntemi gösterilmektedir. Bazı PŞ uygulamalarında birden
fazla nozul kullanılabilir (Şekil 4.2.b). Biriktirme yapılan diskin yüzeyi ince bir oksit
veya seramik filmiyle kaplanabilir. Bu sırada yüzeye çarpan damlacıkların yüzeye
tutunması için diskin yeterli pürüzlülükte olması gerekir. Diğer taraftan yüzey
pürüzlülüğü, biriktirilen metalin ve diskin kalıcı birleşme ile mekanik bir kilitlenme
oluşturacak kadar fazla olmamalıdır. İri ve homojen bir kütle elde edilmiş ise, disk
üzerinden alınıp sıcak veya soğuk dövme yapılarak püskürtme şekillendirme ürünü
olarak imal edilebilir [3,4,11].
Şekil 4.2. a) PŞ metodu b) PŞ ile çok nozullu üretim
4.2. Püskürtme Şekillendirme Yönteminin Avantajları
Püskürtme şekillendirme yönteminin iki önemli avantajı vardır. Bunlardan birincisi
eriyikten direk olarak tek bir operasyonla net şekillendirilmiş ürün elde etme imkanıdır.
Net şekillendirilmiş ürün elde etmenin faydaları şu şekilde sıralanabilir:
• Üretim zamanının kısalması
• Enerji tüketiminin azalması
• Parça performansının iyileştirilmesi
• Hurda maliyetinin azalması
48
PŞ yönteminin ikinci avantajı metalurjik ve mekanik özelliklerde önemli ölçüde
iyileşmenin sağlanmasıdır. PŞ yöntemiyle üretilmiş ürünler ince taneli, şekil ve
boyutlarda çok hassas tolerans sağlanması, mikroyapıda uyum ve yüksek miktarda
üretim yapılabilmesi, alaşım elementleri makroskopik segregasyonundan arındırılmış ve
düşük oksit içeriklidir. PŞ yönteminin bir diğer avantajı kompozit malzeme üretimidir.
PŞ ile elde edilmiş kompozit malzemeler atomize edilen ergimiş metal püskürtülürken
aynı zamanda takviye elemanı sprey içine enjekte edilerek altlık üzerinde toplanma
yoluyla üretilirler. Bu tekniğin birçok alternatif kompozit üretim yöntemine göre
avantajları net şekillendirilmiş ürün elde edilmesi, önemli ölçüde fiyat kazancı,
azaltılmış
oksidasyon,
mikroyapısal
özelliklerin
inceltilmesi,
azaltılmış
makrosegregasyondur [40].
4.3. Püskürtme Şekillendirme Değişkenleri
Püskürtme şekillendirme işlemi gaz atomizasyonu işlemine dayandığından dolayı gaz
atomizasyonu değişkenleri bu işlemde doğrudan etkilidirler. Bu değişkenler aşağıdaki
gibi sıralanabilir:
- Sıvı metalin sıcaklığı
- Sıvı metalin akış oranı
- Gaz basıncı
- Püskürtme hareketi
- Püskürtme yüksekliği (nozul ve plaka arasındaki mesafe).
- Plakanın hareketi (dönüş hızı, geri çekilme hızı, eğim açısı).
Gaz atomizasyonu değişkenleri kontrol edilerek istenilen boyutta sıvı damlacıklardan
oluşan bir “spray” elde etmek mümkündür. Bunlara sıvı metal akış memesi çapı,
atomizasyon ünitesi boyutları ve düşen biriktirme plakası veya mil malzemesi gibi
değişkenler de ilave dilebilir. Gaz debisinin metal debisine oranı olan özgül gaz tüketimi
ise bir başka anahtar değişkendir [3,4].
49
4.4. Püskürtme şekillendirmenin modellenmesi
Püskürtme şekillendirmeyi mikroyapı ve ürün özelliklerine göre eniyileme yapmak için
işlemi modellemek önemlidir. Bunu da işlem aşamalarını altı alt gruba bölerek
yapabiliriz. Bu alt gruplar; atomizasyon, püskürtülen sıvı, düşen damlacıklar, plakanın
başlangıç şekli, plakadaki katılaşma ve mikroyapının gelişimidir.
Modelleme çalışmaları ve deneysel çalışmalar sonucunda, damlacıkların durumunun bu
altı grup içerisinde en önemli yeri teşkil ettiği gözükmektedir. Düşen damlacıkların
sadece belli bir oranı plaka yüzeyine yapışır. Bu oran yapışma verimi olarak adlandırılır.
Yapışma verimi püskürtülen sıvı tabakalarının şekli, mikroyapısı ve elde edilen üründe
temel bir yer teşkil eder. Yapışma verimi, püskürtülen sıvı durumu ve plaka yüzeyinin
bir fonksiyonu şeklindedir [41].
4.5. Püskürtme Şekillendirme Parçaların Yapısı
Biriktirilen damlacıkların yapısı malzemedeki en belirgin özelliktir. Çünkü son ürünün
mekanik özellikleri tamamen bu yapıya bağlıdır. Düşük püskürtme yoğunluğunda
üretilmiş bir parçanın kesiti Resim 4.1’de gösterilmiştir [42]. Şekilde de görüldüğü gibi,
diske hemen hemen paralel olan ve birbiri üzerine yatmış durumda tabakalardan
oluşmuş bir yapı meydana gelmiştir. Bu tür parçalarda ara sıra küçük küresel parçalara
rastlanır (Resim 4.1). Bu parçalar diske ulaşmadan katılaşmış ve toz haline gelmişlerdir.
Püskürtülen sıvı yoğunluğu az ise bu tabakalar arasında kalıntı gözenekler oluşur.
Genellikle gözenek miktarı %3 ile %15 arasında değişir. Bununla beraber vurgulanması
gereken diğer bir nokta ise, bu şekilde üretilen parçaların mukavemetinin sinterlenmemiş
T/M ürünlerine göre çok daha yüksek olmasıdır. Parçanın yapısı disk düzleminde
genellikle izotropik, normal yönde ise anizotropiktir. Sınırlı miktarda yapılan sıcak
şekillendirme veya soğuk şekillendirme işleminden sonra bu gibi yapılar genellikle
izotropisini korurlar. Bu durum ise, genellikle faydalıdır (derin çekme sırasında kulakçık
verme, başak verme olayını azaltır) [43].
50
Resim 4.1. Düşük püskürtme yoğunluğunda üretilmiş bir parçanın yapısı [40]
4.6. Püskürtme Şekillendirme Endüstriyel Uygulamaları
Püskürtme şekillendirme ürünleri; silindir kütükler, borular, kaplanmış ürünler,
alüminyum, bakır, nikel, demir ve silikon bazlı alaşımlar, otomotiv, elektronik ve uzay
teknolojileri gibi şekil, alaşım ve pazar açısından geniş bir alana sahiptir. Püskürtme
şekillendirme uygulamalarına aşağıdaki gibi örnekler gösterilebilir:
Yuvarlak çubuklar: Japon Sumitomo şirketi 1991’den beri püskürtme şekillendirme ile
yüksek kromlu dökme demir ve yüksek karbonlu yüksek hız çeliğinden silindirler
yapmaktadır. Bu silindirlerden daha sonra yuvarlak çubuk, düz çubuk, tel çubuk elde
etmek için yuvarlak miller imal edilir. Ürünler dökümle elde edilen ürünlere göre daha
saf, hızlı katılaşmış bir mikroyapıdan dolayı termal yorulma direnci yüksek ve daha
uzun ömürlüdür. Elde edilen silindirler 800 mm çapında ve 0,5 m boyundadır (Şekil
4.3.).
51
(a)
(b)
Şekil 4.3. Püskürtme şekillendirme ile (a) silindirik şekilli parça üretimi şematik
gösterimi, (b) IN718 Ni alaşımından üretilmiş süper alaşım silindirik parça
Borular: Dönen bir mil üzerine püskürtme yapılarak çeşitli ebatlarda borular üretilebilir
(Şekil 4.4.). İsveç’te Sandvik isimli şirket 400 mm çap × 8 m uzunlukta ve et kalınlığı 50
mm olan boruları PŞ ile üretmektedir. PŞ ile dışı korozyona karşı dayanıklı bir katmanla
kaplanmış bi-metalik borular önemli bir piyasayı oluşturmaktadır. Diğer uygulamaları,
kazanlar ve atıkların yakılması için kullanılan fırınlardır. Sandvik şirketi bu fırınları PŞ
yoluyla imal etmek için korozyona karşı dayanıklı bir alaşım olan sanicro 65’i
geliştirmiştir.
52
(a)
(b)
Şekil 4.4. PŞ ile boru üretimi (a) şematik, (b) Sandvik Steel firmasının ürettiği işlenmiş
haliyle dış çapı 400 mm olan borular.
Halkalar: Amerikan Howmet şirketi, gaz türbin motorları için PŞ ile 800 çap× 0,5 m
boyunda halkalar üretmektedir (Şekil 4.5.).
53
Şekil. 4.5. Püskürtme şekillendirme yöntemi ile üretilmiş halka şekilli parçalar.
Kütükler: Yatay veya dikey püskürtme şekillendirme ünitelerinde genellikle Cu ve Al
yuvarlak kütükler üretilmektedir. 1,2 tonluk ergitme kapasitesi ile çapı 400 mm ve boyu
1,2 m olan takım çeliği ve paslanmaz çelik püskürtme şekillendirme ile üretilebilir. Elde
edilen kütükler daha sonra üretilecek parçaya göre ekstrüzyon yapılır veya haddelenirler.
Bu şekilde üretilen Al-Si parçalar otomotiv endüstrisinde kullanılır (piston, birleştirme
çubuğu vb.). Şekil 4.6’da üretilmiş bir kütük gösterilmektedir.
54
Şekil 4.6. Osprey yöntemi ile kütük üretiminin şematik gösterimi, Peak firması
tarafından püskürtme şekillendirme ile üretilmiş 300 mm çaplı ve 2.5m
boyunda kütük
Püskürtme şekillendirme işlemi çok geniş kullanım alanına sahiptir. Bu işlem ile Al
alaşımlarında, Cu alaşımlarında, özel çeliklerde ve süper alaşımlarda malzeme üretimi
mümkündür. Bu üretim şekliyle üretilen malzemeler dünyanın her tarafında başarıyla
kullanılmaktadır.
Son yıllarda endüstriyel kullanımı da hızla artan bu yeni üretim tekniğiyle, 0,8 m
çapında, 0,5 m boyunda silindirlerin, 0,4 m çapında, 8 m boyunda, 50 mm et
kalınlığında boruların ve 500 kg’a varan ağırlıklardaki külçelerin bu imalat yönteminin
önemini vurgulamak için örnek olarak sayılabileceği birçok metal, alaşım, süper alaşım
ve kompozit malzemenin imalatı yapılmaktadır.
55
4.7. Püskürtme Şekillendirme Yöntemleri
Endüstriyel alanda da uygulanan ana PŞ yöntemleri aşağıda açıklanmıştır. Bunlara ek
olarak halen araştırma halinde olan değişik uygulamalar da vardır [11,43].
Püskürtme sarma: Bu yöntemle sürekli veya yarı – sürekli şekilde olmak üzere kalınlığı
1 mm’nin üzerindeki aralıklarda olan şeritler üretilmektedir (Şekil 4.7). Maksimum
kalınlık Al alaşımlarında olup 18 mm civarındadır. Bu yöntemdeki ana zorluk şeridin
kalınlığının tüm genişlik boyunca aynı olmasını sağlamaktır; aksi takdirde şerit
sarılırken şekil bozuklukları gibi problemler ortaya çıkmaktadır. Kalınlık hatası %2’nin
altında olduğu sürece bu işlemde problem çıkmaz. Bu yöntemle kompozitleri kolay ve
ucuza üretmek mümkün olmaktadır. Çeşitli sürtünme elemanları ve aşınmaya dirençli
malzemeler bu yöntemle şerit halinde üretilebilmektedir. Yapılan çalışmalar sonucunda
bu şekilde üretilen kompozit sürtünme elemanlarının geleneksel yöntemlerle üretilen
sürtünme elemanlarına göre daha iyi sürtünme katsayısına sahip olduğu ve daha fazla
dayanıp, sürtünme katsayısının zamanla değişmediği görülmüştür.
Şekil 4.7. PŞ ile şerit üretimi
56
Püskürtme dövme: PŞ’ deki ilk gelişme püskürtme dövme konusunda olmuştur. Bu
işlemde gaz atomize metal doğrudan bir kalıba yöneltilir veya bazı durumlarda hareket
ettirilebilen düzlem şeklinde bir tabaka üzerine yönlendirilir (Şekil 4.8.). Yüksek
yoğunluklu püskürtme kullanılarak gözenek miktarı %1’ler civarında tutulur, böylece
malzemede iç oksitlenme oluşma imkanı azaltılarak dövme işlemi dışarıda yapılabilir.
Osprey metal şirketi tarafından alaşım çeliklerinden ve süper alaşımlardan birçok dövme
işlemi yapılmaktadır. Dövme işleminden önceki malzeme mükemmel bir sıcak
işlenebilirliğe sahiptir. Dövme işleminden sonra parça tam yoğunluğa ulaşır. Böylece
üretilen parçalar, normal dövme ile üretilen parçalara göre daha yüksek mekanik
özellikte ve çok daha izotropik bir yapıda olur. Ayrıca oksit miktarı da T/M parçalara
göre daha azdır.
Şekil 4.8. PŞ ile dövme işlemi
57
Püskürtme kaplama: Ergime noktası düşük olan Al ve Zn gibi metallerle çeliği kaplama
işlemi geleneksel yöntemlerle; çeliğin üstündeki oksit tabakasını yüksek sıcaklıkta
indirgeme ile azaltıp daha sonra çeliği hala sıcakken ergimiş Al, Zn veya
Al–Zn
banyosuna daldırmak suretiyle yapılır. Bu tipteki daldırma metoduyla kaplama
işleminde tek taraflı kaplama veya iki tarafı farklı kalınlıkta kaplama gibi işlemler
yapılamaz. Ayrıca 15μm’ den az ve 75μm’den çok olan kalınlıktaki kaplamalar da
daldırma yoluyla yapılamaz. Ayrıca çelik, ergimiş alüminyum veya çinko ile yüksek
sıcaklıkta yeterli süre temas halinde bulunursa kaplamanın ve metalin temas noktasında
bir alaşım katmanı oluşur. Bu alaşım katmanı gevrek bir yapıda olduğu için malzemenin
eğilme özellikleri etkilenir. Malzeme püskürtme kaplama yapılırsa; bu durumda arada
alaşım tabakası meydana gelmez. Çünkü çelik ergimiş Al ile milisaniyeler civarında
temasta olur. Ayrıca püskürtme kaplamada, istenilen kalınlıkta kaplama yapma ve çok
katlı kaplama imkanı da sağlanır. Tek kısıtlaması 25 m’nin altında kaplamaların zor
olmasıdır.
PŞ ile ilgili literatürde birçok çalışma vardır. Chang vd. [44] basıncın sabit tutulduğu
durumlarda püskürtme mesafeleri arttıkça mikroyapıda gözenek sayısı ve büyüklüğünün
arttığı görülmüştür. Ayrıca PŞ sırasında, soğutma oranı ve katılaşma değişimi, tabakalı
yapı oluşmasına neden olmaktadır. Alaşımın (Mg-Cu-Gd) alt kısmında, soğutma hızının
yüksek olması sebebiyle kolayca biçimsiz faz oluşmaktadır.
PŞ ile en yüksek yapışma verimliliği, parçacıklar içindeki sıvının hacimsel olarak %30%50 arasında olması durumunda gerçekleşir. Bunun yanı sıra sıvı hacim oranı %50
olduğu zaman ise en yüksek yoğunluk elde edilebilir [7].
Schneider, vd. [45] PŞ sırasında, yığılabilen tozların yığılamayan tozlara (overspray)
oranı incelenmiştir. Yazarlar çalışmalarında bu yığılamayan tozları geri besleme yaparak
yığılan bölgeye tekrar göndermeye çalışmışlar ve böylece yığma miktarında artış, gaz
tüketiminde azalma ve ayrışmada azalma sağlamışlardır. Bununla birlikte geri beslenen
tozların çevresinde gözeneklilik artışı gözlemişlerdir.
58
Wang, vd. [46] elde edilen sonuçlarda püskürtme yöntemi ile üretilen Cu-Cr alaşımları
konvansiyonel yöntemlere göre ısıl işleme daha fazla yanıt gösterdiği tespit edilmiştir.
Lavernia vd. [47] düşük karbonlu çeliklerde PŞ süresince ısı transferini ve katılaşma
davranışını sonlu elemanlar metodu kullanarak incelemişlerdir. Bu çalışmada PŞ
işleminde yığılan parçanın üst yüzeyinin sıcaklığının hesaplamalarda oldukça önemli bir
parametre olduğu; bu sıcaklığın difüzyon yoluyla birleşmeyi sağlayacak, ancak
mikroyapıda tane büyümesine neden olmayacak büyüklükte olması gerektiği
belirtilmiştir. Ayrıca yığılan parça yüksekliğinin kesit alanının sürekli olarak değişmesi
sebebiyle işlemin kararsızlığına vurgu yapılmıştır.
Takahara, PŞ ile üretilmiş ötektoid üstü Al-Si alaşımlarının özelliklerini araştırdığı
çalışmasında [48]; gaz/metal debisi oranının 5’ten büyük olduğu durumlarda katılaşma
hızının arttığını ve eğme mukavemeti değerinin arttığını belirtmiştir. Al yüksek Si ikili
alaşımı düşük ekstrüzyon edilebilme özelliğine sahip olmasına rağmen, bu çalışmada PŞ
Al-Si
alaşımının
iki
kademede
ekstrüzyonu
6m/dk
gibi
yüksek
hızlarda
gerçekleştirilmiştir. Yapılan diğer mekanik testlerle de, PŞ malzemenin dayanımının
geleneksel T/M malzemelere göre daha fazla olduğu gösterilmiştir.
Siegert, v.d. [49] sprey bakır alaşımı adı verilebilen ve karbon gibi ek parçacıkların
ilavesini sağlamışlardır. Karbon ilavesinin olumlu etkileri (PŞ) ile üretilen metal
çubuklarda avantaj sağlamaktadır.
Xiao, v.d.’nin [50] çalışmasına göre sıcak haddeleme kullanılması, püskürtme
şekillendirmeye mükemmel bir mekanik işlenebilirlik özelliği kazandırmaktadır.
Dong-ming vd. [51] PŞ’nin hızlı katılaşma özelliğini kullanarak saf mikroyapı
oluşmasını sağlamışlardır.
PŞ bakır alaşımlarındaki gözenekliliğe Zr, Ti ve Al gibi reaktif elementlerin etkisi
Müller vd. tarafından araştırıldığı çalışmada [52]; yapı içinde hapsolan atomizasyon gazı
sebebiyle PŞ işleminde gözenekliliğin önlenemediği belirtilmiştir. Azot kullanarak
59
yapılan PŞ işleminde, boşlukların bakır içinde çözünmeyen azot ile dolduğu, azotla
reaksiyona giren Zr, Ti ve Al gibi elementlerin alaşımın özellikleri üzerinde ilave bir
etki yaptığı gösterilmiş, bu etki azot ve TiN bileşenlerinin miktarı analitik yöntemler
kullanılarak da doğrulanmıştır.
Lee ve arkadaşları [53]; dispersiyon ile sertleştirilmiş bakır alaşımlarını geleneksel PŞ ve
reaktif PŞ yöntemleri kullanarak gerçekleştirmişlerdir. Geleneksel PŞ yöntemi için
ağırlıkça 7:3 oranlarındaki Cu-%2Ti ve Cu-%2B master alaşımları 1500ºC’de
indüksiyon ile ergitildikten sonra azot gazı kullanılarak atomize edilmiş; elde edilen CuTi-B alaşımındaki PŞ parçalar, alaşım içindeki parçacık dağılımlarını araştırmak için
hızla soğutulmuşlardır. Reaktif PŞ için ise, püskürtülen sıvı Cu-%2Ti içine 60μm
ortalama boyuta sahip azot atomize Cu-%1.15B alaşım tozları enjekte edilmiştir.
Yapılan mikroskobik incelemeler; geleneksel PŞ yönteminde sıvı Cu-Ti-B alaşımı içinde
oluşan Ti ve B arasındaki kimyasal reaksiyonun, reaktif PŞ yönteminde damlacıkların
yığılmasından sonra gerçekleşmesinden dolayı, dağılmış parçacıkların reaktif PŞ
yönteminde daha ince olduğunu göstermiştir. Nano boyuta sahip dağılmış parçacıklara
bağlı olarak, reaktif PS parçaların akma mukavemeti değerleri de yüksek çıkmıştır.
Ekici [43] yapmış olduğu çalışmada, PŞ yöntemiyle alüminyum kullanarak parçalar
üretmiştir. Bu parçaları ekstrüzyonla tam yoğunluk işlemi uygulamış ve ekstrüzyon
sonrası elde ettiği çubuklara çekme deneyi uygulamıştır. Sonuç olarak ekstrüze edilmiş
parçaların çekme mukavemetlerinin, ekstrüze edilmiş döküm parçalara göre %10’a
varan bir iyileşme gösterdiği tespit edilmiştir.
Bozdağ [11] yapmış olduğu çalışmada, PŞ yöntemiyle üretilmiş parçalara uygulanan
ekstrüzyon işleminden sonra elde edilen çubuklara uygulanan çekme deneyi sonucunda,
PŞ yöntemi ile üretilmiş parçaların çekme mukavemeti, döküm parçaların çekme
mukavemetinden %16 ile %36,8 arasında değişen yüzdelerde yüksek bulunmuştur. En
büyük iyileşme 100 mm mesafede 30 bar basınç ile yapılan PŞ işleminde sağlanmıştır.
60
Cai, vd. [42] düşük basınçlı püskürtme şekillendirme yöntemini kullanmışlardır. 1,2
MPa basınç,
atomizasyon gazı, 2024 alüminyum alaşımı, 3mm nozul ve metal
sıcaklığı 850°C’yi kullanarak elde edilen sonuçları SEM mikroskop ile incelemişler;
sonuçlarda, konvansiyonel püskürtme şekillendirme yöntemi ile elde edilen sonuçlara
göre önemli ölçüde gözenek miktarının azaldığını ve tane boyutların eşit olduğunu
gözlemlemişlerdir.
61
5. DENEYSEL ÇALIŞMALAR
Bu çalışmada, önceden yapılmış yakından eşlemeli laval tipi nozul kullanılmıştır. Bu
nozul kullanılarak, hava atomize alüminyum tozu üretilmesi ile birlikte çeşitli püskürtme
yüksekliklerinde ve dönen bir silindirin yüzeyinde alüminyum
yapılmıştır.
tozu kaplaması
Ardından da bu silindir çıkartılarak boru elde edilmiştir. Deney
parametrelerinin kaplama üzerindeki etkileri optik mikroskop ile araştırılmıştır. Tüm bu
püskürtme şekillendirme (PŞ) çalışmaları Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Makina
Mühendisliği
Bölümü
Prof.
Dr.
Süleyman Sarıtaş
Toz Metalurjisi
Laboratuvarında bulunan Gaz Atomizasyon Ünitesi’nde gerçekleştirilmiştir.
5.1. Gaz Atomizasyon Birimi
Resim 5.1’de gösterilen ve EK-1’de şematik resmi verilen Gaz Atomizasyon Ünitesi beş
ana bölümden meydana gelmektedir:
1. Gaz sistemi
2. Isıtma ve ergitme
3. Atomizasyon kulesi
4. Toz tutma bölümü
5. Nozul
62
Resim 5.1. Gazi Gaz Atomizasyon Ünitesi
63
5.1.1. Gaz sistemi
Gaz sistemi; atomizasyon için gerekli olan basınçlı gazı birime veren sistemdir.
Deneyler sırasında kullanılan gaz sistemi, birbirine paralel bağlanmış 4 adet tüpten
oluşmaktadır. Bu tüpler 150 bar işletme basıncına sahiptir (Resim 5.2.a). Gazı istenilen
basınç değerine ayarlamak için, basınç ayar vanası kullanılmaktadır. Gaz basıncı ayarı
regülatörün giriş ve çıkış tarafında bulunan manometrelerin yardımıyla yapılmaktadır
(Resim 5.2.b). Deneyler sırasında atomizasyon gazı olarak hava kullanılmıştır.
a
b
Resim 5.2. Gaz sisteminde kullanılan teçhizatlar, a)Yüksek basınçlı tüpler b) Regülatör
Tüplerin havayla doldurulabilmesi için, 100 lt/dk’lık bir debiyle 225 bar basınca kadar
tüplere hava sıkıştırabilme kapasitesine sahip Bauer marka kompresör kullanılmıştır
(Resim 5.3).
64
Resim 5.3. Bauer kompresör
5.1.2. Isıtma ve ergitme
Deneyler sırasında saf alüminyum, fırının (Resim 5.4a) içine yerleştirilmiş olan
paslanmaz çelik potada ergitilmiştir. Ergitilmiş metalin, pota içerisine daldırılan
termokapıl (ısıl çift) vasıtasıyla ölçülen sıcaklığının denetimi sayısal bir sıcaklık ölçme
ve kontrol cihazı ile yapılmıştır. Sistem üzerinde, metalin ergidikten sonra kule içerisine
denetimli bir şekilde akmasını sağlayan bir açma kapama mekanizması mevcuttur
(Resim 5.4b). Mekanizma, çelik potanın altındaki deliği açıp kapatmayı mekanik olarak
sağlayabilecek bir çubuktan oluşur. Normalde bir yay yardımıyla deliği kapalı tutan bu
sistem, yukarıdan çubuğa kuvvet uygulandığında deliği açıp ergimiş metalin nozula
doğru akmasını sağlar.
65
a
b
Resim 5.4. Isıtma ve ergitme sistemi a) Ergitme fırını b) Açma-kapama çubuğu
5.1.3. Atomizasyon kulesi
Gazi gaz atomizasyon biriminin çapı ve yüksekliği tozların kuleye çarpmadan
katılaşmasına imkan verecek boyutlardadır (Resim 2.1). Gazi gaz atomizasyon biriminin
kulesi paslanmaz çelikten imal edilmiştir. Bu, sistem temizliği açısından önemlidir
[9,11,21].
Gazi gaz atomizasyon kulesinin alt yarısı, tabana doğru koni şeklinde daralan konik bir
yapıya sahiptir. Kulenin en altındaki haznede iri tozlar toplanır. Daha ince tozlar ise
siklonda toplanır. Siklon, aynı zamanda atomizasyonda kullanılan gazın dışarı tahliye
edilmesini de sağlamaktadır.
66
5.1.4. Siklon
Gaz atomizasyonunda üretilen tozların temizliği ve bu tozların tutulması önemlidir.
Atomizasyon işleminden sonra taşıyıcı gazdan metal tozlarını ayırmak için siklon
kullanılır (Resim 5.5). Standart siklon tasarımlarında toz tutma veriminin veya gaz geçiş
debisinin yüksek olması istenir. Siklon tasarımı, atomizasyon gazı içinden 5 μm’dan
daha küçük çapa sahip tozları yüksek bir verimle ayırmak üzere optimize edilebilir
[9,54].
Resim 5.5. Siklon
67
5.1.5. Nozul
Nozul, gaz atomizasyonu yönteminde, atomizasyon biriminin, tozların boyutlarını,
şekillerini kısacası fiziksel tüm özelliklerini etkileyen bir parçasıdır. Nozul tasarımında
geometri çok önemlidir. Bu çalışma kapsamında yakından eşlemeli “Laval” tipi nozul
tasarımı yapılmış ve imal edilmiştir. Deneysel çalışma boyunca bu nozul kullanılmıştır.
Kullanılan nozula ait büyüklükler Çizelge 5.1’de, tüm teknik resimler ekler kısmında
verilmiştir.
Şekil 5.1. Laval tipi nozulda, gaz çıkış bölgesinin şematik gösterimi
Çizelge 5.1. Laval tipi nozula ait büyüklükler
Nozul gaz çıkışı
açısı
)
Nozul gaz
çıkışı alanı
(A)(
30
Nozul boğaz
alanı (
)(
Mach
)
sayısı
)
29
9,6
2,53
68
Bu çalışmada kullanılan nozul beş parçadan oluşmaktadır.
1) Akış memesi,
2) Çıkıntı aparatı,
3) Seramik tüp,
4) Nozul üst parçası,
5) Nozul alt parçası.
Bu çalışma kapsamında, akış memesi ve çeşitli uzunluklara sahip çıkıntı aparatı tasarımı
ve imalatı yapılmıştır (Resim 5.6). Akış memesi içine delik çapı 4 mm olan seramik akış
borusu yerleştirilmiştir.
Ergimiş metal, çelik potadan akış memesine doğru akar ve seramik tüpten geçer. Çıkıntı
aparatının ucunda gazla buluşur ve atomizasyon gerçekleşir. Atomizasyon işlemi
nozulda gerçekleştiğinden, nozul atomizasyon biriminin en önemli parçalarından biridir.
Nozula ait parçalar arasından, çıkıntı aparatının uzunluğu da atomizasyon gazının, sıvı
metalle karşılaşma noktasını değiştirdiği için önemli bir parametredir (Resim 5.7).
Resim 5. 6. Akış memesi-çıkıntı aparatı - nozul bağlantısı
69
Resim 5.7. 4 mm çıkıntı aparatı
5.2. Atomizasyon Çalışmaları
Gaz atomizasyonu çalışmalarında, tasarımı ve imalatı yapılmış olan yakından eşlemeli
laval tipi nozul kullanılmıştır. Çıkıntı aparatı olarak farklı uzunluklara sahip üç adet
parça, tozu üretilecek metal olarak alüminyum, atomizasyon gazı olarak ise hava
kullanılmıştır.
Alüminyum ergime sıcaklığı 660 °C’dir. Yapılan atomizasyon çalışmalarında ergimiş
alüminyum 725 °C’ye kadar aşırı ısıtılmıştır. Ergimiş alüminyum, çelik potanın altından
atomizasyon gazıyla buluşma noktasına doğru seramik tüpün içinden akarken sıvı
metalin sıcaklığının değişmemesi için akış memesi içerisindeki seramik tüpün etrafına,
iki ucu voltaj değiştiriciye (Resim 5.8) bağlı olan direnç teli sarılmıştır. Metal ergitmeye
başlandığı andan itibaren voltaj değiştirici 25 V’a yükseltilmiştir ve atomizasyon işlemi
boyunca bu değerde sabit tutulmuştur.
70
Resim 5.8. Voltaj değiştirici
Gaz atomizasyonu çalışmalarında şu yol izlenmiştir:
1. 6x4x145 mm boyundaki seramik tüpün etrafına 0,7 mm çapında 1200 W’lık direnç
teli sarılmış, seramik tüp akış memesinin içine yerleştirilmiştir.
2. Seramik tüpün diğer ucuna çıkıntı aparatı yerleştirilmiş ve akış memesi ile çıkıntı
aparatı birbirine bağlanmıştır.
3. Seramik tüpün iki ucundaki direnç telleri 700
’ye kadar dayanıklı yanmaz kablo ile
kaplanarak akış memesi üzerindeki delikten dışarı çıkarılmış ve telin iki ucu voltaj
değiştiriciye bağlanmıştır.
4. Nozulun alt parçası ile üst parçası birbirinin üzerine geçirilerek bağlanmıştır.
5. Daha önce birleştirilen çıkıntı aparatı ve akış memesi, nozulla birleştirilmiştir.
6. Gaz hattı-nozul bağlantısı yapılmıştır.
71
7. Dışarıda birleştirilmiş nozul atomizasyon kulesi üzerine yerleştirilmiştir.
8. Çelik pota fırın içine yerleştirilmiştir.
9. Çelik pota akış memesi üzerine yerleştirilmiştir.
10. Ergitilecek olan alüminyum pota içerisine atılmıştır. Yapılan çalışmalarda yaklaşık
olarak her deney için 250 g alüminyum kullanılmıştır.
11. Açma-kapama mekanizmasına ait çubuk pota altındaki deliği kapatacak şekilde
yerleştirilmiştir.
12. Fırın çalıştırılmış ve alüminyum 725°C’ye ısıtılmıştır. Ergimiş metalin sıcaklığı
ısılçift yardımıyla ölçülerek ısıtma işlemi yapılmıştır.
13. Isınmanın tamamlanmasından itibaren seramik akış borusu üzerindeki telin
üzerinden geçen voltaj 25V’a çıkarılmıştır.
14. Atomizasyon gaz basıncı, basınç ayar vanası yardımı ile istenilen basınç değerlerine
ayarlanmış ve nozula gaz gönderilmiştir.
15. Alüminyum sıcaklığı 725ºC’ye ulaştığında açma-kapama mekanizması üzerindeki
çubuğun kaldırılarak, sıvı metalin atomizasyon işlemi gerçekleştirilmiştir.
16. Nozul atomizasyon kulesi üzerinden alınarak gerekli denetimler yapılmıştır.
17. Toz toplama kabındaki ve siklonda biriken tozlar gerekli bağlantılar sökülerek
alınmıştır ve kilitli poşetler içinde muhafaza edilmiştir.
18. Bir sonraki deney için, kule içi temizlenerek bağlantılar tekrar yapılmıştır.
72
5.3. Püskürtme Şekillendirme Deneyleri
Atomizasyon işleminde elde edilen damlacıkların üst üste yığılarak biriktirebilmesi için,
gaz atomizasyon ünitesine nozul altına dek gelecek nozul ile mesafesi ayarlanabilecek
bir mil tasarımı ve imalatı yapılmıştır (Resim 5.9a). Bu milin belli bir hızla dönmesini
sağlayabilmek için 0,37 kW ve 200 dev/dk nominal hıza sahip tahrik motoru (redüktör)
ve AC motor sürücüsü kullanılmıştır. Atomizasyon ünitesi, redüktör ve milin
bağlantısını sağlamak amacı ile aynı zamanda da istenilen yüksekliği yani değişik
püskürtme mesafelerini elde etmek için farklı üç açıda (çelikten mamul) flanş tasarımı
ve imalatı yapılmıştır. Mil bir taraftan flanş vasıtası ile tahrik motoruna bağlanmıştır,
diğer taraftan ise 50x40x250 mm boyutunda bir alüminyum boru milin üzerine
yerleştirilmiştir (Resim 5.9b). İmalatı yapılan milin ve flanşların çizimleri EK-2, EK-3,
EK-4 ve EK-5’te verilmiştir. Ayrıca deney düzeneği Resim 5.10’da verilmiştir.
a
b
Resim 5.9. a) Nozul altında yerleştirilen mil b) 0,37 kW ve 200 dev/dk nominal hıza
sahip tahrik motoru (redüktör)
73
Şekil 5.2. Deney düzeneğinin şematik görüntüsü
Resim 5.10. Deney düzeneği
74
Bundan sonraki aşamada alüminyum boru yüzeyine nozullar vasıtasıyla belirli basınç
altında, belirli çıkıntı uzunluğu ve değişik püskürtme mesafelerinden alüminyum tozu
kullanılarak püskürtme işlemi uygulanıp alüminyum borunun yüzeyi kaplanmıştır. Bu
çalışma esnasında kullanılan farklı uzunluklara sahip çıkıntı aparatları, gaz basıncı ve
püskürtme mesafesi (pozisyon) değerleri Çizelge 5.2’de verilmiştir.
Çizelge 5.2. Deney değişkenleri
No.
1
Basınç
Çıkıntı
Püskürtme
(bar)
uzunluğu
yüksekliği
(mm)
(mm)
4-6-8
135-165-200
5-10-15
PŞ deneyleri esnasında, her bir deney için 250 g alüminyum kullanılmıştır. Atomizasyon
işlemi ile oluşan damlacıkların katılaşmadan, nozul altındaki 50x40x250 mm
alüminyum borunun üzerine birikmesi sağlanmış ve boru üzerinde PŞ ile kaplanmış boru
parçaları elde edilmiştir (Resim 5.10.a - 5.10.i). Tüm deneylerde redüktör 13 dev/dk’da
sabit tutulmuştur. Deneylerde parametrelerin etkilerini görebilmek amacı ile deney
dizaynı (design of experiment -DOE) yapılmış ve yüzey cevabı (surface response)
alacak şekilde Box-Behnken tipi bir deney planı oluşturulmuştur. Bunlar için Minitab™
yazılımından faydalanılmıştır. Üç parametre (yükseklik, çıkıntı uzunluğu, basınç) ve her
bir parametrenin üç ayrı değeri ile her şartta üç tekrar olacak şekilde ortaya çıkan deney
programı Çizelge 5.3’te görülmektedir.
PŞ deneylerinden elde edilen parçalardan içyapı incelemesi için iki farklı yerden
numune alınmıştır ve bu numuneler bakalite alınmıştır. Sıkıştırma işleminden sonra ise
zımparalama ve parlatma işlemi yapılmıştır. Hazır hale gelen parçalar optik mikroskopta
50, 100, 400 ve 1000 büyütme ile incelenmiş ve fotoğrafları çekilmiştir.
75
a) 5 bar, 4mm çıkıntı uzunluğu ve
135mm püskürtme mesafesi
b) 10 bar, 8mm çıkıntı uzunluğu ve
135mm püskürtme mesafesi
b) 15 bar, 6mm çıkıntı uzunluğu ve
135mm püskürtme mesafesi
d) 5 bar, 8mm çıkıntı uzunluğu ve
165mm püskürtme mesafesi
e) 10 bar, 6mm çıkıntı uzunluğu ve
165mm püskürtme mesafesi
f) 15 bar, 4mm çıkıntı uzunluğu ve
165mm püskürtme mesafesi
Resim 5.11. yapılan deneylere ait fotoğraflar
76
g) 5 bar, 6mm çıkıntı uzunluğu ve
200mm püskürtme mesafesi
h) 10 bar, 4mm çıkıntı uzunluğu ve
200mm püskürtme mesafesi
i) 15 bar, 6mm çıkıntı uzunluğu ve 200mm püskürtme mesafesi
Resim 5.11.(Devamı) yapılan deneylere ait fotoğraflar
Çizelge 5.3. Laval tipi nozul için PŞ deneyleri ve değişken
Deney no
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Basınç
5
10
10
15
10
5
15
10
10
15
10
5
Çıkıntı uzunluğu
6
4
8
6
4
6
6
8
8
6
4
6
Pozisyon
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
77
Çizelge 5.3.(Devamı) Laval tipi nozul için PŞ deneyleri ve değişken
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
15
10
5
15
10
5
5
10
15
15
5
10
10
15
15
10
5
5
10
5
10
15
10
5
15
10
10
5
15
10
4
6
4
8
6
8
8
6
4
8
4
6
6
8
4
6
8
4
4
6
8
6
4
6
6
8
8
6
6
4
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
78
6. DENEYSEL BULGULAR VE TARTIŞMA
6.1. Deney Sırasında Karşılaşılan Problemler ve Çözümleri
Kalay
kullanılarak
yapılan
önceki
deneylerde
akış
memesinde
tıkanmanın
engellenebilmesi için 10V akım kullanılmıştır. Ancak alüminyum kullanılarak yapılan
deneylerde 10V akım uygulandığında tıkanma gözlenmiştir (Resim 6.1). Uygun akımı
saptayabilmek için, üzeri 1200W gücünde 0,7 mm çapındaki direnç teliyle sarılmış ve
dış çapı 6 mm çapındaki seramik boru akış memesinden çıkartılarak dış ortamda 10V
akım uygulandığında 15 dakikada 90°C’ye ulaştığı gözlenmiştir. Aynı koşullarda 25V
akım uygulandığında ise aynı sürede 260°C’ye ulaştığı tespit edilmiştir. Dışarıda
260°C’ye ulaşan seramik borunun izole edilmiş akış memesi içerisinde iki kat sıcaklığa
ulaşacağı öngörülmüş, akış memesinin içine yerleştirildiğinde ise tahmin edildiği gibi 15
dakikada iki kat sıcaklığa ulaştığı gözlenmiştir. Böylece akış memesinde oluşan tıkanma
engellenmiştir. Seramik boru içinde oluşan tıkanma Resim 6.2’de gösterilmiştir.
Resim 6.1. Akış memesinin tıkanması
79
Resim 6.2. Seramik boru içinde oluşan çubuklar
Deney esnasında akış memesinden akan sıvı alüminyumun toz haline gelebilmesi için
basınçlı hava kullanılmaktadır. Ancak yapılan deneylerde basınçlı hava kullanıldığında
akış memesinin ters yönünde püskürtme meydana gelmiştir. Bu sorunu çözmek için ise
akış memesinin nozula bağlandığı noktaya 2mm kalınlığında bir conta yerleştirilmiştir
ve böylece bu sorun da ortadan kaldırılmıştır.
Deneyler esnasında silindirik yüzeyin kaplanması için redüktör vasıtasıyla dönen bir mil
kullanılmaktadır. Redüktörün hızı belli değerin üzerine çıkınca kaplamanın şekilsiz
olduğu gözlenmiş (Resim 6.3) ve en uygun kaplamanın 13 dev/dk’da yapıldığı
görülmüştür (Resim 6.4).
Resim 6.3. düzensiz şekilli kaplama
80
Resim 6.4. Düzenli kaplama
Püskürtme şekillendirme sırasında yüzeyine kaplama yapılan seramik boruların deney
tamamlandıktan sonra soğumanın etkisiyle parçalandığı görülmüştür. 42 deneyin
yapılacağı ve seramik borunun maliyetinin fazla olmasından ötürü başka bir çözüm
aranmıştır. Daha sağlam bir madde olan çelikten yapılmış ve tırtılla yüzey pürüzlülüğü
arttırılmış bir boru kullanıldığında yüzeye kaplamanın yapılamadığı gözlenmiştir (Resim
6.5). Daha sonra ise alüminyumdan yapılmış bir boru kullanılmış ve istenilen sonuçlar
elde edilmiştir (Resim 6.6).
Resim 6.5. Çelik boru üzerine yapılan kaplama
81
Resim 6.6. Alüminyum boru üzerine yapılan kaplama
Deneyler esnasında potanın alt tarafındaki akış deliğin çıkıntı aparatı ile temas ettiği
yerde alüminyumun korozif etkisi ile meydana gelen şekil bozulması sonucunda ergimiş
metalin dışarı aktığı görülmüştür (Resim 6.7). Bu sorunu tespit ettikten sonra potanın alt
tarafındaki delik tornalama ile yeniden düzenlenmiş edilmiş ve böylece bu sorun ortadan
kaldırılmıştır.
82
Resim 6.7. potadan dışarı akan ergimiş alüminyum
6.2. Testler için ön hazırlıklar
Yapılan deneyler sonucu elde edilen kaplamaların orta ve kenar kısımlarından
numuneler alarak Struers Cito Pres-1 cihazında (Resim 6.8a) ve Phenolic
Powder
kullanarak gömme işlemleri yapılmıştır. Daha sonra Struers Labo Pol-1 (Resim 6.8b)
cihazında MD Allegro sıvısı desteği ile zımparalama yapılmıştır. Aynı cihazı kullanarak
yine Alumina Suspension sıvısıyla Polishing Cloth diski kullanılarak parlatma işlemi
yapılmıştır. Elde edilen numunelerin bilgisayar bağlantısı da olan OLYMPUS marka
GX71 model optik mikroskopta (Resim 6.9) yüzey morfolojileri incelenmiş ve her
yüzeyde farklı yerlerden 5er fotoğraf çekilmiştir. Bu fotoğraflar Image-J programında
(Resim 6.10a, b, c) analiz edilerek gözenek miktarları tespit edilmiştir. Elde edilen
değerler Minitab™ programına girilerek yüzey cevapları (surface response) grafikler
halinde elde edilmiş ve bu şekiller üzerine yorumlar yapılmıştır.
mikroskoptan alınan yüzey görüntüleri Resim 6.11’dedir.
Numunelere ait
83
(a)
(b)
Resim 6.8. a) Struers Cito Pres-1 cihazı, b) Struers Labo Pol-1 cihazı
Resim 6.9. Olympus marka GX71 optik mikroskop.
84
a) 5 bar, 8mm çıkıntı uzunluğu, kenar kısım ve 135mm püskürtme mesafesi ile elde
edilmiş numunenin görüntüsü
b) 10bar, 6mm çıkıntı uzunluğu, kenar kısım ve 165mm püskürtme mesafesi ile
elde edilmiş numunenin görüntüsü
Resim 6.10. Image-J programına ait görüntüler
85
c) 15 bar, 6mm çıkıntı uzunluğu, orta kısım ve 200mm püskürtme mesafesi ile elde
edilmiş numunenin görüntüsü
Resim 6.10.(Devamı) Image-J programına ait görüntüler
6.3. Gözenek Miktarı Testi
Testler sonucunda elde edilen % cinsinden gözeneklilik değerleri Çizelge 6.1’de
sunulmuştur.
Çizelge 6.1. Image-J yazılımı ile elde edilen gözeneklilik değerleri
Deney No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Orta Kısımdaki
gözeneklilikler (%)
21,031
21,450
10,900
3,746
10,847
16,245
11,423
15,272
3,970
16,233
5,181
Kenar Kısımdaki
gözeneklilikler (%)
23,079
24,593
10,900
7,450
15,913
17,053
14,689
21,763
11,191
17,224
10,524
86
Çizelge 6.1.(Devamı) Image-J yazılımı ile elde edilen gözeneklilik değerleri
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
8,001
16,626
7,671
21,343
19,612
19,544
7,025
20,154
20,344
25,276
11,113
13,757
3,676
14,355
4,612
17,686
33,333
5,174
1,842
11,081
3,619
11,004
18,791
0,236
16,777
22,076
33,974
1,087
10,152
15,104
1,82
11,108
20,121
11,598
21,504
22,647
26,347
10,300
35,355
20,344
25,276
11,113
14,887
10,456
14,355
9,005
23,707
33,333
7,571
2,875
15,177
5,599
14,365
18,809
8,126
18,800
22,076
33,974
1,087
15,863
24,178
3,926
Yapılan deneyler sonucu elde edilen kaplamaların orta kısımlarından alınan örnekler
incelendiğinde, 135 mm mesafeden yapılan püskürtme deneylerinde beklendiği gibi
gözenek miktarının orta bölgede (%18) kenar kısımlardan daha az olduğu gözlenmiştir
(%20) (Şekil 6.1 ve 6.2). 165 mm’den yapılan püskürtmelerde ise gerek kenar (%23) ve
gerekse orta kısımların (%20) her ikisinde de 135 mm’den yapılan püskürtmelere oranla
gözenek miktarlarında önemli olmasa da bir artış saptanmıştır. 200 mm’den yapılan
87
deneylerde de, orta kısımdan alınan numunelerde (%17) 165 mm’den yapılan
deneylerden daha az bir gözeneklilik kaydedilmiştir. Kenar kısımdan alınan örneklerde
ise (%25)165 mm’den yapılan testlere göre gözenek miktarının yine beklendiği gibi bir
artış gösterdiği gözlenmiştir.
Orta Kısım
Şekil 6.1. Orta kısımdaki gözenekliliğe pozisyon ve basıncın etkileri
Kenar Kısım
Şekil 6.2. Kenar kısımdaki gözenekliliğe pozisyon ve basıncın etkileri
Nozul ucundaki çıkıntıların etkileri incelendiğinde, kaplamaların orta kısımlarında 4
mm’lik çıkıntı uzunluğunun 6 ve 8 mm’lik çıkıntılara göre daha fazla gözenekli yapı
88
verdiği gözlenmiştir (%15). 6 mm’lik çıkıntı için (%13) değerindeki gözeneklilik ile
dikkate değer oranda bir azalma olduğu görülmektedir. Çıkıntı uzunluğu 8 mm’ye
çıkarıldığında ise değişimin önemli sayılamayacak ölçüde (%10) olduğu görülmüştür
(Şekil 6.3).
Orta Kısım
Şekil 6.3. Orta kısımdaki gözenekliliğe püskürtme yüksekliği ve çıkıntının etkileri
Kenar kısımlardan alınan örnekler incelendiğinde ise orta kısımlardaki gibi çıkıntı
uzunluğu arttıkça gözenek miktarında bir azalmanın (%20 mertebelerinde) olduğu tespit
edilmiştir. Ancak grafikte de açıkça görüleceği üzere orta kısımdaki gözenek miktarı
kenar kısma nazaran yarı yarıya daha azdır (Şekil 6.4).
89
Kenar Kısım
Şekil 6.4. Kenar kısımdaki gözenekliliğe, püskürtme yüksekliği ve çıkıntının etkileri
Yapılan deneylerde atomizasyon basıncının etkileri incelendiğinde, gerek kenar ve
gerekse orta kısımlarından artan basıncın gözenekliliği azalttığı görülmektedir (Şekil
6.5). Bu durum artan basınçla birlikte toz boyutunun küçülmesi ve silindir üzerine
giderken daha yüksek hıza sahip olmaları, böylece tozların daha yüksek hızlarda
çarpışmaları şeklinde açıklanabilir. Yine burada da beklendiği gibi, basıncın artmasının
orta ve kenar bölgedeki gözenekliliklerde etkisinin olmadığı, yani atomizasyon basıncı
kenar bölgelerde atomizasyon basıncı artırılmış olsa bile orta kısımlara göre daima daha
yüksek gözenekliliğin oluştuğu görülmüştür (Şekil 6.6).
90
Orta Kısım
Şekil 6.5. Orta kısımdaki gözenekliliğe basınç ve çıkıntı uzunluğunun etkileri
Kenar Kısım
Şekil 6.6. Kenar kısımdaki gözenekliliğe basınç ve çıkıntı uzunluğunun etkileri
Numunelerden alınan örnek mikroskop görüntüleri Resim 6.11’de görülmektedir.
Buradan anlaşılacağı gibi, X400 büyütmede alınan görüntülerde herhangi bir
mikroyapısı ya da tane sınırları gözükmediği gibi, toz tanelerini de görmek mümkün
91
olmamakta,
bunun
yerine
tozlar
arasındaki
boşluklar
yani
gözeneklilikler
görülebilmektedir.
0.1µm
0.1µm
m
5 bar, 8mm çıkıntı uzunluğu, kenar
kısım ve 135mm püskürtme mesafesi
10 bar, 6mm çıkıntı uzunluğu, orta
kısım ve 135mm püskürtme mesafesi
0.1µm
15 bar, 8mm çıkıntı uzunluğu, kenar
kısım ve 135mm püskürtme mesafesi
0.1µm
5 bar, 4mm çıkıntı uzunluğu, kenar
kısım ve 165mm püskürtme mesafesi
0.1µm
10 bar, 6mm çıkıntı uzunluğu, orta
kısım ve 165mm püskürtme mesafesi
0.1µm
15 bar, 4mm çıkıntı uzunluğu, orta
kısım ve 165mm püskürtme mesafesi
Resim 6.11. Numunelere ait yüzey görüntüleri (X400)
92
0.1µm
5 bar, 6mm çıkıntı uzunluğu, orta
kısım ve 200mm püskürtme mesafesi
0.1µm
10 bar, 8mm çıkıntı uzunluğu, kenar
kısım ve 200mm püskürtme mesafesi
0.1µm
15 bar, 6mm çıkıntı uzunluğu, orta kısım ve 200mm püskürtme mesafesi
Resim 6.11.(Devamı) Numunelere ait yüzey görüntüleri (X400)
6.4. Taneler arası bağlantı, tane büyüklüğü ve tane şekli testleri
Tane şeklinin, boyutunun ve parça mikroyapısının incelenmesi için deneylerimizde
dağlama yöntemi kullanılmıştır. Dağlama işlemi KELLER çözeltisi kullanarak
yapılmıştır (2.5ml HNO3+1.5ml HCL+1ml HF +95ml saf su).
Dağlama işlemi yapılmadan önce tane şekli ve büyüklüğü görünmemektedir Resim
(6.12).
93
0.1µm
0.1µm
Resim 6.12. 10 bar kenar kısma ait dağlama işlemi yapılmadan önceki optik
mikroskobu altında yüzey görüntüsü X400.
Dağlama işlemi hem külçe alüminyuma ve kaplama numunelerine uygulanmıştır.
Yapılan dağlama işlemi sonrasında elde edilen görüntüler Resim 6.13’te külçe
alüminyum ve Resim 6.14’te ise püskürtme sonrası elde edilen kaplamaya ait olacak
şekilde verilmiştir. Görüleceği üzere atomizasyon işlemi mikroyapısını önemli ölçüde
küçültmüş, yassı ve iri mikroyapıyı ortadan kaldırıp, gittikçe küreselleşen ve en önemlisi
küçük ve homojen bir mikroyapısını ortaya çıkarmıştır. Basıncın 5 olduğu parça
incelendiğinde tane boyutunun oldukça büyük, karmaşık geometrili (kimi tozların
çubuğumsu kimisinin yamuk geometrili) olduğu görülmektedir. Basınç arttırılıp 10 bar’a
yükseltildiğinde, toz partiküllerinin küçüldüğü aynı zamanda da küreselleştiği
gözlemlenmiştir. Basınç 15 bar’a yükseltildiğinde ise tane boyutu tamamen küçüldüğü
ve neredeyse küresel geometriye büründüğü görülmektedir.
94
0.1µm
0.1µm
Resim 6.13. Dağlama işlemi yapılan alüminyum kütüğe ait optik mikroskobu altında
tane şekli ve büyüklüğü X400
0.1µm
5 bar, 8mm çıkıntı uzunluğu ve
135mm püskürtme mesafesi
0.1µm
10 bar, 8mm çıkıntı uzunluğu ve
135mm püskürtme mesafesi
Resim 6.14. Orta kısım numunelere dağlama işlemi yapıldıktan sonra optik
mikroskobu altında tane şekli ve büyüklük görüntüleri X400
95
0.1µm
mmm
mmm
15 bar, 6mm çıkıntı uzunluğu ve 135mm
m püskürtme mesafesi
Resim 6.14.(Devamı) Orta kısım numunelere dağlama işlemi yapıldıktan sonra optik
mikroskobu altında tane şekli ve büyüklük görüntüleri X400
Her ne kadar tozların yarı katı bir şekilde çarpıştığı ve tozlar arasındaki tane sınırlarının
çok net olarak görülmesinin beklememesine rağmen elde edilen dağlanmış numunelerin
mikroskop görüntülerinde tozların tane boyutları ölçülmeye çalışılmıştır.
Tane boyutunu ölçmek için mikroskopta daha önce numune fotoğrafları için kullanılan
aynı piksel ayarlarında gerçek kalınlığı 0,100 mikron olan sac malzemenin fotoğrafı
çekilmiş, buna göre tane boyutlarının gerçek ölçüsünü bulmak için karşılaştırma
yapılmıştır. Alınan en az 7 adet örneğin tane boyutu ortalaması alınmış, bunun
sonucunda aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir:
5 bar’ da yapılan kaplamaların tane çaplarının ortalaması = 22,3 µm
10 bar’ da yapılan kaplamaların tane çaplarının ortalaması = 10,5 µm
15 bar’da yapılan kaplamaların tane çaplarının ortalaması = 4,8 µm olarak ölçülmüştür
resim (6.15).
96
Resim 6.15. Image-J programı ile tane boyutu ölçme görüntüleri
6.5. Sertlik Testleri
Testler sırasında oluşturulan boruların et kalınlıkları ergitme potasının büyüklüğünün
sınırlaması ile 5-6mm’yi geçememiştir. Böyle olunca mekanik özellik hakkında bilgi
verebilecek en önemli test olan çekme için numune alabilecek uygun büyüklükte boru
elde edilememiştir. Çekme dayanımının ile sertlik arasında doğrudan bir bağ
bulunduğundan sertlikleri ölçmek yolu ile mekanik özelliklerdeki iyileşmelerin tespitine
karar verilmiştir. Bilindiği gibi, sertlikteki artış çekme dayanımının da daha yüksek
olması anlamına gelmektedir.
Sertlik ölçümünün yapıdaki gözeneklilikler nedeni ile mikrosertlik yöntemi kullanılarak
yapılması gereği doğmuştur. Böylece taneler üzerinden sertlik ölçümü yapmak mümkün
olmuştur.
Testler sonucunda elde edilen her parçaya ait numunelerin farklı yerlerinden en az üç
noktada mikrosertlik ölçümü yapılmış ve ayni zamanda da saf alüminyum kütüğne
sertlik testi uygulanmıştır. Test sonucu alüminyum kütüğün sertliği 30.67 HV olarak
97
ölçülmüştür. Böylece 30.67 HV ’den düşük olan parçalarda sertlik düşüşü meydana
gelmiş ayni zamanda da 30.67 HV ’den değerİden yüksek olan parçalarda da sertlik
artışı olmuştur, ve bunun fakülte bünyesinde Kimya Mühendisliği Bölümü
laboratuvarında bulunan HMV marka mikrosertlik cihazını kullanılmıştır. HV0.5 skalası
ile alınan sonuçların ortalaması Çizelge 6.2’de sunulmuştur.
Çizelge 6.2. HMV ile elde edilen sertlik
Deney No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
Orta Kısımdaki
sertlik (HV)
31,20
43,30
45,60
47,80
45,50
24,59
45,50
24,68
27,22
39,00
43,10
34,90
38,80
32,70
31,60
24,30
40,40
24,10
37,90
37,10
47,50
38,50
38,80
34,80
31,20
34,40
37,40
34,50
25,90
31,40
41,00
25,30
Kenar Kısımdaki
sertlik (HV)
30,00
32,00
33,50
37,70
41,10
31,45
31,20
21,40
26,20
34,40
42,00
35,00
35,60
29,30
31,60
18,10
35,00
24,10
37,90
34,90
34,40
29,20
38,80
31,60
30,00
23,00
28,40
31,00
25,90
28,40
25,40
25,30
98
Çizelge 6.2.(Devamı) HMV ile elde edilen sertlik
değerleri
33
36,30
28,30
34
35,08
21,10
35
28,50
18,30
36
25,40
25,40
37
31,30
22,90
38
20,50
21,70
39
20,20
27,80
40
29,10
29,00
41
28,50
27,70
42
39,10
39,10
Yapılan deneyler sonucu elde edilen kaplamaların orta kısımlarından alınan örnekler
incelendiğinde, 135 mm mesafeden yapılan püskürtme deneylerinde beklendiği gibi
sertlik miktarının orta bölgede (40HV) kenar kısımlardan daha fazla olduğu gözlenmiştir
(32HV) (Şekil 6.7 ve 6.8). 165 mm’den yapılan püskürtmelerde ise gerek kenar (27HV)
ve gerekse orta kısımların (36HV) her ikisinde de 135 mm’den yapılan püskürtmelere
oranla sertlik miktarlarında önemli olmasa da bir azalma saptanmıştır. 200 mm’den
yapılan deneylerde de, orta kısımdan alınan numunelerde (31HV) 165 mm’den yapılan
deneylerden daha az bir sertlik kaydedilmiştir. Kenar kısımdan alınan örneklerde ise
(23HV)165 mm’den yapılan testlere göre sertlik miktarının yine beklendiği gibi bir
azalma gösterdiği gözlenmiştir.
99
Şekil 6.7. Orta kısımdaki sertliğe püskürtme mesafesi ve basıncın etkileri
Şekil 6.8. Kenar kısımdaki sertliğe püskürtme mesafesi ve basıncın etkileri
Nozul ucundaki çıkıntıların etkileri incelendiğinde, kaplamaların orta kısımlarında 4
mm’lik çıkıntı uzunluğunun 6 ve 8 mm’lik çıkıntılara göre daha fazla sert yapı verdiği
gözlenmiştir (35HV). 6 mm’lik çıkıntı için (27HV) değerindeki sertlikte dikkate değer
100
oranda bir azalma olduğu görülmektedir. Çıkıntı uzunluğu 8 mm’ye çıkarıldığında ise
değişimin önemli sayılamayacak ölçüde (25HV) olduğu görülmüştür (Şekil 6.9).
Şekil 6. 9. Orta kısımdaki sertliğe püskürtme mesafesi ve çıkıntı uzunluğunun etkileri
Kenar kısımlardan alınan örnekler incelendiğinde ise orta kısımlardaki gibi çıkıntı
uzunluğu arttıkça sertlik miktarında bir azalmanın (25HV mertebelerinde) olduğu tespit
edilmiştir (Şekil 6.10).
101
Şekil 6.10. Kenar kısımdaki sertliğe püskürtme mesafesi ve çıkıntı uzunluğunun etkileri
Yapılan deneylerde atomizasyon basıncının etkileri incelendiğinde, gerek kenar ve
gerekse orta kısımlarından artan basıncın sertliği arttırdığı görülmektedir (Şekil 6.11).
Yine burada da beklendiği gibi, basıncın artmasının orta ve kenar bölgedeki sertliklerde
etkisinin olmadığı, yani atomizasyon basıncı kenar bölgelerde atomizasyon basıncı
artırılmış olsa bile orta kısımlara göre daima daha yüksek gözenekliliğin oluştuğu
görülmüştür (Şekil 6.12).
102
Şekil 6.11. Orta kısımdaki sertliğe basınç ve çıkıntı uzunluğunun etkileri
Şekil 6.12. Kenar kısımdaki sertliğe basınç ve çıkıntı uzunluğunun etkileri
103
7. SONUÇ
Bu çalışmada, önceden yapılmış yakından eşlemeli laval tipi nozul kullanılarak, gaz
atomizasyonu yöntemiyle hava atomize alüminyum tozu üretilmesi ile birlikte çeşitli
yüksekliklerde dönen bir silindirin yüzeyinde alüminyum kaplaması yapılmıştır. Toz
metalurjisi tekniklerinden biri olan püskürtme şekillendirme (PŞ) ile bir kaplama
tabakası oluşturulmuş, ardından da bu silindiri çıkartarak boru elde edilmiştir.
PŞ parça üretiminde atomizasyon değişkeni olan gaz basıncı 5 bar, 10 ve 15 bar
seçilmiştir. PŞ değişkeni olan püskürtme mesafesi nozul altından itibaren 135 mm, 165
mm ve 200 mm olarak seçilmiştir. Ayrıca laval tipi nozulun bir parametresi olan çıkıntı
uzunluğu olarak da 4, 6 ve 8 mm seçilmiştir. Seçilen basınç, çıkıntı uzunluğu ve
yükseklik değerleri ile bir deney programı (design of experiment-DOE) oluşturulmuştur.
3 parametre (basınç, püskürtme yüksekliği, nozul çıkıntısı), 3 değer ve 3 tekrar için BoxBehnken tipi deney programı sonucunda 42 farklı şartta test ortaya çıkmıştır. Bu
programa uygun yüzey kaplama deneyleri yapılmış, çalışmada elde edilen kaplama
örneklerinin orta ve kenar kısımlarından birer numune alınarak bu parametrelerin
kaplama üzerindeki etkileri optik mikroskop ile araştırılmıştır.
Daha sonra tane şeklini daha net bir şeklide görebilmek için bir kısım numunelere
dağlama işlemi yapılmıştır. Aynı zamanda külçe halindeki alüminyum da optik
mikroskop altında incelenmiştir. Bu çalışmada elde edilen sonuçlar aşağıda
sıralanmıştır:
1. Kaplamaların orta kısımlarındaki gözenekliliklerin, kenar kısımlardan daha az
olduğu gözlenmiştir.
2. Püskürtme mesafesi arttıkça gözenek miktarı arttığı tespit edilmiştir. En az gözenek
miktarı 135mm püskürtme mesafesinde elde edilmiştir. Dolayısıyla, yüksek
yoğunluk için püskürtme mesafesinin mümkün olduğunca kısa tutulması
gerekmektedir.
104
3. Laval tipi nozulun bir geometrisi olan çıkıntı uzunluğu arttıkça gözenekliliğin
düştüğü gözlemlenmiştir. Çıkıntı uzunluğu 4mm’den 6 mm’ye çıkartıldığında
gözenek miktarında hissedilir bir azalma olduğu saptanmıştır. Çıkıntı uzunluğu 8
mm’ye çıkarıldığında ise 6 mm’ye göre önemli sayılamayacak ölçüde bir azalmanın
olduğu görülmüştür. Ancak grafikte de açıkça görüleceği üzere orta kısımdaki
gözenek miktarının kenar kısma nazaran yarı yarıya daha az olduğu tespit edilmiştir.
(%10 orta kısımlarda, kenar kısımlarda ise %20 mertebelerinde) görünmüştür.
4. Artan atomizasyon basıncıyla gözenek miktarının da düzenli olarak azaldığı
görülmüştür.
5. Mikroyapılar incelendiği zaman, beklendiği gibi normal bir döküme göre oldukça
ince ve homojen bir mikroyapı elde edilmiştir. Daha önceki çalışmalardan
anlaşılacağı gibi,
ince taneli mikroyapının
mekanik özellikleri arttıracağı
beklenmektedir.
6. Bu çalışma sonucunda elde edilen avantajlardan biri püskürtme şekillendirme
yöntemi ile tozların yığılması yapıldığından, çok ince bir tane yapısı, dolayısıyla
mekanik özelliklerde belirgin artış olarak özetlenebilir.
7. Kaplamaların orta kısımlarındaki sertliklerin, kenar kısımlardan daha fazla olduğu
gözlenmiştir.
8. Püskürtme mesafesi arttıkça sertlik miktarı azaldığı tespit edilmiştir. En yüksek
sertlik miktarı 135mm püskürtme mesafesinde elde edilmiştir. Bu da gözeneklilikler
ve tane büyüklüğü ile doğrudan bağlıdır. Çünkü bu şartlarda yapılan deneylerde de
daha az gözeneklilik ve daha küçük tane yapısı elde edilmiştir.
9. Artan atomizasyon basıncıyla sertlik miktarının da düzenli olarak arttığı
görülmüştür.
10. Laval tipi nozulun bir geometrisi olan çıkıntı uzunluğu arttıkça sertliğin düştüğü
gözlemlenmiştir. Çıkıntı uzunluğu 4mm’den 6 mm’ye çıkartıldığında sertlik
105
miktarında hissedilir bir azalma olduğu saptanmıştır. Çıkıntı uzunluğu 8 mm’ye
çıkarıldığında ise 6 mm’ye göre önemli sayılamayacak ölçüde bir azalmanın olduğu
görülmüştür.
Bundan sonraki yapılacak çalışmalarda mikroyapı üzerine yoğunlaşılması ve püskürtme
sırasında meydana gelen metalurjik olayların daha detaylı incelenmesi çalışmanın daha
etkin sonuçlar vermesini sağlayacaktır.
Prof.Dr. Süleyman Sarıtaş Toz Metalurjisi laboratuvarında bulunan gaz atomizasyonu
ünitesinin gerek dirençli ısıtma potası ve gerekse indüksiyon ocağı şimdilik yüksek
sıcaklıklarda ergiyen demir dışı metaller için uygun değildir. Özellikle uygun pota
kullanımı ile bakırın da indüksiyon ocağında ergitilmesi mümkün olabilecektir ve
böylece farklı malzemeler için de benzeri testler uygulanabilir.
Mevcut deney düzeneği ile yapılabilecek bir diğer test ise alüminyum matrisli kompozit
malzemeler üretimi olabilir. Metal ergitildikten sonra içine seramik tozlarının ilavesi ve
bu hali ile püskürtme şekillendirmenin yapılması ve buna bağlı analizlerin yapılması
mümkündür.
106
KAYNAKLAR
1. German, R., M., “Powder Metallurgy Science 2nd edition”, Metal Powder
Industries Federation, USA, 16-20, 76-90 (1984).
2. Angelo, P., C., Subramanian, R., “Powder metallurgy science, technology and
applications”, New Delhi, 84-117 (2008).
3. Yıldız, E., S., “Gaz atomizasyonu ile metal tozu üretiminde, nozul geometrisinin
toz boyutuna etkisinin araştırılması”, Yüksek Lisans Tezi, Dumlupınar
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kütahya, (2007).
4. İnternet: http://mf.dpu.edu.tr/~runal/toz/sprayforming.pdf
5. Bozkurt, Ç., Ünal, R., “Gaz atomizasyon yöntemi ile metal tozu üretiminde gaz
akış modelleri”, I.Ulusal Metalurji Ve Malzeme Günleri Bildiri Kitabı,
Osmangazi Üniversitesi, Eskişehir, 099 (2004).
6. İnternet:http://www.odevarsivi.com/dosya.asp?islem=gor&dosya_no=7957
7. German, R., M., Çeviri Editörleri: Sarıtaş, S., Türker, M., Durlu, N., “Toz
metalurjisi ve parçacıklı malzeme işlemleri”, Ankara, 84-122 (2007).
8. İnternet:http://mf.dumlupinar.edu.tr/~runal/toz/powdermet.html
9. Küçükarslan, S., “Gaz atomize kalay tozu üretim parametrelerinin deneysel
olarak araştırılması”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri
Enstitüsü, Ankara, 36-46 (2006).
10. Sarıtaş, S., Uslan, İ., “Gaz atomizasyonunda nozul geometrisi, gaz cinsi ve
basıncının alüminyum tozu boyutuna etkisinin araştırılması”, I.Ulusal Toz
Metalurji Konferansı Bildiri Kitabı, Gazi Üniversitesi, Ankara, 217-226 (1996).
11. Bozdağ, V., “Yakından eşlemeli laval nozul kullanılarak yapılan püskürtme
şekillendirmenin mekanik özelliklere etkisinin araştırılması”, Yüksek Lisans
Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (2008).
12. İnternet: http://www.turkishpm.org
107
13. Fogagnolo, J., B., Froyen, L., Ruiz-Navas, E., M., Ruiz-Prieto, J., M., Velasco,
F., “One step production of aluminium matrix composite powders by
mechanical alloying”, Composites Part A: Applied Science and
Manufacturing, 37(11): 2114-2120 (2006).
14. Morsi, K., Olevsky, E., A., Shinde, S., “Effect of nickel particle size on the
compaction behavior of rotator mixed and mechanically alloyed nickel and
aluminum powders”, Materials Science and Engineering, 426(1-2): 283-288
(2006).
15. Atik, E., “Demir esaslı toz metal parçaların borlamayla yüzey performansının
artırılması”, 4. Ulusal Toz Metalurjisi Konferansı, 1032-1039 (2005).
16. Le, T., and Henein, H., “Effect of nozzle geometry and position on gas
atomisation, The international Journal of Powder metallurgy”, Volume 32, No
4, 353-363 (1996).
17. İnternet:http://tr.wikipedia.org/wiki/Al%C3%BCminyum
18. Giyad, F., A., Ali, A., H., Mahdi, R., S., “Studying the Physical Properties of
System (Al-BuC) Composite Machlat El-handasa and El-teknalojiya ”,
Baghdad Technology University, IRAQ, 28(10) (2010).
19. İnternet:http://www.alüminyumsanayi.com/alüminyumprofilgenel.htm
20. Sarıtaş, S., Çoğun, C., Türkoğlu, H., Türker, M., Karataş, Ç., Uslan, İ., Usta, Y.,
“Gaz atomizasyonu ile metal tozlarının üretiminin araştırılması”, Kesin Rapor,
Gazi Üniversitesi, Ankara, 97K121100 (2003).
21. Uslan, İ. “Gaz atomize alüminyum tozlarının özelliklerine üretim
değişkenlerinin etkisinin araştırılması”, Doktora tezi, Gazi Üniversitesi Fen
Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 4, 58-65, 69-71, 82-100 (1999).
22. Ünal, R., “Gaz atomizasyonu ile metal tozu üretim parametrelerinin
araştırılması”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,
Ankara, 3-6, 24-25, 57-58 (1995).
23. İnternet: http://mf.dpu.edu.tr/~runal/toz/3.gaz%20atomizasyonu.pdf
24. Uslan, İ., Küçükarslan, S., “Kalay tozu üretimine gaz atomizasyonu
parametrelerinin etkisinin incelenmesi”, Gazi Üniviversitesi Mühendislik
Mimarlık Fakültesi, 25(1): 1-8 (2010).
108
25. Uslan, İ., “Toz Metalurji Üretim Teknikleri”, Gazi Üniversitesi Yüksek Lisans
Ders Notları, (2009).
26. Lawley, A., “Atomization: The production of metal powders”, Metal Powder
Industries Federation, Princeton, New Jersey, USA, 21-33, 100-106 (1992).
27. Dombrowski, N., Johns, W., R., “The aerodynamic instability and disintegration
of viscous liqiud sheets”, Chemical Engineering Science, 18: 203-214 (1963).
28. See, J., B., Johnston, G., H., “Interactions between nitrogen jets and liquid lead
and tin streams”, Powder Metallurgy, 21: 119-133 (1978).
29. Alier, A., J., Losada, A., “Characteristics of atomized powders”, Powder
Metallurgy Int., 21(5): 15-19 (1985).
30. Lubanska, H., “Correlation of spray ring data for gas atomization of liquid
metals”, J. Metals, 38: 45-49 (1970).
31. Mehrotra, S., P., “Review 15: Mathematical Modelling of Gas Atomization
Process for Metal Powder Production”, Part 2, Powder Metallurgy Int.,
13(3):132-135 (1981).
32. Ünal,-A.,“Production of rapidly solidified magnesium powders by gas
atomization”, Materials Science and Technology, 5(1010): 1027-1033 (1989).
33. Uslan, İ., “Nozul tipinin hava atomize alüminyum tozu boyutuna etkisi”, Gazi
Üniviversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi, (14) (1): 1-15, (1999).
34. Yule, A., J., and Dunkley, J., J., “Atomization of Melts”, Oxford Univ. Press,
New York, USA, 165-189 (1994).
35. Zhang, J., Y., Al, B., Liu, C., Zhu, R., Zhang, D., and Ma, C., “Microstructure of
explosively consolidated rapidly solidified aluminium and Al-Li alloy
powders”,J. Material Science, 27, 2298-2308 (1992).
36. Olefjord, I., Nyborg, L., “Surface analysis of gas atomized ferritic steel
powder”, Powder Metallurgy, 28(4): 237-243 (1985).
37. Ünal, A., “Effect of processing variables on partide size in gas atomization of
rapidly solidified aluminium powders”, Materials Science and Technology,
3:1029-1039 (1987).
109
38. Allimant, A., Planche, M., P., Bailly, Y., Dembinski, L., Coddet, C., “Progress
in gas atomization f liquid metals by means of a De Laval nozzle”, Powder
Technology, 190, 79–83 (2009).
39. Davies, T., J., Sarıtaş, S., Uslan, İ., “Effects of variables on size and
characteristics of gas atomized aluminium powders”, Powder Metallurgy,
Manchester, U.K, 42(2): 156–163 (1999).
40. Odabaşı, A., Altmışoğlu, S., A., Eruslu, N., “Toz metalurjisine alternatif: Osprey
prosesi”, I.Ulusal Metalurji Ve Malzeme Günleri Bildiri Kitabı, Osmangazi
Üniversitesi, Eskişehir, 099 (2004)
41. Lawley, A., “The Science, Technology and Applictions of Spray Forming”,
1.Ulusal Toz Metalurjisi Konferansı Kitabı, Türk Toz Metalurjisi Dernegi,
Gazi Üniversitesi, Ankara, 1-19 (1996).
42. Cai., W., D., Smugeresky, J., Lavernia, E., J., “Low-Pressure Spray Forming of
2024 Aluminum Alloy”, Material Science and Engineering A, 241 (1-2): 60-71
(1998).
43. Ekici, A., A., “Ekstrüzyonla tam yoğunlaştırılmış püskürtme şekillendirme
alüminyumun mekanik özelliklerinin deneysel olarak araştırılması”, Yüksek
Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 1 (2005).
44. Chang, K., F., Guo, M., L., T., Kong, R., H., Chi, Y., A., T., Huang, J., C., Jang,
J., S., C., “Mg–Cu–Gd layered composite plate synthesized via the spray
forming process”, Materials Science and Engineering, A 477, 58–62 (2008).
45. Schneider, A., Uhlenwinkel, V., Harig, H., Bauckhage, K., “Overspray injection
in spray forming of CuSn13.5 billets”, Materials science and Engineering, A
383, 114–121 (2004).
46. Wang, X., Zhao, J., He, J., “Investigation on the microstructure and techanical
properties of the spray-formed Cu–Cr alloys”, Materials science and
Engineering, A 460–461, 69–76 (2007).
47. Lavernia, E., Gutierrez-Miravete, E., And Trapaga, G., “Heat Transfer and
Solidification Behaviour During Spray Atomisation and Deposition of Low
Carbon Steels”, Modern Developments in Powder Metallurgy, 19: 457-473,
(1988).
110
48. Takahara, T., “Properties of Al-High Si Alloys Produced by Spray Forming
Process and its Application”, EURO PM’95 Spray Forming, Birmingham,
143-149, (1995).
49. Siegert, K., Huber, S., “Forming of spray formed copper alloys with injected
carbon”, Materials science and Engineering, A326, 63–7 (2002).
50. Wang, X., Zhao, J., He, J., Hu, Z., “Hot rolling characteristics of spray-formed
AZ91 magnesium alloy”, Trans. Nonferrous Met. SOC. China 17, 238-243
(2007).
51. Liu, D., Zhao, J., Li, M., “Modeling and experimental verification of tubular
product formation during spray forming”, Trans. Nonferrous Met. Soc. China
19, 661-667 (2009).
52. Müler, H., R., Ohla, K., Zauter, R., And, Ebner, M., “Effect of reactive elements
on porosity in spray-formed copper-alloy Billets”, Materials Science and
Engineering A, 383 (1): 78-8 (2004)
53. Lee, J., Jung J., Y., Lee, E., Park, W., J., Ahn, S., And Kim N., J,
“Microstructure and properties of titanium boride dispersed Cu alloys fabricated
by spray forming”, Materials Science and Engineering A, 277 (1-2): 274-28
(2000).
54. Stone, I., C., Tsakiropoulos, P., “Coolig rates in gas atomised Al-4wt% Cu alloy
powders”, Int. J. Rapid Solidifcation, 7: 177-190 (1992).
111
EKLER
112
EK-1. Gazi Gaz Atomizasyon Birimi’nin şematik resmi
113
EK-2. 0° flanşın (135mm püskürtme yüksekliği için) teknik resmi
114
EK-3. 6° flanşın (165mm püskürtme yüksekliği için) teknik resmi
115
EK-4. 9° flanşın (200 mm püskürtme yüksekliği için) teknik resmi
116
EK-5. Milin teknik resmi
117
ÖZGEÇMİŞ
Kişisel Bilgiler
Soyadı, adı
: ASWAD, Shaker M.
Uyruğu
: IRAK (TÜRKMEN)
Doğum tarihi ve yeri : 12.08.1981 Telafer
Medeni hali
: Bekar
Telefon
: 00964 770 991 92 92 / 0090 545 802 09 20
e-mail
: shaker_aswad2003@yahoo.com
Eğitim
Derece
Eğitim Birimi
Mezuniyet tarihi
Lisans
Musul Üniversitesi / Makine Mühendisliği
2003
Lise
Telafer Lisesi
1999
Yabancı Dil
İngilizce, Arapça, Türkçe
Yayınlar
1. Aswad, SH., Yasin, B. “Protection of steel pipes buried underground
corrosion”Mosul
2.
University, IRAQ, 2003.
Aswad, SH., Yasin, B. “Musul Asfalt Fabrikası’nda üretim tesislerinin kontrol
çalışmaları”, Musul Üniversitesi, IRAK, 2002.
Hobiler
Futbol, kitap okumak, gezi, müzik.
Download