Metal alaşım tozları, birleştirildiklerinde tek metal formlarında bulunmayan özelleştirilmiş mekanik, termal, elektrik ve korozyon özelliklerinden yararlanan yüksek performanslı bileşenler oluşturan metal elementlerin ince partiküllü karışımlarını ifade eder. Bu kılavuz, yaygın olarak kullanılan nikel, alüminyum, çelik ve titanyum alaşım tozlarının bileşimi, üretim yöntemleri, özellikleri, uygulamaları, spesifikasyonları ve karşılaştırmaları hakkında ayrıntılı bilgi vermektedir.
Genel Bakış Metal Alaşım Tozları
Alaşımlama, iki veya daha fazla metalin faydalı özelliklerini birleştirir - birinden mukavemet, diğerinden korozyon direnci ve üçüncü bir metalden yüksek sıcaklık kararlılığı, hedeflenen uygulamalar için tasarlanmış özelleştirilmiş bir matriste.
gibi özelliklerle üretilen ön alaşımlı metal tozları:
- Çökeltilerden kaynaklanan doğal yüksek mukavemet
- Yüksek sıcaklıklarda mukavemeti koruyan termal stabilite
- Uzun ömürlülük için oksidasyon ve aşınma direnci
- Tıbbi cihaz güvenliği için biyolojik inertlik
- Gelişmiş üretime yardımcı olan kontrollü parçacık boyutu/şekli
- İşleme sürecini en aza indirerek net şekilli bileşenler halinde birleştirildi
Toz metalürjisi tekniği, çeşitli endüstrileri destekleyen küçük hassas parçaların büyük hacimli üretimini kolaylaştırır.
Metal Alaşımlı Toz Bileşim Türleri
Yaygın olarak kullanılan alaşım tozu varyantları şunlardır:
Tablo 1: Yaygın metal alaşım toz bileşimleri ve özellikleri
| Alaşım | Elementler | Kaldıraçlı Mülkler | Uygulamalar |
|---|---|---|---|
| Nikel alaşımları | Ni, Cr, Fe, Nb vb. | Korozyon + ısı direnci | Havacılık ve uzay, denizcilik donanımı |
| Alüminyum alaşımlar | Al, Cu, Mg, Si vb. | Hafif güç | Otomotiv parçaları, dişliler |
| Takım çeliği alaşımları | Fe, Mo, Cr, V vb. | Yüksek sıcaklıklarda sertlik koruması | Ekstrüzyon kalıpları, kalıplar |
| Titanyum alaşımları | Ti, Al, V, Cu vb. | Güç + biyouyumluluk | Cerrahi implantlar, havacılık ve uzay |
| Refrakter alaşımlar | W, Mo, Ta, Nb vb. | Çok yüksek erime noktası | Askeri, uzay, nükleer |
Demir, alüminyum ve titanyumun krom, nikel, bakır vb. alaşım elementleriyle özelleştirilmiş kombinasyonları, hedeflenen ürün ihtiyaçları için galvanik uyumluluk, manyetizma ve iletkenliğin ayarlanmasına yardımcı olur.
Alaşım Tozları için Temel Üretim Yöntemleri
Tablo 2: Önde gelen ticari ölçekli alaşım tozu üretim yollarına genel bakış
| Yöntem | Süreç | Özellikler |
|---|---|---|
| Gaz atomizasyonu | İnert gaz erimiş metal akışını ince damlacıklara ayırır | Düzgün dağılımlı küresel tozlar |
| Su atomizasyonu | Yüksek basınçlı su jeti metal eriyiğini parçalıyor | Düzensiz toz morfolojisi |
| Plazma atomizasyonu | Plazma arkı hammaddeyi daha ince damlacıklar halinde eritir | Çok ince, küresel tozlar |
| Mekanik alaşımlama | Toz hammaddelerin tekrarlanan soğuk kaynağı ve kırılması | Özelleştirilmiş çoklu alaşımlar |
| Elektroliz | Sulu çözeltilerden kontrol edilebilir tabakalı metal birikintileri | Gözenekli düzensiz tozlar |
Gaz atomizasyonu, titanyum ve alüminyum kaliteleri gibi reaktif alaşım kimyasalları için uygun olan en iyi kirlilik kontrolünü sağlar. Su atomizasyonu, maliyete duyarlı çelik alaşım hacimleri için daha yüksek çıktılar sunar. Plazma atomizasyonu 20 mikron altı boyutlara ulaşır.
Özellikleri ve Nitelikleri
Tablo 3: Ticari metal alaşım tozlarının sergilediği tipik özellikler
| Mülkiyet | Özellikler |
|---|---|
| Kompozisyon | 2'den fazla metal ile özel alaşımlama mümkündür |
| Parçacık boyutu | Tipik 15-150 mikron boyutları |
| Parçacık şekli | Değişir - küresel, düzensiz, dendritik |
| Musluk yoğunluğu | Alaşımlar, sıkıştırmaya yardımcı olan >3 g/cc daha yüksek vuruş yoğunluğuna sahiptir |
| Akış hızları | Yayılabilirliği etkiler; >25 s/50 g katmanlaşmaya yardımcı olur |
| Görünür yoğunluk | Dar dağılım yoğunluk tutarlılığını artırır |
| Sıkıştırılabilirlik | Alaşımlar daha yüksek yeşil ve sinterlenmiş yoğunluğa sahiptir |
| Geçirgenlik | Bitmiş alaşımın manyetik durumuna bağlıdır |
| Sertlik | Alaşımlama, saf metallere kıyasla sertleşebilirliği artırır |
Kimyasal sentezin yanı sıra, toz morfolojisi konsolidasyon davranışının belirlenmesinde ve dolayısıyla serbest akış özelliklerinin hayati önem taşıdığı toz yatağı füzyonu, bağlayıcı püskürtme ve metal enjeksiyon kalıplama uygulama teknolojilerinin başarılı bir şekilde benimsenmesinde eşit derecede önemli bir rol oynamaktadır.
Uygulamaları ve Kullanım Alanları Metal Alaşım Tozları
Geleneksel kütüklerde bulunmayan genişletilmiş özelleştirme özgürlüğü ile alaşım tozları kullanan temel ürün kategorileri şunlardır:
Tablo 4: Metal alaşım tozları için başlıca uygulama alanları
| Sektör | Uygulamalar |
|---|---|
| Havacılık ve Uzay | Türbin kanatları, gövde bağlantı parçaları, dişliler |
| Otomotiv | Bağlantı çubukları, tahrik dişlisi milleri |
| Tıbbi | Diş kronları, implantlar, protezler |
| Denizcilik | Pompa pervaneleri, pervaneler, tuzlu su boruları |
| Petrol ve Gaz | Kuyu içi kaplinler, vanalar, kuyu sahası yedek parçaları |
| 3D baskı | Hafif kafesler, yüksek sertleştirilmiş mukavemete sahip biyonik şekiller |
Sertlik, korozyon direnci ve boyutsal doğruluğun mümkün olan özel dengesi, alaşım tozlarını savunma, uzay, biyomedikal ve ulaşım ekipmanı ürünlerinde kritik dönen bileşenlerin üretimi için cazip hale getirmektedir.
Metal Alaşımlı Toz Teknik Özellikler
Alaşım tozu bileşimleri, güvenilir performans sağlayan sertifikalı spesifikasyonlara uygundur.
Tablo 5: Endüstriyel, havacılık ve savunma sektörlerinde alaşım tozu özellikleri
| Alaşım | Ortak Özellikler |
|---|---|
| Nikel alaşımları | AMS 4777, 4779 vb. |
| Çelikler | Özel H ve D takım çeliği karışımları |
| Alüminyum | AMS 4010, AMS 4000 serisi vb. |
| Titanyum alaşımları | AMS 7001, 7004 vb. |
| Kobalt alaşımları | AMS 5887, ASTM B776 vb. |
Bu spesifikasyonlar kabul edilebilir test yöntemlerini, numune alma prosedürlerini, kabul kriterleri aralıklarını ve toz partisi dokümantasyon protokollerini belirler.
Hem ASTM International hem de bireysel üreticiler, kritik uygulamalar için ilgili boyut derecelendirmesini, kimyasal analizi, partikül özelliklerini ve ayrıca konsolidasyon sonrası mekanik ve fiziksel özellik sınırlarını tanımlar.
Küresel Tedarikçiler ve Fiyatlandırma Bilgileri
Tablo 6: Önde gelen uluslararası alaşım tozu üreticileri ve fiyat aralıkları:
| Şirket | Alaşım Sınıfları | Kg Başına Fiyat Aralığı | |
|---|---|---|---|
| Höganäs | Çelik, Nikel | $5-15 | |
| Sandvik | Osprey | Titanyum, Nikel, Kobalt | $50-150 |
| Carpenter | Titanyum, Kobalt, Çelik | $40-100 | |
| Praxair | Nikel, Çelik, Kobalt | $15-60 | |
| ATI Toz Metaller | Titanyum, Nikel, Demir | $30-90 |
Fiyatlar, ürün sertifikasyon ihtiyaçlarına, satın alınan hacimlere, ilgili bileşimin özelliğine ve toz imalatında ve işlem sonrası atomizasyon karmaşıklığının derecesine bağlıdır.
Karşılaştırmalı Artılar ve Eksiler
Tablo 7: Dökme veya dövme metal muadillerine göre artıları ve eksileri
| Avantajlar | Dezavantajlar |
|---|---|
| Daha çok yönlü | Konsolidasyon için ekstra adımlar gerekli |
| Mükemmel homojenlik | HIP olmadan daha düşük tokluk |
| Özelleştirilebilir bileşenler | Maksimum boyut sınırlı |
| Net şekil oluşturmadan kaynaklanan atıkların azaltılması | Şu anda daha yüksek maliyet |
| Isıl işlem esnekliği | Yüzey kaplama zorlukları |
Polimerler ve metal alaşımlarını birlikte içeren ortopedik diz eklemleri gibi daha düşük hacimlerde yapılan karmaşık veya entegre çok malzemeli tasarımlar için, eklemeli üretime hazır olmak daha hızlı ve daha ucuz yollar sağlar.
Sıkça Sorulan Sorular
S: Element tozlarını ayrı ayrı karıştırmak yerine önceden alaşımlanmış toz kullanmanın faydası nedir?
Ön alaşımlama, xyz boyunca istenen kimyanın homojenliğini sağlar, partiden partiye bileşen performansı değişkenliği olasılığını azaltır ve uygun olmayan harmanlama oranlarının neden olduğu varyasyonu önler.
S: Hangi konsolidasyon işlemleri alaşım tozlarını katı bileşenlere dönüştürür?
Ana yöntemler arasında sinterleme, metal enjeksiyon kalıplama, sıcak izostatik presleme ve lazer toz yatağı füzyonu ve ardından infiltrasyon gibi eklemeli üretim teknikleri bulunmaktadır. Seçim sektöre, ürün boyutuna, karmaşıklık ihtiyaçlarına ve ekonomiye bağlıdır.
