Metal tozu, toz metalurjisi prosesinin başlangıç noktası olup, özellikleri sinterlenmiş parçaların mekanik ve fiziksel özelliklerini derinden etkilemektedir.
Ancak metal tozunun nasıl üretileceği günümüzde bile karmaşık bir süreç olmaya devam ediyor. Neyse ki üreticiler toz üretim teknolojilerini sürekli olarak güncelliyor.
Çeşitli metal tozu üretim yöntemlerine bir göz atalım.
Atomizasyon Süreci
Bunu biliyor olabilirsin gaz ve su atomizasyonu Metal tozları üretmek için yaygın yöntemlerdir. Hepsi sıvı metali damlacıklara ayırır ve ardından bunları toz haline getirir. Su atomizasyonu, yüksek üretim hacmi ve düşük maliyetiyle bilinir, ancak yüksek oksijen içeriğine ve düzensiz şekillere sahip tozlar üretir. Buna karşılık, gaz atomizasyonu daha düşük oksijen içeriğine ve daha küresel şekillere sahip tozlar üretir. Gaz atomizasyonu, esas olarak titanyum tozu gibi kolay oksitlenen metalleri üretmek için kullanılır. paslanmaz çelik tozu, su atomizasyonu genellikle üretim için kullanılırken Demir tozu.
Üreticiler, her iki yöntemin avantajlarını bir araya getirmek için hibrit atomizasyon teknolojisini geliştirmiştir. Bu işlemde, erimiş metal önce gazla, ardından suyla atomize edilir.
Dünya lideri metal tozu üreticisi Höganäs, vakum indüksiyonlu eritme inert gaz atomizasyonunu (VIGA) geliştirmiştir. VIGA, üstün toz özellikleri elde etmek için vakum indüksiyonlu eritmeyi inert gaz atomizasyonuyla birleştirir. Özellikle yüksek saflık ve kontrollü parçacık boyutu dağılımı gerektiren uygulamalar için uygundur.
Kimyasal Ayrışma
Metal karbonillerden ve metal hidritlerden toz elde etmek için kimyasal ayrıştırma işlemleri kullanılır.
Demir tozu ve nikel tozu Kimyasal ayrıştırma yöntemiyle elde edilenler ise 1 ile 8 μm arasında değişen çok küçük parçacık boyutlarına sahiptir.
Nikel karbonil, nikel blokları ve nikel içeren malzemelerin 160°C'de karbon monoksit ile reaksiyona sokulmasıyla üretilir. Bu işlem 100-240 atm basınç gerektirir. Nikel karbonil, nikel bloğu üzerinde desorbe edildikten sonra, yaklaşık 230°C sıcaklıkta saf nikel tozuna ayrışır.
Karbonil demir tozu parçacıkları genellikle küreseldir ve soğan kabuğu yapısına sahiptir. Ayrıca, karbonil demir tozu parçacıkları küresel ve çok incedir (>10 µm), nikel tozu parçacıkları ise çok düzensizdir.
Azalma
Üreticiler, atomizasyon işleminin yanı sıra demir tozu üretmek için genellikle indirgeme yöntemini kullanırlar. Bu işlem, cevheri karbon veya hidrojen kullanarak indirgeme işlemidir.
Öncelikle demir oksit, karbon monoksit ile indirgenerek demir tozu elde edilir. Bu metal tozları yüksek oksijen içeriğine, düşük sıkıştırılabilirliğe sahiptir ve kalıplamaya uygun değildir.
Daha sonra indirgenmiş demir tozu, çelik bantlı bir fırında 800 ila 900°C'de tavlanır ve dekarbürize edilir. Son olarak, iyi sıkıştırılabilirliğe ve düşük oksijen ve karbon içeriğine sahip sünger demir tozu elde etmek için ezilir ve elenir.
İndirgemeyle elde edilen demir tozu, su atomize tozuyla karşılaştırıldığında düzensiz bir görünüme ve içinde çok sayıda boşluğa sahiptir; buna sünger demir tozu denir.
Ek olarak, toz metalurji malzemeleri Üreticiler, su atomize edilmiş bakır tozunun yığın yoğunluğunu ayarlamak için indirgeme yöntemini kullanır. Bu işlem, su atomize edilmiş bakır tozunu havada oksitleyip ardından 500°C'ye düşürmektir. Bakır tozunun yığın yoğunluğu 2.0 g/cmXNUMX'e kadar düşürülebilir.3Ancak oksidasyon ve redüksiyon işlemi sırasında bakır tozu aglomerasyona eğilimlidir ve sonrasında kırılmayı gerektirir.
Azaltmanın şu avantajları vardır:
- Yüksek saflıkta metal tozu, saflık %99.5'i aşıyor
- Daha ince toz üretir
- Yüksek üretim verimliliği
Elektroliz
Elektroliz, bakır tozu ve demir tozu üretmek için idealdir.
Elektrolitik hücrede anot bir bakır blok, katot ise yüksek saflıkta bakır veya paslanmaz çeliktir ve elektrolit olarak bakır sülfat kullanılır. Elektroliz işlemi sırasında bakır iyonları anottan salınır ve katot üzerine biriktirilir.
Bu işlem, elektrokaplama işlemine benzer. Elde edilen elektrolitik bakır tozu yıkanabilir, filtrelenebilir, kurutulabilir, tavlanabilir ve kırılarak yüksek saflıkta bakır tozu elde edilebilir. Genellikle bakır içeriği %99.5, oksijen içeriği ise %0.05'in altındadır.
Elektrolitik demir tozu yüksek sıkıştırılabilirliğe, yüksek tokluğa ve yüksek manyetik özelliklere sahiptir. Elektrolitik bakır tozunun aşağıdaki avantajları vardır:
- Yüksek saflık
- İyi sıkıştırılabilirlik
- İyi yeşil güç
- Düşük görünür yoğunluk (yaklaşık 0.55 ila 3.5 g/cm3)
Ancak elektroliz işlemi maliyetlidir ve kirliliğe yol açabilir.
Mekanik İşleme
Kırılgan metaller için üreticiler gerekli tozları mekanik işleme yoluyla elde ederler, bunlar arasında şunlar yer alır:
- Aşındırma
- Sıkıştırma
- değirmencilik
Bu işlemin verimi düşüktür ve toz kolayca kirlenir.
Metal tozları üretmek için mekanik yöntemler kullanırken, metal tozu sıcaklığının yükselip yanma sorunlarına yol açabileceğine dikkat edin. Bu sorun, aşağıdakiler gibi yüksek reaktif tozlar için daha ciddidir: titanyum tozu.
Metal Tozunun Özellikleri
Ürettiğinizde sinterlenmiş parçalar, toz metalin özelliklerini hesaba katmak gerekir.
Parçacık boyutu:
Metal tozlarının parçacık boyutu genellikle 1 ila 1000 mikron arasındadır. Parçacık boyutu ölçüm yöntemleri arasında lazer saçılımı, eleme ve mikroskopi bulunur. Yaygın parçacık şekilleri arasında granüler, küresel, pulsu ve dendritik parçacıklar bulunur.
Yüzey alanı
Sinterlenmiş parçalar için, tozun yüzey alanı ne kadar büyükse, enerjisi o kadar yüksek, daha az kararlıdır ve işlenmesi o kadar kolaydır. sinterleme işlemi.
Kütle yoğunluğu
Yığın yoğunluğu, bilinen hacimdeki bir kaba bilinen bir toz kütlesinin doldurulmasıyla ölçülür. Tozun yığın yoğunluğu ne kadar yüksekse, tozlar arasındaki sürtünme o kadar az olur ve kalıbın doldurulması o kadar kolay olur.
Parçacık boyutu dağılımı
Dar bir dağıtım, düzgün paketleme ve işlemeyi kolaylaştırır
Dokunulan yoğunluk
Sıkıştırılmış yoğunluk, toz halindeki bir malzemenin sıkıştırıldıktan veya "sıkıştırıldıktan" sonraki yoğunluğunun bir ölçüsüdür. Tozun paketleme verimliliğini ölçmek için kullanılır.
Akış Hızı: Tozlar arasındaki sürtünmeyi temsil eder. Toz parçacık boyutu ve şeklinden etkilenir.
Sıkıştırılabilme
Tozun uygulanan basınç altında hacimce azalma kabiliyetini ifade eder. Yüksek sıkıştırılabilirlik, tozun basınç altında yüksek bir yoğunluğa ulaşabileceğini gösterir. sıkıştırma işlemiGüçlü ve dayanıklı bileşenler üretmek için olmazsa olmazdır.
Kimyasal bileşim
Metal tozlarının kimyasal bileşimi, endüstrinin malzeme standartlarını karşılamalıdır. Karbon içeriği gibi bazı elementler, parçaların mekanik özelliklerini etkiler ve bu da ürünün mukavemetini, sünekliğini ve tokluğunu etkiler.
Metal Tozu Üretim Yöntemlerinin Karşılaştırılması
Tozların çoğu gaz atomizasyonu, su atomizasyonu, kimyasal ayrıştırma ve indirgeme yöntemleriyle üretildiğinden, size hızlı bir karşılaştırma sunuyoruz.
| Süreç | Gaz Atomizasyonu | Su Atomizasyonu | Kimyasal Ayrışma | Azalma |
|---|---|---|---|---|
| Metal | Titanyum, Paslanmaz çelik, yüksek hızlı çelik | Demir, yüksek hızlı çelik, paslanmaz çelik | Nikel karbonil, Demir karbonil | Demir |
| Parçacık boyutu | SD ≈ 10 ile 300 ila 2 μm | Medyan: 50 ila 100 μm | <10 μm | <150 μm |
| Parçacık Şekli | küresel | Düzensiz | Küresel veya kirpi biçimli | Düzensiz |
| Artılar | Düşük oksijen içeriği Yüksek yeşil yoğunluk |
İyi yeşil güç Yüksek verim |
Yüksek sinterleme yoğunluğu | Boşluklu Düşük maliyetli Yüksek yeşil mukavemet |
| Eksiler | Zayıf yeşil kompakt Düşük ince toz verimi |
Yüksek oksijen içeriği | Yüksek fiyat | Düşük yeşil yoğunluk |
| Uygulama | Toz Metalurjisi, MIM, 3D baskı | Metal Enjeksiyon Kalıplama | Metal Enjeksiyon Kalıplama | Geleneksel PM süreci |
Metal Tozunun İşlenmesine İlişkin Önlemler
Metal tozlarının üretiminde güvenlik en önemli önceliktir.
Metal tozları, işçilerde kolayca alerjik sorunlara yol açabilir. Ayrıca, toz da ciddi bir sorundur. 10 μm'den büyük tozların çoğunun insan vücudunun filtreleme sistemi tarafından filtrelendiği bilinmektedir. Ancak 1 μm'den küçük tozlar (sigara dumanı parçacıklarının çapı 0.01 ila 1 μm arasında değişir) işçilerin akciğerlerine kolayca solunabilir ve alveoller yoluyla kana karışabilir.
PM2.5 için Çin, ABD ve Japonya'nın aşağıdaki düzenlemeleri bulunmaktadır.
Toz parçacık boyutu çok küçük olduğunda kendiliğinden yanma sorununa dikkat edilmeli, taşıma ve depolamada dikkatli olunmalıdır.
| Ülke | Çin | US | Japonya |
|---|---|---|---|
| Yıllık Ortalama (μg/cm³) | 35 | 12 | 15 |
| Günlük Ortalama (μg/cm³) | 75 | 35 | 35 |
SSS
Toz Üretimi Nedir?
Toz üretimi, toz metalurjisi, katkılı imalat ve ilgili uygulamalar için hammadde görevi gören metal veya seramik tozlarının üretiminde kullanılan süreçleri ifade eder. Bu tozlar, sıkıştırma ve sinterleme sırasında tutarlı bir davranış sağlamak için hassas kimyasal bileşim, parçacık boyutu, şekil ve saflıkta tasarlanmıştır.
Yaygın toz üretim süreçleri şunları içerir:
Atomizasyon: Erimiş metal, yüksek basınçlı gaz veya su ile ince damlacıklara parçalanarak toz haline getirilir. Gaz atomizasyonu, iyi akışkanlığa sahip küresel parçacıklar üretirken, su atomizasyonu daha yüksek sıkıştırılabilirliğe sahip düzensiz parçacıklar üretir.
Kimyasal Azaltma: Metal oksitler, hidrojen veya karbon monoksit ile indirgenerek metal tozları oluşturur. Bu yöntem genellikle demir, bakır ve tungsten için kullanılır.
Elektrolitik Biriktirme: Metal, bir elektrolitten bir katoda biriktirilir, ardından çıkarılır, kurutulur ve ince, yüksek saflıkta toz haline getirilir. Genellikle bakır, nikel ve demir için kullanılır.
Toz Metaller Geleneksel Metallerden Nasıl Farklıdır?
Toz metalurjisi, ince metal tozlarını erime noktalarının altında sıkıştırıp sinterleyerek toz metaller üretir. Bu işlem, karmaşık geometrilerin oluşturulmasına, yüksek malzeme kullanımına ve hassas mikro yapı kontrolüne olanak tanır. Döküm, dövme ve işleme gibi geleneksel yöntemler katı metalleri şekillendirir ve genellikle daha fazla atık ve daha az tasarım esnekliğiyle sonuçlanır.
Demir Tozları Üretiminde Hangi Yöntem Uygundur?
Demir tozlarının çoğu iki işlemden biriyle üretilir: indirgeme veya su atomizasyonu.
Su atomizasyonunun ekonomik verimliliği iyidir ve verimi yüksektir.
Redüksiyon yöntemiyle üretilen sünger demir tozu düzensiz toz şekline ve iyi bir mekanik kilitleme etkisine sahiptir.
Ayrıca, parçacık boyutu çoğunlukla 20 mikronun üzerindedir, bu da yüksek mukavemetli ve karmaşık şekilli parçaların yapımına uygundur. Ayrıca, yağ içeren yatakların yapımına da uygundur.
Demir Tozunun Akış Hızı Nedir?
Genel olarak demir tozunun ortalama akış hızı 25-35 s/50g’dır.
Örnek olarak ATOMET DB46'yı ele alırsak, ISO4490 test yöntemine göre ölçülen debi 25.62s/50g'dır.
Nano Metal Tozu Nedir?
Nano metal tozu, 100 nm'den (0.1 μm) daha küçük tozları ifade eder. Nano toz, son derece küçük parçacık boyutuna, yüksek aktiviteye sahiptir ve oksitlenmesi kolaydır.