Toz metalurjisinin (PM) makine endüstrisinde yaygın olarak uygulandığını duymuş olabilirsiniz.
Ama biliyor musun? havacılıkta toz metalurjisi uygulamaları?
PM, yüksek performanslı malzemeler üretebilir ve karmaşık, net şekle yakın parçaları seri olarak üretebilir. Havacılık ve uzay uygulamalarının ihtiyacı olan şey tam da budur.
Havacılıkta Toz Metalurji Malzemeleri
Süper alaşımlar (yüksek performanslı alaşımlar)
Süper alaşımı biliyor musunuz? Süper alaşımlar, genellikle kobalt veya nikel bazlı, nispeten yüksek erime noktalarına sahip alaşım malzemeleridir. Cambridge Üniversitesi tarafından yapılan bir araştırmaya göre, süper alaşımlar erime noktalarının yaklaşık 0.7 katı sıcaklıklarda çalışabilir. Bu da onları havacılık, uzay ve tıp uygulamalarında yaygın olarak kullanılır hale getirir.
Nikel bazlı süper alaşımlar
Nikel bazlı süper alaşımlar, aşağıdaki nedenlerden dolayı uçak motorlarında en önemli malzemelerden biridir:
- Yüksek sıcaklık dayanımı
- Mükemmel korozyon direnci
- İyi yorulma performansı
Esas olarak türbin diskleri, türbin kanatları vb. üretiminde kullanılır. Toz metalurjisi teknolojisi sayesinde nikel bazlı alaşımların saflığını ve homojenliğini artırabilirsiniz. Ayrıca oksijen içeriğini ve safsızlıkları azaltabilir, sinterlenmiş parçaların mukavemetini ve tokluğunu artırabilirsiniz.
Nikel esaslı yüksek performanslı alaşım tozlarının yaygın üretim yöntemleri şunlardır:
- Gaz atomizasyonu (GA)
- Elektrot indüksiyon eritme gazı atomizasyonu (EIGA)
- Plazma dönen elektrot prosesi (PREP)
Örneğin, Inconel 625, uçak boru sistemleri ve motor itme-ters çevirme sistemleri için idealdir. INCONEL 718, üretim kolaylığı, uygun fiyatı ve iyi özellikleri nedeniyle sıvı yakıtlı roket bileşenlerinde ve uçak motoru parçalarında kullanılır.
Kobalt bazlı süper alaşım
Kobalt bazlı süper alaşım, havacılık ve uzay sanayinde yaygın olarak kullanılan bir diğer malzemedir. Türbin motorları, gaz türbinleri ve diğer bileşenlerin üretiminde önemli bir rol oynar.
Nikel bazlı süper alaşımlarla karşılaştırıldığında, kobalt bazlı süper alaşımlar daha yüksek bir erime sıcaklığına sahiptir ve çoğu 1300°C'nin üzerindedir. Ayrıca, yüksek sıcaklık korozyon direnci ve dayanıklılığı daha iyidir. Bu sayede, yüksek sıcaklıklarda arızaları önlemek için uçak motorlarının kılavuz kanatlarında kullanılır.
Aşağıdaki tabloda uçak motorlarında diğer toz metalurjisi süper alaşımlarının uygulamaları gösterilmektedir.
|
Malzeme Modeli |
motor Modeli |
Bölüm adı |
|
100 İÇİNDE |
F100-PW-100 |
Kompresör Muhafaza Halkası Türbin diski Türbin Örtü Halkası Entegre |
|
F119-PW-100 |
6 ila 9. Aşamalar için Kanatlı Rotor (IBR) |
|
|
Rene95 |
F101-GE 100 |
Kompresör Şaftı Yüksek-Düşük |
|
F101-GE 100 |
Yüksek Basınçlı Türbin Diski |
|
|
F404-GE 400 |
Yüksek Basınçlı Kompresör Yüksek-Düşük Basınç Türbini |
|
|
T700-GE-700 |
Türbin diski |
|
|
Rene88DT |
F101-GE 129 |
Kompresör Disk Türbini |
|
CF6-80E |
Yüksek Basınçlı Türbin Diski |
|
|
CFM56-5C2 |
Yüksek Basınçlı Türbin |
|
|
GE90 |
9. Kademe Kompresör Diski |
|
|
U720 |
T800 T406 |
10. Kademe Kompresör |
|
ME3 |
GP720 |
Türbin Diski |
Titanyum alaşımları
Titanyum ve titanyum alaşımları, örneğin Ti-6Al-4V, yaygın olarak kullanılmaktadır
Aşağıdaki özelliklerden dolayı havacılık uygulamalarında kullanılır:
- Mükemmel güç-ağırlık oranı
- korozyon direnci
- Yüksek sıcaklık kabiliyeti
Titanyum alaşımları, uçak motoru fanları ve kompresörlerinde kompresör diskleri, kanatlar ve navigasyon cihazlarının imalatında mükemmeldir. Titanyum, çeliğin yerini alarak motorun ağırlığını önemli ölçüde azaltabilir, böylece motorun itme-ağırlık oranı iyileştirilebilir.
Metal Matris Kompozit (MMC)
MMC, metal ve seramikten oluşan bir kompozit malzemedir.
Al/SiC MMC, çelik veya titanyum gibi geleneksel metallere kıyasla üstün özgül mukavemete ve sertliğe sahiptir.
Uçaklardaki türbin kanatlarının yüksek sıcaklık uygulamaları için önemli olan daha iyi termal kararlılığa sahiptir. Ayrıca, MMC, döngüsel yükleme koşulları altında uçak motorlarında arıza olasılığını azaltarak, yorulma direncini artırır.
Seramik
Seramik malzemeler, havacılık parçaları için termal koruma sağlamak amacıyla termal püskürtme malzemeleri olarak kullanılabilir
Havacılık Parçalarında Toz Metalurjisi Uygulamaları
Türbin kanatları
Türbin kanatları Al-SiC MMC, ağırlığı azaltarak uçakların yakıt tüketimini azaltır. Bu sayede maliyet tasarrufu sağlanır ve çevresel faydalar sağlanır.
Ayrıca mükemmel yorulma direnci sayesinde uçak motorlarının kullanım ömrünü uzatır ve bakım duruş sürelerini azaltır.
Motor Parçaları
Yanma Odası
Yanma odalarında genellikle yüksek sıcaklık dayanımı ve termal çevrimlere dayanıklılığı nedeniyle PM parçalar kullanılır.
Yakıt nozulları
Toz metalurjisi katkı imalatı (3D baskı) karmaşık yakıt nozulları sağlayabilir
GE Aerospace'e göre, yakıt nozullarındaki parça sayısını azaltmak ve ağırlığı %25 oranında azaltmak için katkı maddesi imalatından yararlandılar.
Uçak fren balataları
Uçak tekerlek fren tertibatının çekirdeği fren balatasıdır, çünkü iniş sırasında fren balatasına binen yük çok büyüktür ve anlık yüzey sıcaklığı da çok yüksektir.
Ana bileşen olarak demir tozu veya bakır tozu ve sürtünme ve yapışma önleyici metal olmayan tozlardan üretilen toz metalurjisi fren balataları yukarıdaki gereksinimleri karşılayabilir. Günümüzde çoğu askeri ve sivil uçakta toz metalurjisi fren balataları kullanılmaktadır.
Uçak motorları için diğer toz metalurji parçaları
- Kompresör diski (150 ~ 950mm)
- İnce duvarlı türbin kompresörü
- Silindir mili
- Sıcak püskürtme bıçakları
- T-406 motoru için enjeksiyon kalıplı bıçak ayar kolu
- Türbin gövdesi;
- Helikopter IN718 kılavuz kanatçığı
- Enjeksiyon kalıplı türbin kanadı
Havacılık ve Uzay Uygulamaları için Termal Sprey Kaplamalar
Belirli gereksinimleri karşılayan parçaların yanı sıra, havacılık motor kaplama koruması da önemlidir. Bu kaplamalar, önemli motor parçalarının hizmet ömrünü etkili bir şekilde uzatır.
Termal sprey tozları genellikle termal bariyer kaplamalar, sızdırmazlık kaplamaları ve havacılık motorları için aşınmaya dayanıklı kaplamalar için kullanılır.
Yaygın termal sprey tozları şunlardır:
- Oksit seramik tozu (Al2O3, ZrO2, Cr2O3, TiO2)
- Alaşım tozu (Al-Ni, Ni-Cr, Ti-Ni, Ni-Cr-Al)
- Metal seramik tozu (WC-Co, Cr3C2-NiCr)
- Saf metal tozu (Mo, Al, Cu, Ni, Ti, Ta)
Termal sprey tozunun partikül boyutu yaklaşık 15 ila 150 μm arasındadır.
Aşağıdaki özelliklere sahiptir:
- Dar parçacık boyutu dağılımı
- Yüksek küresellik
- İyi akışkanlık
- Düşük gaz ve safsızlık içeriği
Üreticiler, toz metalurjisi atomizasyon teknolojisiyle bu yüksek hassasiyetli ve saf tozları üretebilirler
Havacılıkta Toz Metalurji Parçalarının Faydaları
Hafif Bileşenler
PM, alüminyum, titanyum ve Al-SiC MMC gibi malzemeler kullanarak hafif bileşenler üretebilir. Bu da uçak yakıt tüketimini azaltabilir.
Çin'in havacılık alanında titanyum-alüminyum düşük basınçlı türbin kanatlarının kullanımı, yaklaşık 3,000 kilogram ağırlığındaki uçak motorlarının ağırlığını 30 ila 50 kilogram azaltabiliyor ve yakıt tüketimini büyük ölçüde düşürebiliyor.
Karmaşık Geometriler
Toz enjeksiyon kalıplama (PIM) gibi PM teknikleri ve Sıcak izostatik presleme (HIP) Geleneksel işleme yöntemleriyle elde edilmesi zor veya imkansız olan karmaşık şekiller ve geometriler üretebilir.
Yüksek Mukavemet ve Dayanıklılık
Toz metalurjisi prosesi Yüksek mukavemet-ağırlık oranları ve mükemmel yorulma direnci gibi özel özelliklere sahip malzemelerin üretilmesine olanak tanır.
Uygun Maliyetli Üretim
Daha az malzeme israfı, daha düşük enerji tüketimi ve daha az işleme adımı.
Isı Direnci
Toz metalurjisi teknolojisi, özellikle üçüncü nesil nikel esaslı yüksek performanslı alaşım olan FGH98 olmak üzere, belirli yüksek sıcaklığa dayanıklı malzemeler üretebilir.