Atomizasyon teknikleri ile toz üretimi, sinterlenmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, plazma destekli dönel elektrot (Plasma Rotating Electrode Process ? PREP) yöntemi ile metal tozlarının üretimi, mikroyapısal karakterizasyonu ve sinterleme özellikleri araştırılmıştır. Çalışma için Al-SiC MMK (Metal Matrisli Kompozit) ve 4140 çeliği seçilmiştir. İlk olarak, kompozit malzeme üretilmiştir. Matris malzemesi olarak bakır ve bakır alaşımları tarafından oldukça iyi ıslatılabilen AlCu4Mg1 alaşımı seçilmiştir. Atomizasyonda kullanılmak üzere anot çubuğun hazırlanması için döküm sırasında yaklaşık 670 nm boyutlu SiC partikülleri alaşıma ilave edildi ve ergitme sırasında, karışımın homojen bir şekilde gerçekleşebilmesi için kalıp içinde ergiyik mekanik olarak karıştırılmıştır. Ergimiş haldeki kompozit malzemenin PREP yöntemi ile Argon atmosferi altında atomize edilmesi için silindirik kalıplara dökülerek katılaşması sağlanmıştır. Üretimin ardından boyut dağılımlarının belirlenmesi için elek analizi yapılmıştır. Üretilen bu kompozit tozlarının sinterlenmesi için basınç destekli sıcak pres kullanılmıştır. İkinci olarak, daha önce yine PREP yöntemi ile üretilen 4140 çeliği tozları SPS (Spark Plasma Sintering: kıvılcım plazma sinterleme) yöntemi ile yoğunlaştırılmıştır. Her iki malzeme içinde sıcaklık, zaman ve tutma sürelerinin sinterleme üzerine etkileri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Üretilen tozların ve sinterlenen parçaların mikroyapısal karakterizasyonlarının belirlenmesi için optik ve elektron mikroskobu kullanılmıştır. Sonuç olarak, kompozit malzemenin PREP yöntemiyle üretimi ve sıcak pres ile sinterlenmesi başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Yine aynı şekilde daha önce üretilen 4140 çeliği de oldukça yeni bir yöntem olan kıvılcım sinterleme ile başarılı bir şekilde yoğunlaştırılmış ve parametreler saptanmıştır.

In this study, production, microstructure characteristics and sintering behavior of metal powders fabricated by PREP (Plasma Rotating Electrode Process) were investigated. Al-SiC MMC (Metal Matrix Composite) and 4140 steel were selected to be studied. Initially, composite material was produced. AlCu4Mg1 was used as the matrix material due to high wetting of SiC by copper and copper alloys. The SiC particles with an average diameter of 670 nm were added during casting. In order to provide a homogeneous distribution of the SiC particles in the matrix, the composition was mixed mechanically. The molten composite material was solidified after pouring directly into a cylindirical crucible, forming the anode bar which was further utilized for PREP atomization in Argon atmosphere. Particle size distribution was determined by sieve analysis after production of powders. The PREPed powders were sintered by hot pressing. Secondly, previously atomized 4140 steel powders were consolidated by Spark Plasma Sintering (SPS). Effects of temperature, time and holding time on sintering characteristics of both Al-SiC and 4140 steel were described in detail. The evolution of the microstructure of the particles and sintered specimens was investigated by optical and scanning electron microscopy. As a result, the composite material was succesfully produced by PREP and sintered by hot pressing. 4140 steel was succesfully consolidated by a novel spark plasma sintering.