Metal tozlarının karakterizasyonu ve akışkanlığı
Aralık 2020’de Nature, Ostrava Üniversitesi (Çekya) araştırmacılarının metal tozlarının karakterizasyonu ve akışkanlık yöntemleri üzerine makalesini yayımladı.
Metal parçalar geleneksel ve modern yöntemlerle üretilir. Birçok modern yöntem metal tozundan başlar; presleme, sinterleme, püskürtme veya eklemeli imalatla dönüştürülür: seçici lazer ergitme (SLM), lazerle toz besleme (LPF), bağlayıcı püskürtme (BJ) ve elektron demeti toz yatağı (EPBF). Yöntem seçimi parça özelliklerini değiştirir, ancak tozun girdi özellikleri her durumda önemlidir: akışkanlık, kimyasal bileşim, tanecik boyutu, optik ve termal özellikler, yüzey gerilimi. Her eklemeli imalat sürecinin toz parametreleri için kendi gereksinimleri vardır.
Eklemeli imalat yaygınlaştıkça metal tozunun karakterizasyonu daha önemli hale gelir. Toz özellikleri her cihaza uygun olmalı ve üretim homojen olmalıdır. Makale on metal tozunu karakterize eder (316L, Zn, Sn, Al, Cu, Mn, Fe, bronze, Ti, Mo): tane boyutu dağılımı, morfoloji, statik ve dinamik yığılma açısı, etkin iç sürtünme açısı (AIFE).
Boşaltma hızı statik yığılma açısı (AOR) ile değerlendirilir; AOR değişimi numune davranışını tamamlar. Akışkanlık ayrıca RST, PFT ve FT4 kesme deneyleriyle ölçülür. Statik AOR, patent PV2015-239 ile korunan cihazla ölçülür. Aşağıda Ostrava Teknik Üniversitesi VSB’nin cihazı ile statik ve dinamik boşaltma açısı yöntemlerinin deneyleri tanıtılır. Cihazın adı Zenegero’dur.
AOR ayar cihazı
On metal tozunun statik AOR değeri
Aşağıda dinamik yığılma açısı (DAOR) ölçümünün özeti yer alır. Çoğu numunede dönme hızı 0.2 Hz’den 0.6 Hz’e çıktığında ölçülen ortalama açı artar. Şekilde tüm numuneler yer alır: 316L, Sn, Ti, Fe, bronze, Al, Cu, Zn, Mn ve Mo.
316L tozunda 0.2 Hz ile 0.6 Hz arasındaki ortalama açı farkı en büyüktür. Frekans yükseldiğinde akış biçimi 0.2 Hz’deki yuvarlanmadan 0.6 Hz’deki çağlayana dönüşür. Üç yerel hızda açı ortalamalarının standart sapması büyüktür: 49.4° ± 9°. Kalayın ortalama açı dağılımı en küçüktür: 44.8° ± 1.5°. Bu nedenle kalay tozunun dinamik akışının genel kararlılığı en iyidir. DAOR ölçümünde tüm deney frekanslarında süren yuvarlanma bu kararlılığı doğrular. Alüminyum tozunun akışı frekansla daha fazla değişir: düşük frekansta yuvarlanma, ardından kademeli olarak cataract durumuna girer.
AIFE üç yaygın cihazda belirlenir: RST, PFT ve FT4. Şekilde on tozun AIFE değeri ile RST, PFT ve FT4 aralıkları verilir. Alüminyum dışında PFT’nin mutlak aralığı en küçüktür. Bu, değerlendirme yazılımıyla ilgili olabilir. FT4’te etkin AIFE açısının değişimi en büyüktür. Alüminyumun aralığı daha geniştir; bunun nedeni hafif, yumuşak ve kolay plastik deformasyona uğrayan bir metal olması olabilir. Titanyum için taneciklerin %90’ı 452 µm’den büyük değildir; etkin açının belirgin dağılımı tanecik boyutu ve şekline bağlıdır. Ölçüm sırasında daha büyük titanyum tanecikleri cam silindir ile ölçüm kanadı (kesme başlığı) arasında sıkışır. Aralık 1 mm’dir, ancak titanyum taneciklerinin şekli kanadın ters hareketine direnci artırır ve kesme gerilmesini yükseltir.
On metal tozunun AIFE değeri
Makalenin amacı metal tozunun akışını ve bunun karışım, tanecik ve diğer parametrelerin mekanik ve fiziksel özelliklerine bağlı olup olmadığını değerlendirmektir. Kullanılanlar, bilinen yığın malzeme sınıflandırmasına dayanan genel yöntemlerdir. Görece dijitalleşme veya Endüstri 4.0 karşısında bu yöntemler kullanılmaya devam eder.
Kaynak: Characterization and flowability methods for metal powders
- Jiri Zegzulka, Daniel Gelnar, Lucie Jezerska, Rostislav Prokes & Jiri Rozbroj