Bilim,Bilim ve Teknoloji

Toz Metalürjisine Doğru
Prof.Dr. Mustafa Karlıdağ
Varlıklarüstü değer ve kabiliyetlerle donatılmış olan insanoğlu, tarihî seyir içinde bir maddeden özellikleri farklı malzemeler üretmeyi öğrenmiştir. Meselâ, ağaç yalnızca bir meyve ve odun kaynağı olarak kalmamış, zamanla ondan kağıt, reçine ve uçucu yağlar çıkarılmış; en kabasından en ince motiflisine kadar çeşitli eşyalara dönüştürülmüştür. Yine, esası alüminyum oksit olan bir tür toprak önceleri yalnızca temizlik malzemesi ve su geçirmez tabaka olarak kullanılırken, bilahare ondan çanak, çömlek, çeşitli türde seramik eşyalar ve nihayet alüminyum metalinin üretilmesi öğrenilmiştir. Ancak, bir maddeden farklı özellikte malzemeler üretilirken söz konusu maddenin bileşimi ve uygulanacak teknoloji birbirinden farklı farklıdır. Meselâ, saf demir yumuşaktır, ancak özel maksatlar için kullanılabilir; içerisine % 2-4 arasında karbon katıldığında geniş bir sahada kullanılan sert ve kırılgan dökme demire dönüşür. Şayet esası demir olan malzemeye krom ve nikel de katılmış ise, aynı malzeme paslanmaz bir özellik kazanmıştır. Söz konusu malzeme, uygun ısıtma ve soğutma ameliyesinden geçirildiğinde ise, bu gün teknolojinin baş tacı olan sert, kırılgan olmayan ve paslanmayan çeliğe dönüşür.

Yine, bilhassa son yıllarda, farklı özellikleri ile insanoğluna hizmet veren maddelerden iki veya daha fazlası bir araya getirilerek, birine ait olandan daha kuvvetli özellikler elde edilebilmektedir. Mesela seramik, onca hizmet sahasının dışında uzay teknolojisinin hizmetine de girme yolundadır. Ayrıca cam elyaflı malzemeler, kompozit maddeler ve çelik takviyeli lastikler, daha başka örneklerdir.

Yukarıda ele alınan genel bilgiler ışığında, büyük oranda kullanılan ve döküm yolu ile elde edilmiş metalik malzemelerin yerini yavaş yavaş sinterlenmiş metal tozlarının ve özel seramiklerin aldığını görmek pek şaşırtıcı olmayacaktır. Meselâ, arabanın dişlileri sinterlenmiş metal tozlarından üretilebilirken, bujileri seramikle izole edilmektedir. Seramik ve toz metalürjisini teşvik eden üç temel sebebin ise (1) aşınmalara dayanıklılık (2) kendinden -yağlama ve (3) malzemeden tasarruf olduğu söylenebilir.

SERAMİKLE TANIŞMA

Bir parça killi topraktan çanak, çömlek ve süs eşyaları yapabilirsiniz. Ancak, makina ve teçhizat sahasına ait bir malzemeyi yine bu maddeden üretebilmeniz için belli bileşimlere ve hassasiyetle uygulanacak metodlara ihtiyaç vardır. Meselâ, “seramik” genel adı ile anılan, teknolojinin gözdesi bazı özel malzemelerin üretiminde ortak nokta toz haline getirilmiş hammaddenin, şekil vermeyi müteakip (veya şekil verme ile birlikte) ergime sıcaklığının %20-30 kadar aşağı bir sıcaklıkta pişirilmesidir. “Sinterleme” adı verilen bu işlem sonucunda taneler difüzyon ve kısmî ergimeler yoluyla biribirine kaynamakta, taneler arasındaki pek çok gözenek büzülmekte ve malzeme kütlesi sıkışmaktadır. Hammaddenin bileşimi ve uygulanan metodun mikroyapı, mikroyapının ise üretilen malzemenin kalitesi ile çok sıkı bir irtibatı söz konusudur.

METAL TOZLARI İLE NASIL BİR İŞLEM, NASIL BİR NETİCE?

Sert aşınmalara ve yüksek sıcaklığa karşı gayet dayanıklı olan sinter malzeme üretiminde uygulanan metod, son yıllarda metal tozlarına da uygulanmakta ve dökümle elde edilen metalik malzemelere kıyasla daha yüksek vasıflar elde edilebilmektedir. Bu sahada elde edilen ilk teknik ürünlerden birisi, bronz bileşimli metal tozlarından sinterleme yoluyla üretilen poröz kayma yatağıdır. Bu işlemin sonucunda malzemenin iç yapısında ortaya çıkan ince, birbirine geçmiş, âdetâ dallı budaklı gözenekler, yağı tamamen emmek suretiyle sürekli yağlamayı temin etmektedir.

Kainatın yaradılışında, düzenlenmesinde ve en küçüğünden en büyüğüne kadar bütün sistemlerde gözler önüne serilen “azami tasarruf ” kaidesi, bir makinanın veya bir sistemin endüstriye hazırlanmasında insanoğlu için bir rehber ve ilham kaynağı olmuştur. Bu itibarla, özellikle son yıllarda mümkün mertebe daha az atık madde ortaya koyan veya bu atık maddeyi başka bir üretimin hammaddesi olarak kullanan üretim modelleri geliştirme gayretleri dikkat çekicidir. Meselâ, demir ve nikel tozlarının karışımından meydana getirilen dişli çarkların veya nitrik seramiğinden ibaret motor sübaplarının üretiminde hammadde israfı klasik metodlara göre yok denecek kadar azdır. Özetle, metal tozlarının sinterleme metoduyla malzemelere dönüştürülmesinde, hammadde ve enerjiden azamî tasarrufun yanı sıra elde edilen ürünün kalitesi de oldukça yüksektir.

Metal tozlarından sinterleme yoluyla malzeme üretiminde ilk işlem üretilecek malzemenin bileşimine uygun oranlarda metal tozlarının karıştırılmasıdır. Daha sonra bu karışım, malzemenin fizikî şeklini veren bir kalıp içerisinde preslenirken, bir taraftan da belli bir sıcaklıkta ısıtılmaktadır. Talaş kaldırma ve düzeltme gibi nihaî işlemlere de ihtiyaç göstermeyen bu tür bir üretimde malzemenin dayanıklılığı ve hafifliği de ayrı bir avantajdır. Özel keyfiyette, yüksek geçirgenliğe sahip metal filtreler, sert manyetik malzemeler , aşırı basınç ve güçlü sürtünmeye maruz parçalar, son derece sert keski aletleri, kendinden yağlamalı motor yatakları toz metalürjisinin tipik misalleridir. Bu metod sayesinde motorlarda, daha düzenli bir ayarlama dolayısıyla yakıt tasarrufu sağlanmaktadır.

Metal tozlarının karışımından arzu edilen birkaç Özelliğin elde edilmesine bir başka misal de, demir-bakır-grafit karışımından sinterleme yoluyla imal edilen motor yatağıdır. Burada demir, malzemeye sertlik ve dayanıklılık, bakır sürtünmeyi azaltma, lameller şeklindeki grafitler ise kuru yağlama özelliği kazandırmaktadır. Uygulanan metodun neticesi olarak ortaya çıkan gözenekler, yeterli miktarda yağ absorbe ettiğinden dolayı kendinden yağlanmayı temin etmektedir.

Bileşim, ısı ve sinterleme metodunun uygulanışında gösterilen hassasiyet sayesinde malzeme insanoğlunun elinde usta bir heykeltıraşın ortaya koyduğu eserden daha dikkat çekici değişikliklere uğramakta ve mikroskop altında âdetâ konuşmaktadır. Çünkü, heykeltıraş eserinin yalnızca dış görünüşünün cazibesini artırmak için uğraşır, iç kısmı onu ilgilendirmez. Bir malzeme ise ustasının elinde âdetâ yeniden doğar, yeni bir kişilik kazanır. Ancak, malzemenin bu esnada kazandığı fizikî özelliklerin yanı sıra iç yapısında ortaya çıkan harikulade şekil, simetri ve rengârenk manzaranın faili, sebepler açısından her ne kadar ustasının uyguladığı sıcaklık, bileşim ve metod ise de, akıllara durgunluk veren bu değişim, her maddeye bütün bu oluşumların mazhariyet bahşeden asıl San’atkâr’a aittir..