Hassas döküm (Investment Casting), havacılık türbin kanatlarından medikal implantlara kadar en karmaşık metal parçaların mikron hassasiyetinde üretilmesini sağlayan bir imalat yöntemidir. Bu süreçte döküm kalitesini, yüzey pürüzsüzlüğünü ve ölçüsel doğruluğu belirleyen en önemli faktörlerden biri kullanılan refrakter (ısıya dayanıklı) malzemedir. İşte bu noktada, Zirkon Kumu (Zirkonyum Silikat) devreye girer.
Sıradan döküm kumlarına kıyasla daha maliyetli olmasına rağmen, neden yüksek teknolojili üretimlerde zirkon kumu vazgeçilmezdir? Bu yazıda, zirkon kumunun hassas dökümdeki rolünü ve teknik avantajlarını inceliyoruz.
Zirkon kumu, doğal olarak oluşan ve kimyasal formülü ZrSiO4 olan Zirkonyum Silikat mineralidir. Yüksek erime noktası (2000°C'nin üzeri), yüksek yoğunluğu ve kimyasal kararlılığı ile bilinir. Bu özellikleri, onu ekstrem sıcaklıklarda çalışan dökümhaneler için ideal bir malzeme haline getirir.
Hassas dökümde zirkon, genellikle iki formda kullanılır:
Zirkon Kumu: Kalıbın stucco (kumlama) aşamasında kullanılır.
Zirkon Unu (Tozu): Seramik bulamacın (slurry) içine karıştırılarak döküm yüzeyinin pürüzsüz olmasını sağlar.
Hassas dökümde kullanılan "seramik kabuk" yöntemi, mum modelin üzerine katman katman seramik kaplanmasıyla oluşturulur. Metalin döküldüğü ve parçanın şeklini aldığı en iç katmanda (primary coat / astar katman) genellikle zirkon kullanılır. Bunun 4 temel nedeni vardır:
Metaller soğurken büzülür, kalıp malzemeleri ise ısındığında genleşir. Bu zıtlık, döküm parçasında çatlaklara veya ölçü hatalarına yol açabilir. Zirkon kumu, çok düşük bir termal genleşme katsayısına sahiptir. Bu özellik, döküm sırasında kalıbın stabilitesini korur ve parçanın tam istenilen ölçülerde çıkmasını sağlar.
Çelik, süper alaşımlar veya titanyum gibi yüksek sıcaklıkta eriyen metaller dökülürken, kalıp malzemesinin erimemesi veya bozulmaması gerekir. Zirkon kumu, silis kumuna göre çok daha yüksek sıcaklıklara dayanabilir. Bu sayede metal-kalıp reaksiyonunu (yanma veya yapışma) engeller.
Zirkon tanecikleri, yapıları gereği çok ince ve yuvarlaktır. Mum modelin üzerine ilk katman olarak zirkon unu içeren bir bulamaç uygulandığında, dökülen metalin yüzeyi porselen pürüzsüzlüğünde çıkar. Bu, döküm sonrası tesviye ve polisaj maliyetlerini ciddi oranda düşürür.
Erimiş metal, yüksek sıcaklıkta oldukça reaktif olabilir. Özellikle demir bazlı alaşımlar, asidik karakterli kumlarla reaksiyona girebilir. Zirkon kumu kimyasal olarak nötr/hafif asidik yapıdadır ve erimiş metalle reaksiyona girmez ("wetting" yapmaz). Bu da parça üzerinde istenmeyen lekelerin veya yüzey kusurlarının oluşmasını önler.
Zirkon kumu, maliyeti nedeniyle genellikle katma değeri yüksek parçaların üretiminde kullanılır:
Havacılık ve Savunma: Jet motoru parçaları, türbin kanatçıkları.
Otomotiv: Turboşarj parçaları, yüksek performanslı motor bileşenleri.
Medikal: Titanyum kalça ve diz protezleri.
Enerji: Gaz türbinleri ve pompa gövdeleri.
Hassas döküm sürecinde silis kumu veya alümina gibi alternatifler bulunsa da, yüzey kalitesi ve ölçüsel hassasiyetin kritik olduğu (near-net-shape) üretimlerde Zirkon Kumu rakipsizdir. Başlangıç maliyeti daha yüksek olsa da, döküm hatalarını (hurda oranını) azaltması ve son işlem maliyetlerini düşürmesi sayesinde toplam üretim maliyetinde avantaj sağlar.
