Metalle bir parça üretmek denince akla genellikle iki yöntem gelir: Ya metali eritip bir kalıba dökersiniz (döküm) ya da koca bir bloğu yontarak şekil verirsiniz (talaşlı imalat). Peki ya size, metali hiç eritmeden, toz taneciklerini birbirine kaynatarak çok karmaşık parçalar üretebileceğinizi söylesek?
İşte bu işlemin adı Sinterlemedir. Modern endüstride, diş tellerinden araba dişlilerine, sert metal uçlardan seramik zırhlara kadar pek çok ürün bu yöntemle üretilir. Toz metalurjisinin kalbi olan bu süreç nasıl işler?
Sinterlemeyi anlamak için bir "kartopu"nu düşünün. Kar aslında buz kristallerinden (tozdan) oluşur. Elinize alıp sıktığınızda (basınç), vücut ısınızın da etkisiyle bu kristaller birbirine yapışır ve sert bir top haline gelir. Kar eriyip suya dönüşmez, ama bütünleşir.
Sinterleme de tam olarak budur: Metal veya seramik tozlarının, erime noktalarının altındaki bir sıcaklıkta ısıtılarak birbirine yapışması ve dayanıklı bir bütün haline gelmesi işlemidir.
Sinterleme tek başına bir işlem değil, üç aşamalı bir sürecin finalidir:
Önce üretilecek parçanın hammaddesi olan metal tozları (demir, bakır, titanyum vb.) hazırlanır. İstenilen alaşım özelliklerini elde etmek için farklı tozlar karıştırılır.
Toz karışımı bir kalıba dökülür ve yüksek basınç altında preslenir.
Bu aşamada tozlar birbirine mekanik olarak kilitlenir.
Ortaya çıkan parçaya "Yeşil Parça" (Green Body) veya "Ham Parça" denir. Şeklini korur ama çok kırılgandır; elinizle biraz sert bastırsanız ufalanabilir.
Asıl büyü burada gerçekleşir. Ham parçalar, özel atmosfer kontrollü fırınlara (oksitlenmeyi önlemek için hidrojen veya azot gazı altında) yerleştirilir.
Isı: Sıcaklık, ana metalin erime noktasının yaklaşık %70-90'ına kadar çıkarılır (Örneğin demir için 1100-1200 derece civarı).
Difüzyon ve Boyun Oluşumu: Isı sayesinde atomlar hareketlenir. Yan yana duran toz tanecikleri arasında atom alışverişi (difüzyon) başlar. Taneciklerin birbirine değdiği noktalarda "Boyun" (Neck) adı verilen köprüler oluşur.
Sonuç: Tanecikler birleşir, aradaki boşluklar (gözenekler) küçülür veya kapanır. Parça küçülür (büzülür) ama inanılmaz derecede sağlamlaşır.
Katı Hal Sinterlemesi: Tozların hiçbiri erimez. Sadece ısı ve difüzyonla birleşme olur.
Sıvı Faz Sinterlemesi: Karışımdaki metallerden biri (düşük erime noktalı olan) erir ve diğer tozların (erimeyenlerin) arasını bir "yapıştırıcı" gibi doldurur. (Örn: Tungsten karbür uçların üretiminde Kobaltın eritilmesi).
Döküm yapmak varken neden tozla uğraşalım?
Yüksek Erime Noktaları: Tungsten gibi metallerin erime noktası 3400 derecedir. Bunu eritip dökmek çok zordur. Sinterlemek çok daha kolaydır.
Sıfır Atık: Talaşlı imalatta malzemenin yarısı çöpe giderken, sinterlemede tozu kalıba dökersiniz ve hiç atık çıkmaz.
Kendinden Yağlamalı Parçalar: Sinterleme sırasında bilerek biraz gözenek bırakılabilir. Bu gözeneklere yağ emdirilerek, dışarıdan yağlama gerektirmeyen "yataklar" ve "burçlar" üretilebilir.
İmkansız Karışımlar: Normalde birbirine karışmayan metal ve seramiği (Cermet) toz halinde karıştırıp sinterleyerek birleştirebilirsiniz.
Otomotiv: Dişliler, yağ pompası parçaları, bağlantı çubukları.
Kesici Takımlar: Matkap uçları, torna elmasları (Tungsten Karbür).
Medikal: Gözenekli yapısı sayesinde kemikle bütünleşebilen titanyum implantlar.
Filtreler: Metal tozları gevşek sinterlenerek metal filtreler yapılır.
Sinterleme, atomların dansıdır. Toz halindeki cansız bir yığını, endüstrinin en zorlu şartlarına dayanacak yekpare bir parçaya dönüştüren bu süreç, malzeme mühendisliğinin en zarif teknolojilerinden biridir. "Nanokar" gibi ileri teknoloji firmalarının toz üretimindeki hassasiyeti, sinterleme sonucunda çıkacak parçanın kalitesini belirleyen en önemli faktördür.
Unutmayın; iyi bir sinterleme, kaliteli bir tozla başlar.
