Elektrometalurjik yöntemle metalik bakır ve bakır-kalay alaşım tozlarının üretimi ve üretim koşullarının optimizasyonu
Electrometallurgical production of metallic copper and copper-tin alloy powders, and optimization of their production conditions
Yazar: GİZEM GÜZEY
Danışman: DOÇ. DR. GÖKHAN ORHAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Bronz = Bronze ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy

Özet:
Bakır ve bakır-kalay alaşım tozları yüksek elektriksel ve termal iletkenlik başta olmak üzere iyi korozyon dayanımı, iyi ham mukavemet, kolay şekillendirilebilirlik özellik göstermeleri nedeniyle endüstrinin pek çok alanında kullanılmaktadır.Elektrolitik bakır tozu üretim deneylerinde; üretim parametreleri ve parametrelerin akım verimi, görünür yoğunluk ve toz morfolojisine etkileri araştırılmıştır. Tüm deneylerde H2SO4 konsantrasyonu 150±10 g/l ve sıyırıcı hızı sabit olmak üzere incelenen parametreler ve seviyeleri aşağıda verilmektedir.·Bakır iyon konsantrasyonu: 7.5, 10, 20, 30 ve 40g/l·Akım yoğunluğu: 100, 125, 130, 140, 150, 160, 175, 200 ve 210 mA/cm2·Sıcaklık: 30, 45 ve 60°CModifiye edilmiş düşey elektrotlu hücrede gerçekleştirilen deneyler sonucunda elde edilen bakır tozlarının akım verimleri, çalışma koşullarına bağlı olarak, % 31.72?100 aralığında, spesifik enerji tüketimleri ise 1.73?6.86 kWh/kg Cu aralığında elde edilmiştir.Elektrolitik bakır-kalay alaşım tozu üretimi ve üretim koşullarının optimizasyonuna yönelik gerçekleştirilen deneylerde çalışma şartlarının, akım verimi, alaşım bileşimi, görünür yoğunluk ve alaşım tozunun morfolojisi üzerine etkileri yanıt yüzey yöntemi (YYY) deneysel tasarım yöntemine göre incelenmiştir. Deneylerde tripolifosfat konsantrasyonu 0.55 mol/l ve toplam metal iyon konsantrasyonu 0.14 mol/l olmak üzere sabit iken; incelenen parametreler ve seviyeleri aşağıda verilmektedir.·Cu/Sn mol oranı: 2, 3.5, 5, 6.5 ve 8·Akım yoğunluğu: 50, 75, 100, 125 ve 150 mA/cm2·Sıcaklık: 30, 35, 40, 45 ve 50 °C·Karıştırma hızı: 0, 100, 200, 300 ve 400 dak-1Elde edilen elektrolitik Cu-Sn alaşım tozlarının akım verimleri, çalışma şartlarına bağlı olarak % 58.96?99 aralığında, spesifik enerji tüketimleri ise 2.54?7.05 kWh/kg alaşım aralığında değişmektedir. Endüstriyel anlamı olan farklı bileşimdeki bakır-kalay alaşım tozları değişik çalışma şartlarında elektroliz yöntemi ile elde edilebilmiştir.

Abstract:
Copper and copper-tin alloy powders are widely used in many areas in industry; primarily for their high electrical and thermal conductivity, and also for their good corrosion resistance, good green strength and high formability properties.In electrolytic copper powder production experiments, production parameters and their effect on current efficiency, apparent density and powder morphology are investigated. In all experiments, concentration of H2SO4 is 150±10 g/l and speed of stripping blades are constant and investigated parameters and levels of these parameters are listed below.·Concentration of copper ion: 7.5, 10, 20, 30 and 40g/l·Current density: 100, 125, 130, 140, 150, 160, 175, 200 and 210 mA/cm2·Temperature: 30, 45 and 60°CCopper powders were synthesized using a modified vertical electrode cell, which has a current efficiency in range of 31.72-100 % and specific energy consumption values of 1.73 to 6.86 kWh/kg Cu. depending on the experimental conditions.In experiments of electrolytic copper-tin alloy powder production and optimization of production conditions, the effects of working parameters on current efficiency, alloy composition, apparent density and morphology of alloy powders are investigated via Response Surface Methodology (RSM) based on the method of experimental design. Having tripolyphosphate and total metal ion concentration constant at 0.55 mole/l and 0,14 mole/l respectively, investigated parameters and levels are given below.·Cu/Sn mole ratio: 2, 3.5, 5, 6.5 and 8·Current Density: 50, 75, 100, 125 and 150 mA/cm2·Temperature: 30, 35, 40, 45 and 50 °C·Stirring speed: 0, 100, 200, 300 and 400 rpmThe current efficiencies of produced electrolytic Cu-Sn alloy powders range from 58.96 to 99 %, corresponding to specific energy consumption range of 2.54-7.05 kWh/kg alloy depending on the experiment conditions. By means of industrial usage, different compositions of copper-tin alloy powders are obtained at different working conditions with electrolysis method.