Çift yarıklı nozul tasarımı ve gaz atomizasyon metodu ile metal tozu üretimi
Metal powder production by gas atomization method and double slit nozzle design
Yazar: MUSA VURAL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN BURAK KARADAĞ
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, gaz atomizasyon metodu ile AA1070 (Etial-7) kalite saf alüminyum metali atomize edilmiştir. Gaz atomizasyon verimliliğini artırmak ve daha dar bir toz dağılımını gerçekleştirmek için hem sonik hem de süper sonik bölgeye sahip bir çift yarıklı nozul tasarlanmıştır. Bilindiği üzere nozul geometrisi toz boyutu ve dağılımını birinci dereceden etkilemektedir.
Bu yapılan çalışmada özgün olarak tasarladığımız çift yarıklı nozulun üç ana problemi çözebileceği düşünülmüştür. Bunlardan ilki, sonik bölgeden düşük basınç ve hızda çıkan gazın sıvı metal viskozitesini kontrol ederek atomizasyon bölgesine iletilmesine katkıda bulunmak ve daha küçük küresel tanelerin oluşumuna yardımcı olmak. İkincisi, yakından eşlemeli sistemlerin en büyük sorunlarından olan metal akış borusu ucundaki katılaşma sorununu ve pozitif basınç oluşumunu ortadan kaldırmak. Üçüncüsü ise, süpersonik nozul geometrisiyle de kapalı geçiş bölgesi de denilen gaz genleşme bölgesinin basıncının sabit tutularak kapanmasını önlemektir.
Gaz atomizasyon sistemine entegre edilen çift yarıklı nozul ile üretim parametrelerini (gaz basıncı, ergitme sıcaklığı, akış borusu çapı vb.) optimize edilerek katma değeri yüksek alüminyum metal tozları üretilmiştir.
Çalışma sonunda optimum verimlilik için 35 bar basınçta argon gazı, 830 °C ergime sıcaklığı ve 3 mm akış borusu kullanılarak yapılan çalışmada üretilen tozların ortalama tane büyüklüğü 25,4 mikron ve toz şeklinin ise 97% oranında küresel olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this study, AA1070 (Etial-7) quality pure aluminum metal was atomized by gas atomization method. A double-slit nozzle with both a sonic and a supersonic region has been designed to improve the gas atomization efficiency and realize a narrower dust distribution. As is known, the nozzle geometry affects the first-order dust size and distribution.
In this study, it was thought that the double slit nozzle that we originally designed could solve three main problems. The first of these is to contribute to the transmission of gas from the sonic region to the atomization region at low pressure and speed by controlling the viscosity of the liquid metal and to help the formation of smaller spherical grains. Secondly, to eliminate the solidification problem and the formation of positive pressure at the metal flow pipe end, which is one of the biggest problems of closely matched systems. The third is to prevent the closure of the gas expansion zone, also called the closed transition zone, by keeping the pressure constant with the supersonic nozzle geometry.
With the double slit nozzle integrated into the gas atomization system, we can calculate the production parameters (gas pressure, melting temperature, flow pipe diameter, etc.) by optimizing, aluminum metal powders with high added value have been produced.
At the end of the study, it was determined that the average grain size of the powders produced in the study using argon gas at a pressure of 35 bar, a melting temperature of 830 °C and a 3 mm flow pipe for optimal efficiency was 25,4 microns and the powder shape was spherical by 97%.