Nikel esaslı metal tozlarının enjeksiyon kalıplanabilmesi için bağlayıcı sisteminin geliştirilmesi ve sinterlenmesi
Developing and sintering of binder system of for nickel base metal powders for injection molding
Yazar: UĞUR GÖKMEN
Danışman: PROF. DR. MEHMET TÜRKER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metal Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Yapılan çalışmada, nikel esaslı süperalaşım INCONEL 625 tozu ve farklı bağlayıcı sistemleri kullanılarak hazırlanan besleme stoklarının toz enjeksiyon kalıplama işlemi için uygun reolojik özellikleri tespit edilmiş ve klasik iki farklı bağlayıcının yanı sıra özgün bir bağlayıcı kullanılarak INCONEL 625 tozunun kalıplanabilirliği incelenmiştir. İlk aşamada iki farklı bağlayıcı sistemi (Polietilenglikol/ Polipropilen / Stearik Asit ve Parafin Wax/Carnauba Wax/ Polipropilen /Stearik Asit) ile farklı oranlarda (hacimce %59-71) toz içeren besleme stokları hazırlanarak reolojik özellikler tespit edilmiştir. Reoloji sonuçlarına paralel olarak özgün bir bağlayıcı sistemi (Polietilenglikol/ Parafin Wax/ Carnauba Wax/ Polipropilen/ Stearik Asit) geliştirilmiştir. İkinci aşamada geliştirilen bağlayıcı sistemi ile INCONEL 625 tozu karıştırılarak farklı oranlarda besleme stokları hazırlanmıştır ve kayma hızı, viskozite, akış davranış indeksi ve akış aktivasyon enerjileri belirlenmiştir. Bütün reoloji çalışmaları için, kılcal reometrenin sıcaklıkları 110-200oC arasında, basınç değerleri ise 0,165-2,069 MPa arasında değiştirilmiştir. Geliştirilen bağlayıcı sistemi ve INCONEL 625 tozu ile hazırlanan besleme stokları için ideal toz yükleme oranın %65 olduğu ve bu toz yükleme oranında en uygun akış davranışlarının 160-180oC aralığında olduğu tespit edilmiştir. INCONEL 625 (%65) ve yeni geliştirilen bağlayıcı sistemi (%35) karıştırılarak hazırlanan besleme stokları çekme numunesi olarak kalıplanmıştır. Kalıplama işlemi sonrası numuneler çözücü içerisinde (heptan) ve ısıl olarak bağlayıcı giderme işlemlerine tabi tutulmuştur. Bağlayıcı giderilmiş numuneler yüksek saflığa sahip argon atmosferinde 1250, 1270, 1290, 1300 ve 1310oC (1 saat) sıcaklıklarda sinterlenmiştir. Maksimum teorik yoğunluğa (%98) 1290 ve 1300oC sıcaklıklarda yapılan işlemlerde ulaşılmıştır. Sinterleme işlemi sonrası çekme deneyleri yapılmıştır, çekme dayanımı ve % uzama değerleri tespit edilmiştir.
Farklı sıcaklılarda sinterlenmiş numunelerde oluşabilecek fazları ve kafes parametrelerini tespit etmek amacıyla XRD analizleri yapılmıştır. SEM ve optik mikroskop kullanılarak sinterlenmiş numunelerin mikroyapısal değişimleri incelenmiştir. EDS yardımı ile element analizleri yapılmış ve yapısal farklılıklar incelenmiştir.

Abstract:
In the study, the suitable rheological properties for  powder injection molding process  of feedstocks which  have been prepared by using nickel based superalloy INCONEL 625 and different binder systems have been  identified and also, the moldability of INCONEL 625  powder has been examined by using a unique binder in addition to two different classical binders. In the first stage, the rheological properties have been deterimed by preparing  two different  binders system (Polyethlyenglycol / polypropylene/stearic acid and paraffin wax/carnauba wax / polypropylene/stearic acid) and feedstocks containing  different proportions (59 to 71% by volume) of powder. A unique binder cure (Polyethlyenglycol/Paraffin Wax/Carnauba Wax/Polypropylene / Stearic acid) has been developed in parallel to the results of rheology. In the second step, the feedstocks in different proportions have been prepared by mixing INCONEL 625 powder with the developed binder system and shear rate, viscosity, flow behavior index and the flow activation energy have been determined. For all rheology studies, the capillary rheometer temperatures have been changed between 110-200 C, while the pressure values have been changed from 0.165 to 2.069 MPa. It has been determined that the ideal powder loading ratio for the feedstocks prepared by the developed binder cure and IN625 powder is %65 and the optimal flow behaviours in the powder loading ratio is in the range of  160 -180 C. The feedstocks prepared by mixing IN625 (65%) and recently developed curing binder (35%), have been molded as tensile samples. After the molding process the samples were subjected to thermal debinding in solvent (heptane). Debinded samples have been sintered under an argon atmosphere with high purity at 1250, 1270, 1290, 1300 and 1310 C temperatures for 1h. The maximum theoretical density (98%) has been reached at the operations conducted at 1290 and 1300 C temperatures. Tensile tests have been performed after the sintering process, tensile strength and elongation % values have been determined.
XRD analysishave been carried out to determine to lattice parameters and phases that may occur in the samples which were sintered at different temperatures. Microstructural changes of sintered samples have been examined by using SEM and optical microscopy. Elemental analyses have been performed by means of EDS and structural differences were examined.