Kesici takımlar, delgi uçları, aşınma plakaları ve pres kalıpları… Bu parçaların ortak bir özelliği vardır: Olağanüstü sertlik ve aşınma direnci gerektiren görevlerde çalışırlar. Bu gücün arkasında ise genellikle sert alaşımlar (hardmetals) veya diğer adıyla sementit karbürler (cemented carbides) yatar. Bu kompozit malzemeler, seramik kadar sert parçacıkların, metalik bir “yapıştırıcı” ile bir araya getirilmesiyle oluşur.
Geleneksel olarak bu yapıştırıcı rolünü kobalt üstlense de, özellikle korozyon ve oksidasyon direncinin gerektiği zorlu uygulamalarda nikel tozu, daha üstün bir performans sunarak vazgeçilmez bir bağlayıcı (binder) olarak öne çıkmaktadır.
Sert Alaşım (Hardmetal) Nedir?
Sert alaşımlar, temel olarak iki ana bileşenden oluşan kompozit malzemelerdir:
- Sert Faz: Genellikle Tungsten Karbür (WC), Titanyum Karbür (TiC) veya Tantal Karbür (TaC) gibi son derece sert, aşınmaya dayanıklı ama tek başına çok kırılgan olan seramik parçacıklardır.
- Bağlayıcı Faz (Binder): Bu sert ama kırılgan karbür tanelerini bir arada tutan, onlara tokluk (darbe direnci) ve süneklik kazandıran metalik bir matristir.
Bağlayıcı olmadan, sert karbür taneleri bir tebeşir gibi kolayca dağılırdı. Bağlayıcı, bu taneleri çevreleyerek ve birbirine “yapıştırarak” hem sert hem de tok olan, endüstriyel uygulamalara dayanabilecek bir malzeme yaratır.
Bağlayıcı Olarak Nikel Tozunun Kritik Fonksiyonları
Nikel tozu, sert alaşım üretiminin sinterleme aşamasında kritik fonksiyonlar üstlenir:
- Islatma (Wetting) ve Sıvı Faz Sinterleme: Sinterleme işlemi sırasında nikel, karbürlerin erime noktasının altında bir sıcaklıkta eriyerek bir sıvı faza dönüşür. Bu sıvı nikel, kapiler etkiyle sert karbür tanelerinin etrafını tamamen sarar ve onları “ıslatır”. Bu ıslatma, taneler arasındaki boşlukların doldurulmasını ve neredeyse %100 yoğunlukta bir malzeme elde edilmesini sağlar.
- Tokluk Kazandırma: Sinterleme sonrası katılaştığında nikel, sert ve kırılgan karbür tanelerini içinde hapseden sünek bir metalik matris oluşturur. Malzemeye bir darbe geldiğinde, bu nikel matrisi enerjiyi emerek ve deforme olarak, karbür tanelerinin çatlamasını ve malzemenin bir bütün olarak kırılmasını engeller. Kısacası, sertliğin bedeli olan kırılganlığı ortadan kaldırır.
Nikel mi, Kobalt mı? Uygulamaya Göre Değişen Üstünlük
Geleneksel olarak sert alaşımlarda en yaygın bağlayıcı kobalt olmuştur. Ancak nikel, özellikle belirli koşullarda kobalta göre önemli avantajlar sunar:
- Üstün Korozyon Direnci: Bu, nikelin en büyük avantajıdır. Kobalt, özellikle asidik veya su içeren ortamlarda korozyona uğrama eğilimindedir. Nikel ise çok daha geniş bir pH aralığında ve birçok agresif kimyasala karşı mükemmel korozyon direnci gösterir. Bu, kesme sıvılarının kullanıldığı veya kimyasal/gıda endüstrisinde çalışan parçalar için nikeli ideal kılar.
- Daha İyi Oksidasyon ve Sıcaklık Direnci: Nikel, yüksek sıcaklıklarda kobalttan daha iyi oksidasyon direnci sergiler. Bu, yüksek sıcaklıkta çalışan kesici takımlar veya contalar için bir avantajdır.
- Manyetik Olmayan Özellikler: Bazı nikel bağlayıcılı alaşımlar, belirli elektronik veya medikal uygulamalar için gerekli olan manyetik olmayan özellikler sunabilir.
- Sağlık ve Güvenlik: Kobalt tozuna maruz kalmayla ilgili potansiyel sağlık endişeleri, bazı şirketlerin alternatif olarak nikele yönelmesine neden olmaktadır.
Nikel Bağlayıcılı Sert Alaşımların Uygulama Alanları
- Kimya Endüstrisi: Korozyon ve aşınmanın bir arada olduğu pompa salmastraları, vanalar ve nozullar.
- Gıda ve İlaç Sanayii: Paslanmazlık ve hijyenin önemli olduğu pres kalıpları ve kesiciler.
- Petrol ve Gaz Endüstrisi: Aşındırıcı ve korozif akışkanlara maruz kalan vana bileşenleri ve delgi ekipmanları.
- Metal Şekillendirme: Özellikle paslanmaz çelik gibi malzemelerin şekillendirildiği ve korozyon riskinin olduğu kalıplar.
Sonuç
Nikel tozu, sert alaşımlar dünyasında sadece bir “yapıştırıcı” değil, aynı zamanda malzemeye kritik özellikler kazandıran fonksiyonel bir bileşendir. Karbür tanelerine tokluk ve darbe direnci sağlarken, kobaltın yetersiz kaldığı korozif ve oksitleyici ortamlarda üstün bir performans sergiler. Bu nedenle, doğru bağlayıcıyı seçmek – nikel, kobalt veya diğerleri – sert alaşımın çalışma ortamına ve performans gereksinimlerine göre verilmesi gereken kritik bir mühendislik kararıdır.
