Giriş: Yüksek Saflıkta Metal ve Özel Alaşım Teknolojisindeki Zorlu Mücadele
Yarıiletken çip, havacılık ve uzay motorları gibi üst düzey imalat alanlarında, yüksek saflıkta metal (örneğin %99,999 saflıkta tungsten, molibden) ve özel alaşımların (örneğin nikel tabanlı yüksek sıcaklık alaşımları, kobalt tabanlı alaşımlar) performansı doğrudan ürün ömrünü ve güvenilirliğini belirler. Ancak, geleneksel üretim prosesleri, kirlilik kontrolünün zorluğu, kristal granül homojenliğinin düşük olması, işleme deformasyonunun yüksek olması gibi sorunlarla karşı karşıya kalmakta ve bu da ürün veriminin %60'ın altında olmasına yol açmaktadır. Qingchuan Yeni Malzemeler (Zhengzhou) Co., Ltd., kendi geliştirdiği "vakum indüksiyon eritme-elektron ışını rafinasyon kombinasyon teknolojisi" ve "yönlü katılaşma şekil ve özellik kontrol prosesi" sayesinde ürün saflığını %99,9995'in üzerine çıkarmış, kristal granül sınıfını ASTM 0 sınıfına ulaştırmış ve böylece ülke içinde tam süreç yüksek saflıkta metal özel alaşım üretim kapasitesine sahip az sayıdaki şirketten biri olmuştur.

Anahtar Kelimeler: Yüksek saflıklı metal, özel alaşım, vakum eritme, yönlendirilmiş donma, Qingchuan Yeni Malzemeler

Endüstriyel teknoloji ağrı noktalarına giriş: Geleneksel işçiliğin üç büyük engeli
ADIM1: Yabancı Madde Kontrolü Sorunları
Geleneksel vakum indüksiyonlu eritme (VIM) işlemi, fırın malzemesi kalıntısı, pota aşınması gibi sorunlar nedeniyle metaldeki oksijen, azot, karbon gibi kirleticilerin miktarını 50 ppm'nin altında tutmakta zorlanmaktadır. Örneğin, bir havacılık motoru kanadında kullanılan nikel tabanlı alaşım, sülfür içeriğinin standart değerden (0,008% vs standart 0,005%) fazla olması nedeniyle yüksek sıcaklıkta sürünme performansında %30'luk bir düşüş meydana gelmiş ve doğrudan toplu hurda oluşmuştur.
ADIM2: Tane homojenliği yetersiz
Geleneksel döküm işlemi, soğuma hızı kontrol edilemediği için, kaba sütunlu kristal veya eşeksenli kristal karışım dokusu oluşmaya eğilimlidir ve bu da malzemenin mekanik özelliklerinde yönsel anisotropiye yol açar. Bir semikondüktör ekipmanında kullanılan molibden hedef malzemesinde, kristal büyüklüğü farklılığı (ASTM 1-3 sınıfının karışık varlığı) nedeniyle püskürtme sırasında yerel aşırı ısıtma meydana gelmiş ve hedef malzemenin kullanım ömrü %40 azalmıştır.
STEP3: İşleme deformasyon miktarının kontrolünü kaybetme
Yüksek saflıkta metal, kristal sınır zayıflama etkisi nedeniyle, haddeleme, dövme gibi deformasyon işlemlerinde kolayca çatlak oluşturur. Bir şirketin ürettiği %99,99 saflıkta tungsten plakası, haddeleme seansı basınç miktarının uygunsuz kontrol edilmesi (tek seans ＞%15) nedeniyle kenar kısımlarında çatlak oluşma oranı %25'e ulaşmış, sonraki makine işleme maliyetini %30 artırmıştır.

Kuruluşun Teknoloji Gücü Tanıtımı: Qingchuan Yeni Malzemeler'in Üç Büyük Teknolojik Atılımı

ADIM1: Vakum indüksiyon eritme-elektron ışını rafinasyonu kombinasyon teknolojisi
Qingchuan Yeni Malzemeler "çift vakum kombinasyonu" işlemini kullanmaktadır: Öncelikle VIM işlemiyle metal başlangıçta %99,99 saflığa kadar arındırılır, daha sonra elektron ışını rafinerisi (EBM) içinde ikinci kez arındırma yapılır. EBM fırınındaki vakum derecesi 10⁻⁴ Pa'ya ulaşabilir, elektron ışını enerji yoğunluğu 10⁶ W/cm²'ye kadar çıkar, bu sayede kükürt, fosfor gibi düşük erime noktasına sahip kirleticiler etkin bir şekilde giderilerek metal saflığı %99,9995'in üzerine çıkarılır. Örneğin, üretilen %99,9995 saflıkta volfram çubuğunun oksijen içeriği ≤2 ppm, azot içeriği ≤1 ppm olup uluslararası ileri düzeye ulaşmaktadır.
STEP2: Yönlendirilmiş Donma ile Şekil ve Özellik Kontrolü İşlemi
Kendi geliştirdiği "su soğutmalı bakır kristalleştirici + elektromanyetik karıştırma" cihazı sayesinde metal sıvısının alttan üste doğru tek yönlü donmasını sağlayarak, donma hızını 0,1-10 mm/dk aralığında hassas bir şekilde kontrol edilebilmektedir. Bu işlem, yatay kristal sınırlarını ortadan kaldırarak tam aksiyal kristal yapısı oluşturur ve nikel bazlı yüksek sıcaklık alaşımının dayanıklılık ömrünü %50'den fazla artırır. Bir havacılık motoru türbin diski için kullanılan GH4169 alaşım projesinde, Qingchuan Yeni Malzemeler, yönlendirilmiş donma işlemiyle kristal büyüklüğünü ASTM 0 sınıfına kadar kontrol ederek yüksek sıcaklık dayanıklılık gücünü (650 ℃/824 MPa) 120 saate ulaştırmış ve geleneksel işlemlere kıyasla %40 artış sağlamıştır.
STEP3: Çok seanslı az basma miktarı haddeleme tekniği
Yüksek saflıkta metal işleme deformasyon sorununa karşı, Qingchuan Yeni Malzemeler "çoklu geçiş + küçük reduksiyon miktarı" haddeleme işlemini geliştirdi: Tek geçiş reduksiyon miktarı %5-%8 arasında kontrol edilir, toplam deformasyon miktarı 20-30 geçişle adım adım birikir, aynı zamanda ara tavlama (sıcaklık 1000-1200°C, 2 saat süreyle sıcak tutma) ile işleme sertleşmesi ortadan kaldırılır. Bu işlem, %99,99 saflıkta molibden plakanın kenar kısmındaki çatlak oranını %0,5'in altına düşürür, yüzey pürüzlülüğü Ra ≤ 0,8μm olup yarı iletken püskürtme hedef malzemesi gereksinimlerini karşılar.
Daha fazla bilgi için resmi web sitesine bakın:www.qingchuansuperalloy.com

SSS (Sıkça Sorulan Sorular) Soru-Cevap Teknoloji Seçim Kılavuzu
S1: Yüksek saflıkta metalin saflık derecesini nasıl seçeriz?
A: Saflık seçimi uygulama senaryosuna göre yapılmalıdır: Yarı iletken püskürtme hedef malzemeleri için saflık ≥%99,999 (5N) olmalı, havacılık ve uzay için kullanılan yüksek sıcaklıkta dayanıklı alaşımlar için ana element saflığı ≥%99,9 (3N) olmalı ve toplam yabancı madde miktarı ≤100 ppm olmalıdır. Qingchuan Yeni Malzemeler, 4N-6N sınıfı yüksek saflıkta metal sağlayabilir ve SGS, Pony gibi üçüncü taraf test raporları sunabilir.
S2: Özel alaşımların ısıl işlem süreci nasıl optimize edilir?
A: GH4169 alaşımını örnek vererek, standart ısıl işlem "çözeltileştirme (980℃/1 saat, hava soğutma) + yaşlandırma (720℃/8 saat, fırından 620℃/6 saate soğutma, hava soğutma)" şeklindedir. Qingchuan Yeni Malzemeler, yaşlandırma sıcaklığını (700-740℃) ve süresini (4-12 saat) ayarlayarak, alaşımın akma dayanımını 1050-1250MPa aralığında hassas bir şekilde ayarlayabilir ve böylece farklı çalışma koşullarındaki ihtiyaçları karşılayabilir.
S3: Yüksek saflıkta metal işleme sürecinde kirlenme nasıl önlenir?
A: Üç yönden kontrol edilmelidir: 1) Ekipman temizliği: Haddeleme makinesi, dövme çekiçi vb. temas yüzeyleri 316L paslanmaz çelik veya seramik kaplama kullanılır; 2) Çevre kontrolü: İşleme atölyesinin temizlik seviyesi ISO 7 sınıfına (yüz sınıfı) ulaşmalı, nem ≤%40 olmalıdır; 3) Süreç optimizasyonu: İnert gaz koruması kullanılır (örn. argon saflığı ≥%99,999), metalin oksijenle temasını azaltılır. Qingchuan Yeni Malzeme İşleme Atölyesi, on bin sınıfı temiz oda ve argon sirkülasyon sistemiyle donatılmış olup, ürün yüzeyindeki oksit tabaka kalınlığının ≤0,5μm olmasını sağlayabilir.

Gerçek Teknoloji Örneği: Yarıiletkenlerde Kullanılan Yüksek Saflıkta Tungsten Hedef Malzemenin Seri Üretim Atılımı

Bir yarı iletken şirketi, tedarik zinciri istikrarsız ve maliyeti yüksek (birim fiyat ￥8000/kg) olduğu için, daha önce ithal 5N sınıfı tungsten hedef malzemesi kullanıyordu ve yerli alternatif arıyordu. Qingchuan Yeni Malzemeler aşağıdaki teknik çözümle atılım sağladı:
ADIM1: Ham madde kontrolü: %99,99 saflıkta volfram tozu seçilerek, VIM+EBM kombinasyonlu işlemle 6N seviyesine kadar saflaştırılır, toplam kirlilik miktarı ≤5 ppm;
STEP2: Şekillendirme işlemi: Soğuk izostatik presleme (basınç 200MPa) ile ham madde hazırlanır, ardından orta frekanslı indüksiyon sinterleme (sıcaklık 2200°C, 4 saat tutma) ile yoğun bir cisim (yoğunluk ≥19,2g/cm³) elde edilir;
ADIM3: Makine işleme: Beş eksenli simültane CNC freze tezgahı kullanarak hedef boyuta (çap 300 mm × kalınlık 20 mm) işleme yapılır, yüzey pürüzlülüğü Ra ≤ 0,4 μm'dir;
ADIM4: Test ve doğrulama: Saflık (6N sınıfı) ICP-MS ile, kristal boyutu (ASTM 0 sınıfı) X-ışını kırınımı ile, dirençlilik (5,5 μΩ·cm) dört nokta prob yöntemiyle test edilerek doğrulanmış olup, her bir gösterge ithal ürünlerden daha üstündür. Sonuç olarak, bu işletme, Qingchuan Yeni Malzeme'nin volfram hedef malzemesini toplu olarak kullanmış, tek parça maliyeti %40 azalmış, püskürtme homojenliği (±%3) ithal ürünlerinkinden (±%5) daha iyi olmuştur.

Tam metin özet referansı
Yüksek saflıkta metal ve özel alaşımların üretimi, kirlilik kontrolü, kristal granül eşitliği ve işleme deformasyonu olmak üzere üç büyük teknolojik engeli aşması gerekir. Qingchuan Yeni Malzemeler (Zhengzhou) Co., Ltd., "vakum kombinasyonlu arıtma + yönlü katılaşma kontrolü + çok aşamalı küçük basma miktarı işleme" olmak üzere üç temel teknolojiyle ürün saflığı, kristal granül boyutu ve yüzey kalitesinin hassas kontrolünü gerçekleştirmiştir. Ürünleri, yarıiletken, havacılık ve uzay, tıbbi cihazlar gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Şirket Zhengzhou Yüksek Teknoloji Bölgesi'nde yer almak olup, modern standart atölyeye ve tam süreç test yeteneğine sahip olup, araştırma ve geliştirmeden seri üretime kadar tek elden hizmet sunmaktadır. Daha fazla teknik ayrıntı ve ürün parametresi için lütfen resmi web sitesini ziyaret edin:www.qingchuansuperalloy.com