Geri Dön

Toz metalurjisi yöntemi ile üretilen Cu-%25Cr elektrik kontak malzemesinin sinterlenme davranışlarının incelenmesi

An Investigation in the sintering behavior of the Cu-25wt%Cr electrical contact materials produced by powder metallurgy technique

  1. Tez No: 100690
  2. Yazar: HALİL İBRAHİM BAKAN
  3. Danışmanlar: PROF.DR. EYÜP SABRİ KAYALI
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 1999
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 117

Özet

TOZ METALÜRJİSİ YÖNTEMİ İLE ÜRETİLEN Cu-% 25 Cr ELEKTRİK KONTAK MALZEMESİNİN SİNTERLENME DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ ÖZET Bu çalışmada toz metalürjisi yöntemi ile üretilen Cu - %25 Cr kontak malzemesinin sinterleme davranışları incelenmiştir. Kullanılan tozların tane boyutu, saflığı ve oksijen içeriği tespit edilerek tozların karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Ağırlıkça %74.5 Cu, %25 Cr ve %0.5 Ni içeren toz karışımı, daha sonra Turbula tipi karıştırıcıda 60 devir/dak. hızla üç saat kanştırılmıştır. Daha sonra bu karışım tek eksenli preste 7000 kg/cm basmç altında ön şekillendirilerek silindirik numuneler elde edilmiştir. On şekillendirilmiş numuneler, çiğlenme noktası -40°C olan hidrojen gazı altmda, 1090C 'de bir saat süre ile sinterlenmiştir. Sinterlenmiş numunelerde %28 IACS elektrik iletkenliği ile birlikte teorik yoğunluğun %95.5'ine ulaşılmıştır. Bu sinterleme işleminden sonra yapılan kimyasal analizde ise sinterlenmiş numunelerin 1500 ppm oksijen içerdikleri tespit edilmiştir. Krom tozlarının içerdiği oksijen miktarının fazla olması nedeniyle, krom tozlarına indirgenme işleminin uygulanmasına karar verilmiştir. İndirgenme deneyleri çiğlenme noktası -40°C olan hidrojen gazı altmda ya da 30 mtorr vakum altmda ve 1350 C 'de değişik sürelerde gerçekleştirilmiştir. Üç farklı indirgenme deneyi gerçekleştirilmiştir. Birinci deney: Krom tozlan, grafit bir altlık üzerine konarak, hem hidrojen ortamında hem de vakum ortamında bir saat süre ile indirgenmiştir. İndirgenme sonrası yapılan analizde ise hidrojen ortamında gerçekleştirilen indirgenme sonrası oksijen miktarının 4000 ppm' e düştüğü, fakat vakum ortamında gerçekleştirilen indirgenme işlemi sonrasında ise oksijen miktarında bir değişimin olmadığı saptanmıştır. IXikinci deney: Krom tozlan, alümina bir altlık üzerine konarak hem hidrojen ortamında hem de vakum ortamında bir saat süre ile indirgenmiştir. Daha sonra yapılan analizde 2000 ppm'e arasında değiştiği saptanmıştır. Vakum ortamında gerçekleştirilen indirgenme işlemi sonrasında ise oksijen miktarının 2500 - 2750 ppm'e arasında değiştiği saptanmıştır. İndirgenme işlemi sonrasında alümina altlığın yüzeyinde yeşil renkli bir tabakanın oluştuğu saptanmıştır. Yapılan X-ışınlan difraksiyonu ile bu tabakanm Cr203 olduğu saptanmıştır. Üçüncü deney: Krom tozlan, 2750 ppm grafit tozu ve küçük alümina peletler ile kanştırıldıktan sonra, alümina bir altlık üzerine konarak hidrojen ortamında indirgenmiştir. İndirgenme işlemi uygulanmış olan Cr metal tozlarının kimyasal analizinde, Cr tozlarının içerdiği oksijen miktarının 200 ppm'e kadar azaldığı tespit edilmiştir. İndirgenme işlemi sırasında alümina altlığın yüzeyinde yine Cr2C>3 tabakasının oluştuğu saptanmıştır. Bu indirgenme işlemi, sinterleme deneyleri için standart bir işlem olarak kabul edilmiştir. Oksijen içeriği 200 ppm azaltılmış Cr tozlarının kullanıldığı ve ağırlıkça %74.5 Cu, %25 Cr, %0.5 Ni içeren kanşımdan hazırlanmış olan ön şekillendirilmiş numuneler, yine çiğlenme noktası -40°C olan hidrojen gazı altında 1090C'de bir saat süre ile sinterlenmiştir. Sinterlenmiş numunelerde %39 IACS elektrik iletkenliği ile birlikte teorik yoğunluğun %98'ine ulaşılmıştır. Sterat katkılarının, Cu-%25 Cr kontak malzemelerinin sinterlenme davranışlarına ve bu malzemelerin son özelliklerine etkisi incelenmiştir. Bu amaçla, %74 Cu, %25 Cr, %0.5 Ni kanşımı üç gruba ayrılmış. İlk iki grup kanşıma ya lityum sterat ya da çinko sterat %0.5 oranında katılmıştır. Üçüncü grup kanşıma ise %1 oranında lityum sterat katılmıştır. Bu kanşımlardan elde edilen ön şekillendirilmiş bütün numuneler çiğlenme noktası -40°C olan hidrojen gazı altında 1090C'de bir saat süre ile sinterlenmiştir. Sterat katkısı ile sinterleme sırasında gözeneklerin daha geç kapanarak gazlatın hapsolmasının engellenmesi ve sonuç olarak sinter yoğunluğunun artması amaçlanmıştır. Ağırlıkça %0.5 lityum sterat katkısı bu beklentiyi doğrulamış ve sinter yoğunluğu %99'ave elektrik iletkenliği ise %45 IACS'ye yükselmiştir. Ağırlıkça %1 lityum sterat katkısı ve %0.5 çinko sterat katkısında ise sinter yoğunluğu azalmıştır. Teorik yoğunluğun %99'u yoğunluğa ve %45 IACS elektrik iletkenliğine sahip sinterlenmiş numunelerin çökelme sertleşmesi özellikleri, elektrik iletkenliği değerlerinin ve sertlik değerlerinin ölçümü ile sistematik olarak incelenmiştir. Sinterlenmiş numunelere 1020°C'de 3 saat çözeltiye alma işlemi uygulandıktan sonra çok hızlı bir şekilde buzlu suda su verme işlemi uygulanmıştır. Daha sonra su verme işlemi uygulanmış numuneler üç gruba ayırılmıştır. Birinci grup numunelere hiç bir deformasyon işlemi uygulanmamıştır, ikinci grup numunelere kesitte %25 azalma olacak şekilde, üçüncü grup numunelere ise kesitte %50 azalma olacak şekilde soğuk deformasyon uygulanmıştır. Birinci grup numuneler değişik yaşlandırma sıcaklıklarında (400, 450, 475, 500 and 525 °C) 6 saat yaşlandırılmış, sertlik ve iletkenlik değerleri ölçülmüştür. En yüksek sertlik ve iletkenlik değerlerinin, 475 °C 'deki yaşlandırma sonrası elde edildiği saptanmıştır. Daha sonra her üç grup numuneler, 475 °C'de 24 saate kadar olan değişik sürelerde yaşlandırılmışlardır. %50 soğuk deformasyon uygulanmış numuneler en yüksek sertlik (154 HV5) ve maksimum iletkenlik değerini (%55 IACS) 6 saatlik yaşlandırma sonrası göstermişlerdir. Soğuk deformasyon uygulanmamış numuneler ise diğer numunelere göre daha düşük sertlik değerleri göstermişlerdir. Buna karşın her üç grup numunede aynı elektrik iletkenliği değerini (%55 IACS) göstermiştir. XI

Özet (Çeviri)

AN INVESTIGATION IN THE SINTERING BEHAVIOR OF THE Cu - 25 wt % Cr ELECTRICAL CONTACT MATERIALS PRODUCED BY POWDER METALLURGY TECHNIQUE SUMMARY In this study, the sintering behavior of Cu - 25 wt % Cr contact materials produced by powder metallurgy technique was investigated. Characterization of powders used in these study was done through the grain size distribution, impurity and oxygen content. The composition consisting of 74.5 wt % Cu, 25 wt % Cr and 0.5 % Ni powder was mixed in a Tubule mixer for three hours at 60 cycles/min. The mixture was then uniaxially pressed into cylindrical shapes at a pressure of 7000 kg/cm. The compacts o o were then sintered at 1090 C for one hour in a hydrogen atmosphere having - 40 C dew point. The sintered density was is 95.5 % theoretical density with accomplishing an electrical conductivity of %28 LACS. Following this process chemical analysis was carried out to determine the oxygen content of the sintered samples. The oxygen content of the sintered sample was found to be 1500 ppm by chemical analysis. Because of the high oxygen content of the chromium powders, it was then decided to perform the reduction treatment of the chromium powder. Reduction experiments were carried out in hydrogen atmosphere with a dew point of - 40°C or under vacuum of 30 mtorr at 1350°C for a reduction period of one hour. Three different experiments were carried out. Experiment 1: Chromium powders were placed on a graphite substrate and reduced under hydrogen atmosphere or in vacuum. Cr powders obtained after the reduction under hydrogen were analyzed for its oxygen contents. It was found that the oxygen contents of the treated powders were reduced down to 4000 ppm. Chromium powders reduced in vacuum were also analyzed and it was found that the oxygen contents were unchanged. XllExperiment 2: Chromium powders were placed on an alumina substrate and reduced under hydrogen atmosphere or in vacuum. Chromium powders reduced under hydrogen were analyzed and the results indicated that the oxygen content were varied in between 1500 - 2000 ppm. Chromium powders treated in vacuum were also analyzed and the results showed that the oxygen contents varied in between 2500 - 2750 ppm. After reduction treatments alumina substrate had a green color layer on its surface. This layer was determined to be Cr2Û3 by X-ray diffraction Experiment 3: Chromium powders were mixed with 2750 ppm graphite powder and small alumina pellets. The mixture was then placed on an alumina substrate and reduced under hydrogen atmosphere. Chromium powders reduced under hydrogen were analyzed and the results indicated that the oxygen content was decreased to 200 ppm. The Cr2Ü3 layer on the surface of alumina substrate was again formed during reduction treatment. As a results, this reduction treatment of the chromium powders was adopted as standard procedure for the following sintering tests. The compact prepared from the mixture consisting of 25 wt % Cr powders having 200 ppm oxygen content, 74.5 wt % Cu and 0.5 wt % Ni was again sintered in a hydrogen atmosphere having -40 C dew point at 1090 C for one hour. The sintered density was attained 98 % theoretical density with accomplishing an electrical conductivity of %39 IACS. The effect of stearate additives on the sintering behavior of the Cu-25wt %Cr contact materials and the resulting properties of this material is also investigated. For this purpose, the mixture powders consisting of 74 wt % Cu, 25 wt % Cr and 0.5 % Ni powder was divided into three lots. The two lots were blended with 0.5 wt % of either lithium stearate or zinc stearate. The third lot was blended with 1 wt % lithium stearate. All compacts were sintered in hydrogen atmosphere having - 40°C dew point at 1090°C for one hour. The rationale for stearate additions is based on an expected decrease in the rate of pore closure during sintering and hence increased sintered density. The beneficial effect of stearate additions was confirmed with 0.5 wt % lithium stearate addition. An addition of 0.5 wt % admixed lithium stearate, the sintered density increased to 99 % Xllltheoretical density with accomplishing an electrical conductivity of 45 % IACS. The sintered density decreases with 1 wt % lithium stearate addition. Admixed zinc stearate results in a decrease at the sintered density. The precipitation hardened properties of the sintered samples having 99 % theoretical density with accomplishing an electrical conductivity of 45 % IACS have been investigated systematically by means of hardness testing and electrical conductivity measurement. The sintered samples were solution treated at 1020 °C for three hours and rapidly quenched in ice cold water. The quenched samples were divided into three groups. The first group was undeformed samples. The second and third group samples were cold forged at different amounts which are 25 % and 50 % reduction in the thickness of the samples respectively. The first group samples were aged at different temperatures (400, 450, 475, 500 and 525 °C) for 6 hours, and their hardness and electrical conductivity values were measured. The highest hardness and conductivity were obtained at 475°C aging temperature. Therefore, all undeformed samples and cold deformed samples were then aged at 475 °C for various times up to 24 hours. The 50 % cold deformed samples exhibited maximum conductivity (55 % IACS) and hardness. (154 HV5) at 475°C for 6 hours. The hardness of the undeformed sample was lower than that of the cold deformed samples. However, all three group samples showed the same electric conductivity of 55 % IACS xiv

Benzer Tezler

  1. Tez No

    150129

    Toz metalurjisi yöntemi ile üretilen Cu-C-Al2SiO5 kompozitinin abrasiv aşınma dayanımının araştırılması

    The investigation of abrasive wear of Cu-C-Al2SiO5 composite producted by powder metallurgy process

    ÇETİN ÖZAY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2004

    Makine MühendisliğiFırat Üniversitesi

    Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı

    Y.DOÇ.DR. AHMET HASÇALIK

  2. Tez No

    897327

    Toz metalurjisi yöntemi ile üretilen Co ve W takviyeli Cu-Co-W kompozit malzemeler: Mikroyapı ve mekanik özellikleri

    Co and W reinforced Cu-Co-W composite materials produced by powder metallurgy method: Microstructure and mechani̇cal properties

    FAEAZ HAMEED SALEH ALMOLA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Makine MühendisliğiKastamonu Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET AKKAŞ

  3. Tez No

    484520

    Toz metalürjisi ile üretilen Cu matrisli nano kompozitlerin elektrik iletkenliği ve aşınma dirençlerinin incelenmesi

    An investigation of electrical conductivity and wear resistance of Cu matrix nano composites produced by powder metallurgy method

    FATİH TAŞDEMİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Metalurji MühendisliğiKarabük Üniversitesi

    İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. DURSUN ÖZYÜREK

  4. Tez No

    776858

    Toz metalürjisi yöntemi ile üretilen bakır matrisli hibrit kompozit malzemelerin mekanik ve korozyon özelliklerinin araştırılması

    Investigation of mechanical and corrosion properties of copper matrix hybrid composite materials produced by powder metallurgy method

    OSAMA ALI EHBIL KRIEWAH

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Makine MühendisliğiKastamonu Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SERKAN ISLAK

  5. Tez No

    332904

    Alaşım (MoCu), katot kullanarak (Mo-N-Cu) nanokompozit kaplamaların ark fiziksel buhar biriktirme yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu

    Production and characterization of Mo-N-Cu, nanocomposite coatings deposited by arc pvd using (Mo-Cu) alloy cathode

    MORTAZA MOHAMMADIMOGHANJOUGHI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA ÜRGEN

Geri Dön