Otomotiv ve uzay sanayisi için fonksiyonel derecelendirilmiş Al/ZrB₂ kompozit malzemelerin üretilmesi ve karakterizasyonu
Production and characterization of functionally graded Al/ZrB₂ composite materials for the automotive and aerospace industries
- Tez No: 1024814
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÇAĞLAR YÜKSEL, PROF. DR. ÖMER SAVAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu Doktora tez çalışmasında, santrifüj in-situ döküm yöntemi kullanılarak Al matrisli ZrB₂ takviyeli fonksiyonel derecelendirilmiş kompozit malzemelerin üretilmesi, bu malzemelerin mikroyapısal özellikleri ile sertlik, aşınma ve korozyon davranışlarının kapsamlı olarak incelenmesi ve ZrB₂ takviye fazının gradyan dağılımının malzeme performansı üzerindeki etkisinin ortaya konulması amaçlanmıştır. Çalışmada ZrB₂ takviye fazı, Al matrisi içerisinde in-situ reaksiyonlarla oluşturulmuş ve elde edilen kompozitler santrifüj döküm yöntemiyle silindirik formda üretilerek fonksiyonel olarak derecelendirilmiştir. Numuneler metalografik olarak hazırlanmış; mikroyapı analizleri optik mikroskop (OM), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışını difraksiyonu (XRD) yöntemleriyle gerçekleştirilmiştir. Sertlik davranışı Brinell sertlik ölçümleriyle belirlenmiş; aşınma performansı pin-on-disk yöntemi ve Taguchi L27(3⁵) deneysel tasarımı kullanılarak analiz edilmiştir. Korozyon davranışı ise açık devre potansiyeli (OCP) ölçümleri ve potansiyodinamik polarizasyon (PDS) testlerinden elde edilen elektrokimyasal veriler doğrultusunda incelenmiştir. Analiz sonuçları, ZrB₂ fazının Al matrisi içerisinde in-situ olarak sentezlendiğini ve santrifüj kuvvetin etkisiyle malzeme boyunca gradyan bir dağılım sergilediğini göstermiştir. Mikroyapısal incelemelerde, takviye fazının dış bölgelere doğru yoğunlaştığı ve buna bağlı olarak bölgesel mikroyapı farklılıklarının oluştuğu belirlenmiştir. Lokal takviye oranının dış A bölgesinde yaklaşık %15'e ulaşması, bu bölgede sertlik ve aşınma direncinin artmasında etkili olmuştur. Sertlik değerleri iç bölgeden dış bölgeye doğru artmış ve en yüksek sertlik değeri 72 HB ile ZrB₂ bakımından zengin dış bölgede elde edilmiştir. Aşınma testleri, ZrB₂ bakımından zengin bölgelerde aşınma oranının azaldığını ve aşınma direncinin arttığını ortaya koymuştur. Korozyon analizlerinde ise takviye fazının dağılımına bağlı olarak bölgesel farklılıklar meydana geldiği ve özellikle takviye yoğunluğunun arttığı bölgelerde korozyon davranışının değiştiği görülmüştür. Al/ZrB₂ esaslı kompozit numuneler arasında en olumlu korozyon davranışı Al/ZrB₂ + %2,5 Cu matris numunesinde elde edilmiştir. Sonuç olarak, santrifüj in-situ döküm yöntemi ile üretilen Al/ZrB₂ fonksiyonel derecelendirilmiş kompozitlerde, ZrB₂ takviye fazının gradyan dağılımı sayesinde malzeme özelliklerinin konuma bağlı olarak değiştiği belirlenmiştir. Dış bölgelerde artan takviye oranı ile birlikte sertlik ve aşınma direnci artarken, iç bölgelerde daha sünek Al matris ağırlıklı yapı korunmuştur. Korozyon davranışının ise mikroyapı ve takviye dağılımı ile ilişkili olduğu görülmüştür. Elde edilen bulgular, Al/ZrB₂ esaslı fonksiyonel derecelendirilmiş kompozitlerin özellikle aşınma ve yüzey performansı gerektiren ileri mühendislik uygulamalarında kullanılabilecek potansiyele sahip olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this doctoral thesis, it was aimed to produce Al matrix ZrB₂-reinforced functionally graded composite materials using the centrifugal in-situ casting method, to comprehensively investigate the microstructural characteristics as well as the hardness, wear, and corrosion behavior of these materials, and to reveal the effect of the gradient distribution of the ZrB₂ reinforcement phase on material performance. In the study, the ZrB₂ reinforcement phase was formed within the Al matrix through in-situ reactions, and the obtained composites were produced in cylindrical form by the centrifugal casting method, thereby achieving functional grading. The specimens were metallographically prepared, and microstructural analyses were performed using optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), and X-ray diffraction (XRD). Hardness behavior was determined by Brinell hardness measurements, while wear performance was analyzed using the pin-on-disk method and the Taguchi L27(3⁵) experimental design. Corrosion behavior was evaluated based on electrochemical data obtained from open circuit potential (OCP) measurements and potentiodynamic polarization (PDS) tests. The analysis results showed that the ZrB₂ phase was synthesized in-situ within the Al matrix and exhibited a graded distribution throughout the material under the effect of centrifugal force. Microstructural examinations revealed that the reinforcement phase became concentrated toward the outer regions, resulting in region-dependent microstructural differences. The local reinforcement ratio reaching approximately 15% in the outer A region contributed to the increase in hardness and wear resistance in this region. Hardness values increased from the inner region toward the outer region, and the highest hardness value, 72 HB, was obtained in the ZrB₂-rich outer region. Wear tests demonstrated that the wear rate decreased and wear resistance increased in the ZrB₂-rich regions. Corrosion analyses indicated that regional differences occurred depending on the distribution of the reinforcement phase and that corrosion behavior changed particularly in regions where the reinforcement concentration increased. Among the Al/ZrB₂-based composite specimens, the most favorable corrosion behavior was obtained in the Al/ZrB₂ + 2.5% Cu matrix specimen. As a result, it was determined that, in Al/ZrB₂ functionally graded composites produced by the centrifugal in-situ casting method, the material properties changed depending on position owing to the gradient distribution of the ZrB₂ reinforcement phase. While increasing reinforcement content in the outer regions enhanced hardness and wear resistance, a more ductile Al matrix-dominated structure was preserved in the inner regions. Corrosion behavior was found to be associated with microstructure and reinforcement distribution. The findings indicate that Al/ZrB₂-based functionally graded composites have potential for use in advanced engineering applications requiring wear resistance and high surface performance.
Benzer Tezler
- Alüminyum kompozit köpük malzemelerde takviye oranına bağlı olarak darbe davranışının incelenmesi
Investigation of impact behavior of aluminum composite foam materials dependent on reinforcement ratio
METECAN ÖZEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiTrakya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NİLHAN ÜRKMEZ TAŞKIN
- Bir otomobil salıncağının topoloji optimizasyonu
Topology optimization of an automobile wishbone
ABDULKADİR NAZLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NESLİHAN ÖZSOY
- Radyal ve eksenel akılı değişken relüktanslı konum-hız çözücülerinin tasarımı, optimizasyonu ve deneysel olarak doğrulanması
Design, optimization, and experimental validation of radial and axial flux variable reluctance position-speed resolvers
MURAT ÖNSAL
Doktora
Türkçe
2025
Mekatronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN AYDIN
- Yüzey kaplama yöntemlerinden biri olan mikro ark oksidasyon (mao) işleminde karşılaşılan risk faktörlerinin belirlenmesi ve örnek bir risk değerlendirme analizi
Determination of risk factors encountered in the micro arc oxidation (mao) process one of the surface coating methods and an example risk assessment analysis
ESRA ÇIRAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
KazalarGümüşhane Üniversitesiİş Sağlığı ve Güvenliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EBRU EMİNE ŞÜKÜROĞLU
- Farklı oranlarda kalsiyum katkısının döküm ZK60 magnezyum alaşımlarının mikroyapı ve mekanik özellikler üzerindeki etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of calcium added as-cast ZK60 magnesium alloys on microstructure and mechanical properties with high temperature tensile tests
AYKAN AKBAŞ
Doktora
Türkçe
2022
Metalurji MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUZAFFER ZEREN