Grafen-seramik tanecik takviyeli alüminyum matrisli hibrit kompozitlerin toz metalurjisi metoduyla üretimi, mekanik ve mikroyapı özelliklerinin incelenmesi
Fabrication of aluminum matrix hybrid composites reinforced with graphene-ceramic particles by powder metallurgy method and investigation of their mechanical and microstructural properties
- Tez No: 521591
- Danışmanlar: PROF. DR. ERDEM KOÇ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Mechanical Engineering, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ondokuz Mayıs Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 183
Özet
Bu çalışmada, alüminyum-grafen, alüminyum-SiC-grafen, alüminyum-Si3N4-grafen kompozitler toz metalurjisi metoduyla üretilmiş olup SiC (ağırlıkça %1, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 25, 30), Si3N4 (ağırlıkça %1, 3, 6, 9, 12) ve grafen (ağırlıkça %0.1, 0.3, 0.5) katkı oranlarının kompozitlerin yoğunluğuna, gözenekliliğine, mekanik özelliklerine (Vickers sertliğine, basma dayanımına, çekme dayanımına), aşınma direncine ve mikroyapısına olan etkisi incelenmiştir. Üretilen Al-grafen kompozitlerde en yüksek yoğunluk ve sertlik değerini veren en uygun sinterleme sıcaklığı, sinterleme süresi ve grafen katkı oranı sırasıyla; 630°C, 180 dk ve ağırlıkça %0.1 olarak belirlenmiştir. Grafen katkısının belli bir orana (ağırlıkça %0.1) kadar kompozitin mekanik özelliklerini iyileştirdiği ve aşınma direncini azalttığı tespit edilmiştir. Ağırlıkça %0.1 grafen katkısından sonra grafen taneciklerin topaklanması sebebiyle Al-grafen kompozitin mekanik özellikleri ve aşınma direnci azalmıştır. Toz metalurjisi metoduyla üretilen Al-SiC kompozitlerde, en yüksek deneysel yoğunluk ve Vickers sertliği Al-%30SiC kompozit yapıda elde edilmiştir. Al-%30SiC kompozit yapıya ağırlıkça %0.1, 0.3, 0.5 oranında grafen katkısı yapıldığında; en yüksek deneysel yoğunluğa (2.69 g/cm3) ve Vickers sertliğine (85.2 HV), Al-%30SiC-%0.5grafen kompozit yapıda ulaşılmıştır. En yüksek basma dayanımına (271 MPa) ise Al-%30SiC-%0.1 grafen kompozit yapıda ulaşılmıştır. Alüminyum matrise, SiC ve grafen katkısıyla belli bir orana kadar (ağırlıkça %0.1 grafen katkısı) mekanik özelliklerin iyileştiği tespit edilmiştir. Üretilen Al-Si3N4 kompozitler içerisinde en yüksek deneysel yoğunluk ve Vickers sertliğine Al-%9Si3N4 kompozit yapıda ulaşılmıştır. Al-%9Si3N4 kompozit yapıya ağırlıkça %0.1, 0.3, 0.5 oranında grafen katkısı yapıldığında, en yüksek deneysel yoğunluk (2.59 g/cm3) ve maksimum basma dayanımı (334 MPa) ağırlıkça %0.1 grafen katkısında elde edilmiştir. Alüminyum matrise ağırlıkça %0.1 oranına kadar grafen katkısı, incelenen kompozitlerin mekanik özelliklerini ve aşınma direncini iyileştirmiştir. Mekanik ve aşınma test sonuçları, alüminyum matrisli kompozitlerde grafenin iyi bir katkı elemanı ve katı yağlayıcı olduğunu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
In this study, aluminum-graphene, aluminum-SiC-graphene, aluminum-Si3N4-graphene composites were fabricated by powder metallurgy method. The effects of SiC (1, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 25, 30wt.%), Si3N4 (1, 3, 6, 9, and 12wt.%), and graphene (0.1, 0.3, 0.5wt.%) addition on density, porosity, mechanical properties (Vickers hardness, compressive strength, tensile strength), wear resistance, and microstructure of composites were investigated. The optimum sintering temperature, sintering time, and graphene content were determined as 630 °C, 180 min and 0.1%wt respectively. It has been determined that graphene addition to Al matrix improves the mechanical properties and decreases the wear resistance of the composite up to certain graphene content (0.1%wt). The mechanical properties and wear resistance of Al-graphene composites reduced due to the agglomeration of graphene after the 0.1%graphene content. The highest experimental density and Vickers hardness were obtained at Al-30%SiC composite fabricated by the powder metallurgy method. The maximum experimental density (2.69 g/cm3) and Vickers hardness (85.2 HV) were detected at Al-30%SiC-0.5%graphene composites when graphene (0.1, 0.3, 0.5wt.%) added to Al-30%SiC composite structure, In addition, the highest compressive strength (271 MPa) was determined at Al-30%SiC-0.1%graphene composite. Both SiC and graphene addition to aluminum matrix was found to improve the mechanical properties up to a certain graphene content (0.1wt.%). The highest experimental density and Vickers hardness value were obtained at Al-9%Si3N4 composite structure. The highest experimental density (2.59 g/cm3) and ultimate compressive strength (334 MPa) were determined at Al-9%Si3N4-0.1%graphene when graphene (0.1, 0.3, 0.5wt.%) added to Al-9%Si3N4 composite. Also, the highest Vickers hardness (82 HV) was obtained at Al-9%Si3N4-0.5%graphene. Mechanical properties of Al-Si3N4-GNPs decreased due to the agglomeration of graphene nanoparticles after 0.1%graphene content. Graphene addition up to 0.1wt.%GNPs to aluminum matrix improved the mechanical properties and wear resistance of composites. Mechanical and wear test results showed that graphene was a good additive element and a solid lubricant in aluminum matrix composites.
Benzer Tezler
- Savunma sanayisinde kullanılan metal yüzeylerin kaplanmasında grafen tabanlı yöntemlerin geliştirilmesi ve uygulanması
Development and application of graphene-based methods in coating metal surfaces used in the defense industry
VEYSEL YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Savunma ve Savunma TeknolojileriSelçuk ÜniversitesiKimyasal, Biyolojik, Radyolojik ve Nükleer Savunma Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERDAR KARAKURT
- Grafen takviyeli seramik matrisli kompozit malzemelerin özelliklerinin incelenmesi
Investigation of graphene reinforced ceramic matrix materials properties
GAMZE KAYIKCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASİBE AYGÜL YEPREM
- Grafen ve seramik partikül takviyeli titanyum matrisli hibrit kompozitin toz metalurjisi yöntemiyle üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of graphene and ceramic particle reinforced titanium matrix composite by powder metallurgy method
CANTEKİN KAYKILARLI
Doktora
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASİBE AYGÜL YEPREM
PROF. DR. DENİZ UZUNSOY
- Elektrospinleme yöntemiyle grafen katkılı seramik nanolif üretimi ve karakterizasyonu
fabrication and characterization of ceramic nanofibers based graphene oxide by electrospinning
NESRİN KAYACI ÖZTÜRK
- Grafen esaslı nano elektroseramiklerin üretilmesi ve karakterizasyonu
Production and characterization of graphene based nano electroceramics
CİHAT AYDIN
Doktora
Türkçe
2017
Metalurji MühendisliğiFırat ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA TAŞKIN
PROF. DR. FAHRETTİN YAKUPHANOĞLU