Geri Dön

Micromechanical characterization of metallic glass-crystalline nanocomposite coatings

Metalik cam-kristal nanokompozit kaplamaların mikromekanik karakterizasyonu

PDF İndir

  1. Tez No: 534093
  2. Yazar: MOHAMMAD ABBOUD
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SEZER ÖZERİNÇ, DOÇ. DR. YUNUS EREN KALAY
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 113

Özet

Amorf/kristal nanokatmanlar sınırlandırılmış geometrideki metalik camların ve kristal metallerin mekanik davranışının ve boyut etkilerinin çalışılması için etkin bir model sistemi sağlar. Ayrıca bu tarz nanokatmanlar yüksek mukavemeti sürdürürken amorf metallerin sünekliğini geliştirmek için avantajlı bir yapı sağlar. Yüksek mukavemetin ve sünekliğin birleştirilmesi bu nanokompozitleri aşınmaya karşı dirençli kaplamalar olarak gelecek vadeden malzeme yapar. HCP kristal katmanları içeren amorf/kristal nanokatmanların yapı-özellik ilişkileri incelendi. Katman kalınlığı 10–100 nm aralığında değişen CuTi/Ti ve CuZr/Zr nano-katmanlar magnetron püskürtme ile hazırlandı. Nanosertlik tekniğiyle bu katmanların mekanik özellikleri ve nanoçizik testiyle CuZr/Zr nanokatmanların aşınmaya karşı direnci incelendi. Filmlerin yapısı ve kompozisyonu X-ışını kırınımı, Taramalı Elektron Mikroskopi, Enerji Dispersif Spektroskopi, Geçirimli Elektron Mikroskopi ve Yüksek Çözünürlüklü Geçirimli Elektron Mikroskopi teknikleri kullanılarak karakterize edildi. CuTi/Ti ve CuZr/Zr nanokatmanlarının sertliği sırasıyla monolitik CuTi ve CuZr'unkine yakındı. Katman kalınlığı azalırken artan mukavemet gösteren literatürdeki CuTi/Cu amorf/FCC kristal nanokatmanlara karşın yaptığımız amorf/HCP kristalin farklı katman kalınlıkları için sertliği nerdeyse sabit kaldı. Sonuçlar, HCP kristal katmanlarının amorf katmanlara kıyasla daha yüksek etkili akma gerilimini öngören sınırlandırılmış katman kayma modeliyle açıklanabilir. Sonuç olarak, mukavemet ve boyut etkileri daha yumuşak amorf katmanların mekanik davranışıyla kontrol edilir. Monolitik CuZr en yüksek çizme direncine sahiptir, ama nanokatmanlı kaplamalar sertliğin ve elastik modülüsün katman kalınlığına bağlı olmamasına rağmen katman kalınlığı azalırken çizme direnci azalır. Kompresif gerginliği %80'i aşmasına rağmen, 10 nm katman kalınlığına sahip olan nanokompozit herhangi bir delaminasyon belirtisi göstermedi. CuZr/Zr'un ara yüzeyinin düşük kesme gerilimi ve Zr katmanlarının gerinim sertleşmesi, katman kalınlığına bağlı aşınma direncini ve yüksek hasar toleransını açıklayabilir. Katmanlı metalik cam / kristal nanokompozitler, yüksek sertlik ve kırılmaya karşı direncin birleştirilmesinde, etkili aşınmaya dirençli kaplamaların geliştirilmesi için yeni bir tasarım alanı sağlar.

Özet (Çeviri)

Amorphous/crystalline nanolayers provide an effective model system to study the mechanical behavior and size effects of metallic glasses and crystalline metals in confined geometries. They also provide an advantageous structure for improving the ductility of amorphous metals while maintaining their outstanding strength. Combination of high strength and ductility make these nanocomposites promising materials as wear resistant coatings. The structure-property relationship in Amorphous/Crystalline nanolayers containing HCP crystalline layers were investigated. CuTi/Ti and CuZr/Zr nanolayers were prepared by magnetron sputtering with layer thicknesses in the range 10–100 nm. The mechanical properties of these nanolayers were investigated using nanoindentation technique, while the wear resistance of CuZr/Zr was investigated using nanoscratch technique. X-Ray diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), Transmission Electron Microscopy (TEM), and High-Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) were used to characterize the structure and composition of the films. The hardness of the CuTi/Ti and CuZr/Zr nanolayers were close to those of the monolithic CuTi and CuZr, respectively. The hardness remained virtually the same for different layer thicknesses as opposed to CuTi/Cu amorphous/FCC crystalline nanolayers which exhibit increasing strength with decreasing layer thickness. The results can be explained by the confined layer slip model that predicts an effective flow stress for HCP crystalline layers higher than those of the amorphous layers. As a result, the strength and size-effects are governed by the mechanical behavior of the softer amorphous layer. The scratch resistance was the highest for the monolithic CuZr, and diminished with decreasing layer thickness for nanolayered coatings, although hardness and elastic modulus were independent of layer thickness. The nanocomposite with layer thickness of 10 nm did not show any sign of failure in spite of compressive strain exceeding 80%. Low shear strength of the CuZr-Zr interface and strain hardening of Zr layers can explain the layer thickness dependent wear resistance and outstanding damage tolerance observed. Layered metallic glass/crystalline nanocomposites combine high hardness and resistance to fracture, providing a new design space for the development of effective wear resistant coatings.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    475030

    Production and characterization of CuZr-RE based bulk amorphous/nanocrystal composite

    CuZr-NTE bazlı hacimli amorf/nanokristal kompozit yapıların üretimi ve karakterizasyonu

    FATİH SIKAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. YUNUS EREN KALAY

    YRD. DOÇ. DR. İLKAY KALAY

  2. Tez No

    201816

    Manufacturing and structural analysis of a lightweight sandwich composite UAV wing

    Sandviç kompozit malzemeden yapılmış hafif bir İHA kanadının üretimi ve yapısal analizi

    TAHİR TURGUT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2007

    Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALTAN KAYRAN

  3. Tez No

    179620

    Nanokristal Al-Si-Sb alaşımlarının enerji yaklaşımı ile mikromekanik karakterizasyonu

    Micromechanical characterization of nanocrystalline Al-Si-Sb alloys by work of indentation approach

    FİKRET YILMAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Fizik ve Fizik MühendisliğiGaziosmanpaşa Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ORHAN UZUN

  4. Tez No

    676384

    Optical and micromechanical design and characterization of a laser scanning capsule endoscope unit

    Lazer taramalı kapsülü endoskop ünitesinin optik ve mikromekanik tasarımı ve karakterizasyonu

    İSRAA DHAHRAN SALAH ELDIN SALAHELDIN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜNAY BAŞAR

    DOÇ. DR. ONUR FERHANOĞLU

  5. Tez No

    695278

    Fabrication and characterization of hybrid nanofiller reinforced polyurethane nanocomposites

    Hibrit nanodolgu takviyeli poliüretan nanokompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu

    AMIR NAVIDFAR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. LEVENT TRABZON

Geri Dön