Investigation of tribological properties of graphene nanoplatelets reinforced metal matrix nanocomposites
Grafen nanolevha takviyeli metal matrisli nanokompozitlerin tribolojik özelliklerinin incelenmesi
- Tez No: 563901
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SİNAN KANDEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 63
Özet
Bu çalışmada takviye malzemesi olarak, birkaç grafen tabakasından oluşan, 50-100 nm kalınlığa ve 5 μm ortalama çapa ve olağanüstü mekanik özelliklere ve katı yağlayıcı özelliğe sahip grafen nanolevhalar (GNL) kullanılarak A360 alaşımının mikroyapı ve değişik ortam sıcaklığındaki aşınma davranışlarının incelenmesi hedeflenmiştir. Döküm yöntemiyle üretilen bu nanokompozitlerin önündeki başlıca engel GNL'lerin geniş yüzey alanı ve yüksek yüzey enerjilerinden dolayı topaklanmaya eğilimli olmasıdır. Topaklanmayı engellemek adına master alaşım olarak sıvı fazdaki alüminyuma daldırılan GNL'ler daha sonra mekanik karıştırma ve ultrasonik proses ile matris içerisine homojen bir şekilde dağıtılma işlemi gerçekleştirilmiştir. Üretilen nanokompozitlerin iç yapı analizleri göstermektedir ki kütlece 0.25 oranında iç yapıya katılan GNL'lerin göreceli olarak homojen bir şekilde dağıtımı gerçekleştirilmiştir. Yapılan sertlik ve aşınma deneylerinde de, referans numunelere kıyasla GNL içeren nanokompozitler daha iyi performans sergilemiştir. Sertlik performansının iyileştirilmesinde ki temel mekanizma tane oluşumu esnasında GNL'lerin çekirdek oluşumu görevi görerek tane boyutlarını küçültmesine dayandırılmaktadır. Nanokompozitlerin aşınma davranışlarında ki iyileşme ise, GNL'lerin geçici olarak aşınma yüzeyinde katı yağlayıcı bir film tabakaları oluşturarak metal-metal temasını engellemesi ve bu sebeple sürtünme katsayısını düşürüp hacim kaybını azaltmasına dayandırılmaktadır. Ayrıca ortam sıcaklığına bağlı olarak aşınma mekanizmalarını belirlemek adına aşınan yüzeyler taramalı elektron mikroskobuyla incelenip raporlanmıştır. Oda sıcaklığında abrazif ve adhesif aşınma, 150°C'de oksidasyon aşınması ve 300°C de ise ergime mekanizması baskın aşınma mekanizmaları olarak tespit edilmiştir. Yapılan testler sonucunda, mekanik karıştırma ve ultrasonik proses yardımıyla üretilen nanokompozitlerin özellikle yüksek sıcaklık da aşınma davranışı gerektiren mühendislik uygulamalarında umut vaat eden bir aday olabileceği tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this research, graphene nanoplatelets (GNPs) with a thickness of 50-100 nm have been utilized to improve the mechanical and tribological properties of A360 alloy due to their extraordinary mechanical properties and solid lubricant nature. During the fabrication process, GNPs were introduced into the liquid Aluminum (Al), then mechanical stirrer and ultrasonic treatment were used to obtain homogeneous dispersion of GNPs throughout the matrix. The examination of microstructures showed that A360/0.25 wt.% GNP nanocomposites have a relatively uniform distribution of GNPs. During the tribological properties investigation, ball-on disk tests were carried out at various temperature including room temperature (RT), 150°C, and 300°C. According to the hardness and ball-on-disk test results, the nanocomposite specimens exhibited improved hardness and wear resistance. The main mechanism of improvement in the hardness performance is mainly attributed the grain refinement by GNPs since they acted as the nucleation agents during the solidification process. The improvement in the wear behavior of nanocomposites could be referred to the temporarily formed solid lubricant film of harder GNPs during the wear, and hence coefficient of friction (COF) and volume loss results considerably reduced. Abrasive-adhesive, oxidation, and melting wear mechanism were found to be main mechanisms at RT, 150°C, and 300°C respectively. Overall, the results show that the nanocomposites fabricated by casting method combined with mechanical stirring and ultrasonication have promising wear performance, especially at elevated temperatures. This may suggest that these developed materials could be good candidates to be used in the engineering applications requiring high temperature wear performance.
Benzer Tezler
- Investigation of mechanical and tribological behaviour of graphene nanoplatelet reinforced ZE10 magnesium alloy
Grafen nanolevha takviyeli ze10 magnezyum alaşımının mekanik ve tribolojik davranışlarının incelenmesi
SİBEL YÖYLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SİNAN KANDEMİR
- Nanoyağlayıcılar kullanarak aluminyum esaslı hibrit yatak malzemelerinin tribolojik özelliklerinin araştırılması
Investigation of the tribological properties of aluminum based hybrid bearing materials using nanolubricants
VALERY TUSAMBILA WADI
Doktora
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET BAKİ KARAMIŞ
- Orijinal ve geri dönüştürülmüş karbon formu partiküllerin epoksi kaplamanın tribolojik ve mekanik özellikleri üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of original and recycled carbon form particles on the tribological and mechanical properties of epoxy coating
MUHAMMED MUSTAFA ZAFER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiAksaray ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FAZLİYE KARABÖRK
- Alüminyum matrisli farklı oranlarda grafen içeren B4C takviyesi ile üretilen kompozitlerin tribolojik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of tribological properties of composites produced by boron carbide reinforcement containing different proportions of graphene with aluminium matrix
SATİYE BURCU KELEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Metalurji MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ENGİN ÇEVİK
- Al7075-Si3N4-grafen ve Al7075-B4C-grafen hibrit kompozitlerin mekanik ve tribolojik özelliklerinin araştırılması
Investigation of the mechanical and tribological properties of Al7075-Si3N4-graphene and Al7075-B4C-graphene hybrid composites
ALEYNA TAŞKIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MAHMUT CAN ŞENEL