Alümina ve karbon nanotüp takviyeli Al-4Cu esaslı nanokompozitlerin toz metalürjisi yöntemi ile üretimi ve mekanik özelliklerinin belirlenmesi
Mechanical characterization of alumina and carbon nanotube reinforced Al-4Cu nanocomposites produced by powder metallurgy
- Tez No: 649385
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA ÜBEYLİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 305
Özet
Bu çalışmada, 80 nm alümina parçacık ve 9,5 nm dış çapa sahip çok duvarlı karbon nanotüp (ÇDKNT) takviyeli Al-4Cu alaşımı esaslı nanokompozit toz metalürjisi yöntemiyle üretilmiştir. ÇDKNT takviye oranı hacimce %1,5 oranında sabit tutulurken, alümina ise hacimce %4,5, %7,5, %10,5 ve %13,5 oranlarında kullanılmıştır. Ayrıca, karşılaştırma yapmak için takviyesiz alaşım da üretilmiştir. Karışım tozlarına 30 dk ön karıştırma işleminin ardından argon gaz ortamında 5 saat boyunca 250 dev/dk dönme hızında mekanik alaşımlama uygulanmıştır ve işlem kontrol ajanı olarak ağırlıkça %5 etanol eklenmiştir. Mekanik alaşımlama sonrasında 800 MPa basınçta soğuk sıkıştırma ve ardından mikrodalgalı sinterleme uygulanarak numuneler üretilmiştir. Nanokompozitler argon gaz ortamında 615 °C sıcaklıkta 1 saat sinterlenmiştir. Üretilen numunelere iki farklı ısıl işlem gerçekleştirilmiştir. Uygulanan ısıl işlemlerden biri 400 °C sıcaklıkta 2 saat tavlama işlemidir. Diğer ısıl işlem ise 550 °C sıcaklıkta 70 dk çözeltiye alma ve hızlı soğutma sonrası 200 °C sıcaklıkta 11 saat yapay yaşlandırma ısıl işlemidir. Buna ek olarak, bütün numunelere 170, 180 ve 200 °C sıcaklıklarla 100 saate kadar yapay yaşlandırma uygulanarak yaşlandırma eğrileri çıkarılmıştır. Üretim sonrasında, X-ışını kırınımı, taramalı elektron mikroskobu ve ışık mikroskobu yardımıyla numunelerin içyapıları incelenmiştir. Bunun yanında, makro sertlik, mikrosertlik, nanoiz ve basma testleri ile mekanik özellikleri de belirlenmiştir. Ayrıca, disk üzeri aşınma testi uygulanarak aşınma davranışları da incelenmiştir. Yapılan çalışma sonunda, takviye oranıyla beraber numunelerin makro sertlik, mikrosertlik ve nano sertlik değerlerinde önemli artışlar gözlemlenmiştir. Basma testi sonuçlarına göre takviye ile basma dayanımı ve süneklik azalırken akma dayanımında ise artış gerçekleşmiştir. Buna ek olarak, %15 karma takviyeli nanokompozitin elastik modülü alaşıma kıyasla %60 oranında daha yüksek bulunmuştur. Ayrıca, aşınma dayanımı ve sürtünme katsayısı da takviyeyle beraber artmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, alumina particle (80 nm in size) and multi-wall carbon nanotube (MWCNT) with 9.5 nm in diameter reinforced Al-4Cu alloy matrix nanocomposite was produced by powder metallurgy method. While the MWCNT reinforcement ratio was kept constant as 1.5 vol. %, alumina was used in different proportions between 4.5-13.5 vol. %. In addition, the unreinforced alloy was also produced for comparison. After a premixing of 30 min, the mechanical alloying was applied to the mixed powders at a rotational speed of 250 rpm for 5 hours in an argon gas environment and 5 wt. % ethanol was used as a process control agent. After the mechanical alloying, the samples were produced by applying the cold compaction at 800 MPa and then the microwave sintering. Nanocomposites were sintered at 615 °C for 1 h in an argon gas environment. Two different heat treatments were applied to the produced samples. One of the heat treatments applied is the annealing process at 400 °C for 2 hours. The other heat treatment is the artificial aging process for 11 hours at 200 °C after a solutionizing at 550 °C for 70 min and subsequent rapid cooling. In addition, the aging curves were determined by applying the artificial aging to all samples at 170, 180 and 200 °C for up to 100 hours, individually. After the production, the microstructures of the samples were examined by means of X-ray diffraction, scanning electron microscope and light microscope. Besides that, the mechanical properties were determined by macro hardness, microhardness, nanoindentation and compression tests. In addition, the wear behavior was investigated by performing a pin on disc test. According to the experimental results, an increase in the macro hardness, microhardness and nano hardness values of the samples together with the reinforcement ratio was observed. Moreover, while the compression strength and ductility decreased with the reinforcement, the yield strength increased. In addition, the incorporation of 15% hybrid reinforcement into the alloy increased the elastic modulus by 60% in comparison to the unreinforced alloy. Furthermore, the wear resistance and friction coefficient increased with the reinforcement content.
Benzer Tezler
- Grafen nano plaka takviyeli alümina-zirkonya kompozitlerinin spark plazma sinterleme yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Investigation of microstructure, mechanical properties and cell viability of YSZ toughened alumina composites reinforced with graphene nano plates
DİLAN ALTAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İPEK AKIN KARADAYI
- Karbon nanotüp ilavesinin alümina esaslı seramiklerin yapı ve özelliklerine etkisi
The effect of carbon nanotube addition on the structure and properties of alumina based cer5amics
ALİ CAN ZAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CENGİZ KAYA
- Investigation of CNT smart paint for structural health monitoring in advanced and nano-enhanced carbon fiber composites
Gelişmiş ve nano takviyeli kompozit malzemeler için karbon nanotüp içerikli akıllı boyanın yapısal sağlık izleme için geliştirilmesi
YAĞMUR ATEŞCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. HÜLYA CEBECİ
- Monolitik ve takviyeli borkarbür seramiklerin spark plazma sinterleme (SPS) yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of monolithic and reinforced boroncarbide ceramics prepared by spark plasma sintering (SPS)
BARIŞ YAVAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER
- Karbon nanotüp katkılı alumina/epoksi nano kompozitlerin mekanik özellikleri ve düşük hızlı darbe deneyine cevabı
Mechanical properties of carbon nanotube added alumina/epoxy nanocomposites and response to low velocity
SEZER PIÇAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YUSUF USTA
PROF. DR. AHMET AVCI