Nano-kristal yapılı yüksek entropi alaşımlarının termal kararlılığının ve mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi
Improvement of the thermal stability and mechanical properties of nano-crystalline structured high entropy alloys
- Tez No: 729140
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HASAN KOTAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Necmettin Erbakan Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 89
Özet
Yapılan çalışmalarda, eş atomik ya da eş atomik orana yakın kompozisyonlarda en az 5 elementin bir araya gelerek oluşturduğu yeni bir alaşım türü olan Yüksek entropili alaşımlar (YEA) keşfedilmiştir. YEA'lar en az 5 elementin bir araya gelerek oluşturduğu, basit katı çözelti oluşturma yatkınlığı ile geliştirilmiş mikroyapısal ve mekanik özelliklere sahip malzemeler olarak tanımlanmışlardır. YEA'lar geleneksel malzemelere kıyasla özellikle yüksek sertlik/dayanım, üstün aşınma dayanımı, yüksek sıcaklık dayanımı, iyi korozyon direnci gibi geliştirilmiş mekanik özellikler sayesinde son dönemlerde önemli oranda araştırılmakta ve çalışılmaktadır. Bu alaşımların mekanik alaşımlama yöntemi ile üretilmesi sayesinde, mikroyapısal ve mekanik özellikleri daha da geliştirilebilmektedir. Mekanik alaşımlama ile elde edilen nanokristal yapılı malzemelerin sıcaklığa karşı tane büyümesi eğiliminin üstesinden gelebilmek amacıyla, YEA'lar da dahil olmak üzere, alaşım sistemlerine termal kararlılığı artırıcı element ilaveleri yapılmaktadır. Bu çalışma kapsamında, nanokristal yapılı eşatomik CoCrFeNi alaşımı mekanik alaşımlama yöntemi ile üretilerek, 500 ile 1100 °C arasında tavlanmıştır. Termal kararlılık sağlayıcı ilaveler olarak, İtriyum (Y) ve Zirkonyum (Zr) tozları ana alaşıma atomca %1 ve %4 olacak şekilde ve İtriyum Oksit (Y2O3) tozu da ağırlıkça %1 ve %4 olacak şekilde ilave edilmiştir. Tavlama sıcaklığı ve termal kararlılık sağlayıcıların oranının bir fonksiyonu olarak, mekanik alaşımlanmış ve tavlanmış YEA'ların mikro yapı araştırmaları için X-ışını kırınımı (XRD), odaklanmış iyon ışını mikroskobu (FIB) ve geçirimli elektron mikroskobu (TEM) kullanılmıştır. Sonuçlar, mekanik alaşımlanmış CoCrFeNi alaşımının, 1100 °C'de tavlamadan sonra bile yüzey merkezli kübik (ymk) kristal yapıya sahip olduğunu göstermiştir. Artan tavlama sıcaklıkları ile birlikte CoCrFeNi alaşımının tane büyümesine maruz kaldığı, dolayısı ile termal olarak kararlı bir yapıda olmadığı görülmüştür. Değişen oranlarda Y, Zr ve Y2O3 ilaveleri ile ana alaşımın termal kararlılığının farklı düzeylerde artırıldığı çalışma kapsamında belirlenmiştir. Ayrıca artan tavlama sıcaklığı ile ciddi oranda düşüş gösteren CoCrFeNi alaşımının sertliği, termal kararlılık sağlayıcı ilaveler ile yüksek sıcaklıklarda dahi tane büyümesi engellenerek belirli seviyelerde tutulmuştur. Sonuç olarak, bu çalışma kapsamında CoCrFeNi alaşımına Y, Zr ve Y2O3 ilaveleri ile elde edilen tane boyutu kararlılığının, nanokristal yapılı CoCrFeNi YEA tozlarının konsolidasyon sürecini basitleştirmesi ve özelliklerinde önemli bir azalma olmaksızın potansiyel yüksek sıcaklıklarda uygulamalarında kullanımına olanak sağlaması beklenmektedir.
Özet (Çeviri)
In the literature, a new types of alloy designing system consisting principal element in euqiatomic or near equiatomic ratios, was discovered and defined as High Entropy Alloys (HEA). HEAs are defined as materials with improved microstructural and mechanical properties with a tendency to reveal simple solid solutions, formed by the combination of at least 5 elements. HEAs have been studied in recent years, due to their improved mechanical properties such as high hardness/strength, superior wear resistance, high temperature resistance, good corrosion resistance compared to conventional materials. Their microstructural and mechanical properties can be further improved by mechanical alloying method. In order to overcome the grain growth tendency of nanocrystalline materials prepared by mechanical alloying, including HEAs, thermal stabilizer agents are added to alloy systems. In this study, nanocrystalline CoCrFeNi alloy in equiatomic ratio was produced by mechanical alloying and annealed between 500 and 1100 °C. Yttrium (Y) and Zirconium (Zr) powders were added to the main alloy 1 and 4 at%, and Yttrium Oxide (Y2O3) powder was doped at 1 and 4 wt%. X-ray diffraction (XRD), focused ion beam microscopy (FIB), and transmission electron microscopy (TEM) were used for microstructural investigations of as-milled and annealed YEAs as a function of annealing temperature and added powders. The as-milled CoCrFeNi alloy showed grain coarseningis with increasing annealing temperatures, thus, it is suggested that nanocrystalline CoCrFeNi is not thermally stable. It was determined within the scope of the study that the thermal stability of the CoCrFeNi HEA was imporved at varying ranges with the additions of Y, Zr and Y2O3. In addition, the hardness of CoCrFeNi alloy, which decreased significantly with increasing annealing temperature, was attained at higher values due to inhibited grain growth even at high temperatures with the addition of thermal stabilizers. Consequently, within the aim of this study, it is expected that the grain size stability obtained by the additions of Y, Zr and Y2O3 to the CoCrFeNi alloy will simplify the consolidation process of nanocrystalline CoCrFeNi YEA powders and allow their use in potential high temperature applications without a significant decrease in their properties.
Benzer Tezler
- Mekanik alaşımlama ile üretilen nanoyapılı Al-Cu-Ni-Si alaşım tozlarının mikroyapısal ve termal karakterizasyonu
Microstructural and thermal characterization of nano-structured Al-Cu-Ni-Si alloy powders produced by mechanical alloying
CELAL ONAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiBatman ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA OKUMUŞ
- Nano boyutlu kristal yapılı polistren kolloitlerin bazı metal iyonu optik sensörlerinin yapımında kullanılması
Development of a new metal ion optic sensor material based on nano dimensional polystyrene crystalline colloidal arrays
CAN SERKAN KESKİN
- İkili ve üçlü bileşik yarı iletken Bi2Te3, Sb2Te3, Bi2Se3 ve (BixSb1-x)2Te3 nanofilmlerinin UPD temeline dayanan elektrokimyasal bir yöntemle atomik seviye kontrollü üretimi ve karakterizasyonu
Atom-by-atom synhesis and characterization of binary and ternary compound semiconductor Bi2Te3, Sb2Te3,Bi2Se3 and (BixSb1-x)2Te3 nanofilms via electrochemical method-based UPD
İBRAHİM YASİN ERDOĞAN
- Nano boyutlu kurşun oksit üretimi ve karakterizasyonu
Chemical synthesis of nano-sized particles of lead oxide and their characterization studies
AHMET GÜNGÖR
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Kimya MühendisliğiMersin ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TONGUÇ ÖZDEMİR
- Nano yapılı malzemelerin mekanik, elektronik ve kimyasal özellikleri
Mechanical, electrical and chemical properties of nanostructured materials
MİNE KONUK ONAT
Doktora
Türkçe
2015
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MERYEM SONDAN DURUKANOĞLU FEYİZ