Parameter optimization for fabrication of titanium dioxide nanoparticle reinforced pua matrix photocatalytic composites to improve wear resistance
Titanyum dioksit nanopartikül takviyeli pua matrisli fotokatalitik kompozitlerin aşınma dayanımını artırmaya yönelik üretim parametrelerinin optimizasyonu
- Tez No: 781257
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BEDRİ ONUR KÜÇÜKYILDIRIM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Üretim Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 115
Özet
Teknolojik gelişmeler boyunca imalat teknolojilerinde meydana gelen çığır açan olaylar, yeni teknolojik ilerlemelerin gerçekleştirilmesinde önemli rol oynamıştır. İmalat teknolojilerindeki söz konusu gelişmelerden biri olan eklemeli imalat; üretim ihtiyaçlarına en üst düzeyde esneklik ve çok yönlülük sunmuştur. Öte yandan böylesi iyileşmeler; beraberinde, eklemeli imalat ile üretilen parçaların mekanik özelliklerinin çoğunlukla geleneksel imalat yöntemleriyle elde edilebilen mekanik iyileştirmelerden yoksun olması gibi bazı dezavantajlar da getirmektedir. Bu dezavantajların üstesinden gelmek, söz konusu çalışma alanındaki başlıca amaçlardan biri haline gelmiş olup çözüm olarak eklemeli imalat uygulamalarda kompozit malzemelere başvurulmaktadır. Farklı bileşim ve morfolojiye sahip bazı malzemeler, istenen uygulama alanına göre potansiyel takviye malzemeleri olarak incelenmiştir. Bu malzemeler arasında titanyum dioksit nanopartikül kullanımı; beraberinde getirdiği yüksek dayanım, fotokatalitik özellik ve biyouyumluluk nedeniyle araştırmacıların ilgisini çekmiştir. Yine de; şu ana kadar gerçekleştirilmiş çalışmalar göz önüne alındığında titanium dioksit nanopartikül miktarının mekanik özelliklere etkisinde, parça kalitesine etkiyen imalat parametreleriyle arasındaki sinerji ve ardında yatan nedenler yeteri kadar ele alınmamıştır. Bu çalışmanın amacı, değişken takviye miktarları ile üretim parametreleri arasındaki ilişkiyi ortaya koymak ve bu özelliklere etki eden parametreleri optimize ederek yüksek sürtünme ve aşınma karşıtı özelliklere sahip titanyum dioksit takviyeli nanokompozitler elde etmektir. Parametre optimizasyonu için, faktörlerin takviye miktarı, katman kalınlığı ve UV'ye maruz kalma süresi olarak seçildiği, her parametre kombinasyonu için üç tekrarlı bir L9 Taguchi deney tasarımı hazırlandı. Buna göre, homojen olarak dağılmış çözeltiler elde etmek için değişken miktarlarda takviye malzemelerine sahip nano reçineler prob sonikasyonu ile hazırlandı. Hazırlanan nano reçineler, deney tasarımında tanımlanan üretim parametreleri ile dijital ışık işleme (DLP) tipi bir 3 boyutlu yazıcıda kullanıldı. Basılan numuneler, sürtünme özelliklerini gözlemlemek için ball-on-disk testlerine tabi tutuldu. Aşınma izleri, aşınma özelliklerini gözlemlemek için taramalı elektron mikroskobu ile görüntülendi. Her numune için sürtünme katsayısı ve özgül aşınma oranı değerleri kaydedildi ve deneysel girdiler ve çıktılar arasındaki ilişkiyi, ve optimal parameter setini elde etmek için Taguchi deney tasarımının çıktıları olarak kullanıldı. Bu parametre setini doğrulamak için bir doğrulama testi de yapıldı. Hem sürtünme hem de aşınma özellikleri teorik temellerle birlikte değerlendirildi. Böylesi bir tez çalışmasının gerçekleştirilmesi ile eklemeli imalat ile üretilmiş kompozit parçalar optimize bir şekilde elde edilebilir ve sunulan deneysel işlemler bütünü, bundan sonraki ilgili tüm çalışmalarda uygulanabilir olacaktır. Bu çalışma aynı zamanda bu tür kompozit parçaların imalatı ve bu parçaların kayar sürtünme sistemlerinde kullanılması ile ilgili teorik temellerin sunulması açısından da bir bilgi kaynağıdır.
Özet (Çeviri)
Throughout the course of the technological development, breakthrough events occurring in manufacturing technologies has become major factors for realization of new technological advances. One of these developments in manufacturing technologies, such as additive manufacturing (AM), has presented utmost flexibility and versatility in fabrication needs. Such improvements come with some downsides, that parts manufactured by AM mostly lack mechanical improvements normally obtainable by conventional manufacturing methods. Overcoming these downsides has become one of the challenges in this field of study, and as an effective solution for such problems has been presented as usage of composite materials for AM applications. Some materials of different composition and morphology has been studied as potential reinforcement materials according to the expected field of application. Among these materials, titanium dioxide nanoparticles have attracted interest of researchers due to their high strength, photocatalytic properties and biocompatibility. Still, their application on additive-manufactured composite parts is not enough, since their synergy between manufacturing parameters has not been taken into account. Aim of this study is to present the relation between varying amount of reinforcement and manufacturing parameters, and obtaining titanium dioxide reinforced nanocomposites that has high anti-friction and anti-wear properties, by optimizing the parameters that affect these properties. For the parameter optimization, a L9 Taguchi design of experiment (DoE) was prepared with three repetitions for each parameter combination, where the factors were chosen as reinforcement amount, layer thickness and UV exposure time. Accordingly, nanoresins with varying amount of reinforcement materials were prepared by probe sonication, to obtain homogeneously dispersed solutions. Prepared nanoresins were utilized in a digital light processing (DLP) type 3-D printer with the fabrication parameters defined at the DoE. Printed specimens were subjected to ball-on-disk tests to observe their friction characteristics. Wear tracks were imaged by scanning electron microscopy to observe their wear characteristics. Friction coefficient and specific wear rate values for each specimen were recorded and used as outputs of Taguchi DoE, which were also used to obtain relation between experimental inputs and outputs, thus optimized set of parameters. To validate this set of parameters, a validation test was also conducted. Both friction and wear properties were evaluated together with theoretical foundations. By realizing such a thesis study, addtively manufactured composite parts can be obtainable in an optimized way, and presented set of experimental procedures will be applicable for all related future studies. This study is also a source of information in terms of presentation of theoretical bases related with manufacturing of such composite parts and utilization of these parts in sliding friction systems.
Benzer Tezler
- Fabrication of hollow fiber nanofiltration membranes: role of nanocomposites in membrane performance
İnce boşluklu (Hollow fiber) nanofiltrasyon membranlarının üretimi: membran performansında nanokompozitlerin rolü
GÜLSÜM MELİKE ÜRPER BAYRAM
Doktora
İngilizce
2019
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU
- Investigation of the growth kinetics and morphology transitions during porous anodization of titanium in ethylene glycol based electrolytes
Etilen glikol bazlı elektrolitlerde titanyumun gözenekli anodizasyonu sırasında oluşan oksidin büyüme kinetiği ve morfolojik geçişlerinin incelenmesi
EREN SEÇKİN
Doktora
İngilizce
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN
- Nanomalzemeler kullanılarak üretilen düzplaka membranların ve membran biyoreaktörlerde (MBR) kullanılması ve biyokirlenme davranışları
Fabrication of flat-sheet membranes with using nanomaterials and its applications at membrane bioreactor (MBR) systems and biofouling behaviors
BAHAR TAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU
- An uncooled infrared microbolometer detector array using surface micromachined mems technology
Yüzey mikroişleme mems teknolojisi ile soğutmasız kızılötesi mikrobolometre detektör dizini
MAHMUD YUSUF TANRIKULU
Doktora
İngilizce
2007
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Fabrication of nanostructured metal oxide materials and their use in energy and environmental applications
Nanoyapılı metal oksit malzemelerin üretimi ve enerji ve çevre uygulamalarında kullanımı
MEHMET DURMUŞ ÇALIŞIR
Doktora
İngilizce
2020
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ KILIÇ