Investigation of the bonding mechanisms of aluminum chips during SPD- and FAST-based solid-state recycling processes
SPD ve FAST esaslı katı hal geri dönüşüm süreçleri sırasında alüminyum talaşların bağlanma mekanizmalarının incelenmesi
- Tez No: 804054
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ CAN KAYA, PROF. DR. FRANK WALTHER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Türk-Alman Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İmalat Teknolojileri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 123
Özet
Günümüzde enerji yoğun birincil alüminyum üretiminin yanı sıra ikincil alüminyum da büyük önem taşımaktadır. Özellikle alüminyumun geri dönüşümü, kaynakların korunması ve enerji verimliliğinin artırılmasına yönelik sürdürülebilir düşünceler nedeniyle giderek daha önemli hale gelirken, aynı zamanda alüminyum fiyatları da artmaktadır. Yeniden ergitme yoluyla ikincil alüminyum üretimi ile karşılaştırıldığında, alüminyum talaşların doğrudan yeniden kullanımı yoluyla alüminyumun geri dönüşümü, enerji tasarrufu ve işleme için gereken çaba açısından büyük bir potansiyele sahiptir. Bu nedenle, kusur karakteristiklerinin spesifik bir tanımına ek olarak kırılma mekanizmalarının anlaşılması belirleyici bir rol oynamaktadır. İlk araştırmalar, talaşlardan yapılan ekstrüzyon alüminyum profillerin karşılaştırılabilir yarı statik özelliklere sahip olduğunu, ancak döküm bazlı referanstan yapılan ekstrüzyon profillerden on yıl daha kısa bir yorulma ömrüne sahip olduğunu göstermiştir. Yenilikçi bir proses rotası olarak, tek bir döngüde nete-yakın-biçim bileşenlerin veya çok sayıda parçanın esnek üretimi için kıvılcım plazma sinterleme (spark plasma sintering (SPS)) veya alan destekli sinterleme (field-assisted sintering (FAST)) kullanılmaktadır. Şiddetli plastik deformasyon (severe plastic deformation(SPD)) proseslerinin aksine, SPS'nin mekanizması, yüksek deformasyon nedeniyle oksit tabakalarının parçalanmasından ziyade yeniden kristalleşmeye ve basınçla birleştirilmiş difüzyon proseslerinin ilgili aktivasyonuna dayanmaktadır. Ayrıca araştırmalar, çiplerin yüzey oksit tabakasının etkili bir şekilde parçalanmasına neden olan mekanizmaların plazma üretimi, çipler arasındaki plastik deformasyon ve difüzyon bağının bir kombinasyonu olduğunu göstermektedir. Bu çalışma kapsamında, ekstrüzyon yöntemleri, katı hal geri dönüşümü, ısıl işlemler ve karakterizasyon yöntemleri gibi alüminyum alaşımları ile ilgili konularda bir literatür araştırması yapılacaktır. Buna uygun olarak, farklı sinterleme ve ekstrüzyon koşullarına tabi tutulan alüminyum alaşımlı talaşlardan üretilen numuneler metalografik yöntemlerle incelenecektir. Buna paralel olarak, alaşımların sertliğini talaş sınırlarının etkisi olmadan belirlemek için mikrosertlik ölçümleri yapılacaktır. Bu mikroyapısal ve mikrosertlik incelemeleri, değişen sinterleme ve ekstrüzyon parametrelerine bağlı olarak bağlanma mekanizmalarını belirlemek için kullanılacak ve bağlanma koşullarındaki değişikliklerin etkileri hakkında sonuç çıkarmak için ilişkilendirilecektir. Ayrıca, bu çıktıların, daha az gözenekli ve yeterince kaynaklanmış talaşlardan oluşan bir mikroyapı elde etmek için optimum sinterleme parametrelerinin bulunmasına öncülük etmesi amaçlanmaktadır.
Özet (Çeviri)
In addition to energy-intensive primary aluminum production, secondary aluminum is of great importance. In particular, the recycling of aluminum is becoming increasingly important due to sustainable considerations for resource conservation and increased energy efficiency, while at the same time aluminum prices are increasing. Compared to the production of secondary aluminum by re-melting, the recycling of aluminum through the direct reuse of aluminum chips has great potential for saving energy and the effort which is required for processing. Therefore, the understanding of the fracture mechanisms in addition to a specific description of the defect characteristics plays a decisive role. Initial investigations showed that extruded aluminum profiles made from chips have comparable quasi-static properties, but a fatigue life which is a decade shorter than of extruded profiles made from cast-based reference. A new innovative process route uses spark plasma sintering (SPS) or field-assisted sintering (FAST) for a flexible manufacturing of near-net-shape components or numerous parts in a single cycle. In contrast to severe plastic deformation (SPD) processes, the mechanism of SPS is based on recrystallization and the related activation of pressure-superimposed diffusion processes rather than the break-up of the oxide layers by high degrees of deformation. Moreover, researches show that mechanisms that result in the efficient surface oxide layer breakup of the chips are a combination of plasma generation, plastic deformation between the chips, and diffusion bonding. Within this work, a literature research on aluminum alloys related topics such as extrusion methods, solid-state recycling, heat treatments and characterization methods will be carried out. Accordingly, samples consisting of aluminum alloy chips under different sintering and extrusion conditions will be investigated by means of metallographic methods. In parallel, microhardness measurements will be implemented for determining the alloys hardness without influences of chip boundaries. These microstructural and microhardness investigations will be used for determining the bonding mechanisms due to varying sintering and extrusion parameters and will be correlated in order to conclude about the effects of changes in the bonding conditions. In addition, it is aimed that these outputs will lead to the finding of optimum sintering parameters in order to obtain a microstructure consisting of adequately welded chips with less porosity.
Benzer Tezler
- Karma takviyeli alüminyum matriksli kompozitlerin üretimi, mekanik özellikler ve işlenebilirliklerinin incelenmesi
Production of hybrid reinforced aluminium based composites and investigation of their mechanical properties and machinability
GÖKHAN SUR
Doktora
Türkçe
2008
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT GÜLESİN
- Kaynak edilebilen kobalt ve demir esaslı alaşımların yüksek sıcaklıkdaki aşınma davranışları
High temperature wear behaviour of weldable cobalt and iron based alloys
HALİS ÇELİK
- Numerical and experimental investigaton of ultrasonic embossing technique for fabrication of thermoplastic microfluidic devices
Termoplastik mikroakışkan cihazların üretimi için ultrasonik baskı tekniğinin numerik ve deneysel olarak incelenmesi
FERAH ÇOĞUN
Doktora
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ALİ SAHİR ARIKAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ ENDER YILDIRIM
- PTFE kaplama ve sol-jel yöntemi ile seramik kaplamanın farklı substratlarda bağlanma mekanizmalarının incelenmesi
Investigation of adhesion mechanism on different substrates of the ceramic coating produced with the sol-gel method and PTFE coating
PINAR YOLCU
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
KimyaSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÜNAL
- Al matrisli Al2O3 takviyeli kompozit malzemelerinin katı hal teknikleri ile kaynak edilebilirliğinin araştırılması
The investigation of weldability of al matrix-Al2O3 reinforced composite materials with solid state bonding methods
SONER BUYTOZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Eğitim ve ÖğretimFırat ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NURİ ORHAN