Geri Dön

Farklı oranlarda B4C ve TiO2 ile takviye edilmiş AA6XXX esaslı fonksiyonel derecelendirilmiş hibrit kompozitlerin üretimi ve radyasyon zırhlama özelliklerinin incelenmesi

Production and investigation of radiation shielding properties of AA6XXX based functionally graded hybrid composites reinforced with B4C and TiO2 at different rates

  1. Tez No: 913225
  2. Yazar: ZÜBEYDE ÖZKAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. UĞUR GÖKMEN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Metalurji Mühendisliği, Nükleer Mühendislik, Metallurgical Engineering, Nuclear Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Gazi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 142

Özet

Bu tez çalışmasında ağırlıkça %0-50 arasında değişen oranlarda B4C, TiO2 ve B4C+TiO2 seramik parçacıklar, AA6082 matris malzemesi içerisine eklenerek fonksiyonel derecelendirilmiş kompozit/hibrit numuneler toz metalurjisi yöntemi üretilmişlerdir. Kullanılan toz malzemelerin, toz tane boyut, SEM ve XRD analizleri ile karakterizasyon özellikleri incelenmiştir. Üretilen numunelerin optik mikroskop, SEM-EDS, kırık yüzey, sertlik ve çapraz kırılma testleri ile mekanik ve mikro yapı özellikleri analiz edilmiştir. Teorik hesaplamalarda Phy-x/PSD, SRIM/TRIM ve NGCal yazılımı kullanılarak gama ışınları ve hızlı-termal nötron radyasyonlarına karşı malzemelerin gösterdiği radyasyon zırhlama özellikleri incelenmiştir. Üretilen numuneler ayrıca 60Co ve 137Cs gama radyoizotopları kullanılarak deneysel olarak 0,662 MeV, 1,173 MeV ve 1,332 MeV enerjilerde analiz edilmiştir. Kullanılan AA6082, TiO2 ve B4C toz malzemelerin D (50) değeri analiz sonucunda sırası ile 53,0 μm, 0,847 μm ve 69,4 μm olarak elde edilmiştir. Üretilen fonksiyonel derecelendirilmiş hibrit/kompozit malzemeler 6 katmandan oluşmaktadır. Üretilen numuneler içerisinde %99,68 ile en fazla bağıl yoğunluğa sahip numune takviye malzeme içermeyen AA6082 malzemesi olmuştur. Eklenen takviye oranına bağlı olarak malzemelerin sertlik değerlerinde artış olduğu gözlenmiştir. Takviye eleman içermeyen AA6082 malzemesinin içerisinde alınan EDS analizine göre birincil alaşım elementinin Mg elementinin olduğu ve Mg elementinin alüminyumun tane sınırında yoğun olarak yer aldığı tespit edilmiştir. Takviye eleman içermeyen AA6082 malzemesi sünek kırılma davranışı gösterirken eklenen takviye oranına bağlı olarak fonksiyonel derecelendirlmiş kompozit/hibrit malzemeler 1. katmandan 6. katmana doğru gevrek kırılma davranışı göstermişlerdir. Phy-x/PSD programında gama analizi sonucunda, AA6082 içerisine eklenen TiO2 ve TiO2+B4C takviye malzemelerin artışı ile fonksiyonel derecelendirlmiş kompozit/hibrit malzemelerin LAC değerleri, artan yoğunluk ve atom numarasından dolayı artmıştır. Buna bağlı olarak HVL, TVL ve MFP değerlerinin azaldığı gözlenmiştir. Phy-x/PSD programında hızlı nötron tesir kesiti analizi sonucunda, AA6082 içerisine eklenen bütün takviye malzemeler AA6082'nin FNRCS değerini artırmıştır. Malzemelerin FNRCS değerleri AA6082+(%0-50 ağ.) B4C FDKM> AA6082+(%0-50 ağ.) TiO2+B4C FDHKM > AA6082+(%0-50 ağ.) TiO2 FDKM >Takviye eleman içermeyen AA6082 şeklindedir. NGCal programından elde edilen termal ve hızlı nötron analiz sonuçlarına göre, B4C takviyeli fonksiyonel derecelendirmiş kompozit malzemeler hem hızlı hem de termal nötron karşında daha iyi zırhlama özelliği göstermiştir. SRIM/TRIM programı ile malzemeler üzerindeki hasar mekanizmaları incelenmiştir. 4 malzeme içerisinde en fazla iyon aralığına sahip malzeme takivye eleman içermeyen AA6082 malzemesi olmuştur. SRIM/TRIM progmanda yapılan analiz sonucunda, artan enerji ile beraber AA6082+(%0-50 ağ.) B4C+TiO2 fonksiyonel derecelendirlmiş hibrit kompozit malzemenin iyon aralık değeri azalırken diğer üç malzemenin iyon aralık değerinin arttığı tespit edilmiştir. Takviye mazlemesiz AA6082, TiO2, B4C ve B4C +TiO2 içeren FDKM/FDHKM'lerde artan enerjiye bağlı olarak malzeme içerisinde meydana gelen boşluk sayısı artmıştır.

Özet (Çeviri)

In this thesis, functionally graded composite/hybrid samples were produced by powder metallurgy method by adding B4C, TiO2 and B4C+TiO2 ceramic particles in proportions varying between 0-50% by weight into AA6082 matrix material. The characterisation properties of the powder materials used were investigated by powder grain size, SEM and XRD analysis. Mechanical and microstructure properties of the produced samples were analyzed by optical microscope, SEM-EDS, fracture surface, hardness and cross fracture tests. In theoretical calculations, radiation shielding properties of the materials against gamma rays and fast-thermal neutron radiation were investigated using Phy-x/PSD, SRIM/TRIM and NGCal software. The produced samples were also analyzed experimentally at 0.662 MeV, 1.173 MeV and 1.332 MeV energies using 60Co and 137Cs gamma sources. The D (50) values of the AA6082, TiO2 and B4C powder materials used were obtained as 53.0 μm, 0.847 μm and 69.4 μm, respectively, as a result of the analysis. The functionally graded hybrid/composite materials produced consist of 6 layers. The sample with the highest relative density of 99.68% among the produced samples was the AA6082 material without reinforcement material. Increases were observed in the hardness values of the materials depending on the reinforcement ratio. According to the EDS analysis taken in the AA6082 material without reinforcement element, it was determined that the primary alloy element was Mg and that the Mg element was densely located in the grain boundary of the aluminum. While the AA6082 material without reinforcement element showed ductile fracture behavior, functionally graded composite/hybrid materials showed brittle fracture behavior from the 1st layer to the 6th layer depending on the reinforcement ratio added. As a result of gamma analysis in the Phy-x/PSD program, with the increase of TiO2 and TiO2+B4C reinforcement materials added to AA6082, the LAC values of functionally graded composite/hybrid materials increased due to the increasing density and atomic number. Accordingly, it was observed that HVL, TVL and MFP values decreased. As a result of fast neutron cross section analysis in the Phy-x/PSD program, all reinforcement materials added to AA6082 increased the FNRCS value of AA6082. The FNRCS values of the materials AA6082+(0-50 wt.%) B4C FGCM> AA6082+(0-50 wt.%) TiO2+B4C FGHCM > AA6082+(0-50 wt.%) TiO2 FGCM > AA6082 without reinforcement element. According to the thermal and fast neutron analysis results obtained from the NGCal program, B4C reinforced functionally graded composite materials showed better shielding properties against both fast and thermal neutrons. The damage mechanisms on the materials were investigated with the SRIM/TRIM program. The material with the largest ion range among the 4 materials was the AA6082 material without reinforcement. As a result of the analysis performed in the SRIM/TRIM program, it was determined that the ion range value of the AA6082+(0-50 wt.%) B4C+TiO2 functionally graded hybrid composite material decreased with increasing energy, while the ion range value of the other three materials increased. In FGCM/FGHCMs containing AA6082, TiO2, B4C and B4C +TiO2 without reinforcement, the number of voids formed within the material increased due to increasing energy.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    535629

    Yüksek frekanslı indüksiyon ile sinterlemenin hibrid alüminyum matrisli kompozitlerin mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi

    The effect of sintering with high frequency induction on the mechanical and tribological properties of hybrid aluminum matrix composites

    LEVENT ULVİ GEZİCİ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Makine MühendisliğiManisa Celal Bayar Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. UĞUR ÇAVDAR

  2. Tez No

    237900

    Alüminyum alaşımı ve bronzu yüzeyine oksit ve karbür bileşiklerinin plazma sprey yöntemiyle kaplanmasının araştırılması

    The investigation of coating of oxide and cabide compound on the surface of aluminium alloy and bronze by using plasma spray process

    SERKAN ÖZEL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    Metalurji MühendisliğiFırat Üniversitesi

    Teknik Eğitim Bölümü

    DOÇ. DR. HÜSEYİN TURHAN

  3. Tez No

    800318

    B4C-TiB2 nanokompozit tozlarının kendiliğinden ilerleyen yüksek sıcaklık sentezi (SHS) ile üretimi, proses optimizasyonu ve spark plazma sinterleme (SPS) prosesine shs nanotozlarının etkisi

    Production of B4C-TiB2 nanocomposite powder by self-propagating high temperature synthesis (SHS), process optimization and effect of SHS nanoparticles on spark plasma sintering (SPS) process

    OZAN ÇOBAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MAHMUT ERCAN AÇMA

  4. Tez No

    868353

    Al 8062 matrisli alaşıma farklı oranlarda B4C-TiB ilave edilerek üretilen kompozitlerin mikroyapısı ve mekanik özellikler üzerine etkisi

    The effect on the microstructure and mechanical properties of the composites produced by adding different ratios of B4C-TiB to the alumium 8062 matrix alloy

    RAHİME ŞEN CÜNERAY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Mühendislik BilimleriNevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CEMAL ÇARBOĞA

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SERKAN DAL

  5. Tez No

    458064

    Investigation of wear behaviors of Al matrix composites reinforced with different B4C rate produced by powder metallurgy methods

    Toz metalürjisi yöntemi ile üretilmiş farklı oranlarda B4C takviyeli Al matrisli kompozitlerin aşınma davranışlarının araştırılması

    KÜBRA SEÇİLMİŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Makine MühendisliğiBatman Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. YAHYA HIŞMAN ÇELİK

Geri Dön