Zirkonya ve grafen takviyeli al6061 esaslı kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of al6061-based composites reinforced with zirconia and graphene
- Tez No: 930908
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MAHMUT CAN ŞENEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Toz Metalürjisi, Al6061, Zirkonya, Grafen, Powder Metallurgy, Al6061, Zirconia, Graphene
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ondokuz Mayıs Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Bu araştırmada, alüminyum matrise zirkonya (ZrO2) ve grafen nanotabaka eklemesinin kompozitlerin mikroyapıları, mekanik (yoğunluk, gözeneklilik oranı, sertlik) ve tribolojik özellikleri (kütle kaybı, aşınma oranı) üzerindeki etkisi incelenmiştir. Toz metalürjisi ve indüksiyonla sıcak presleme yöntemleri kullanılarak, Al6061-ZrO2 ve Al6061-ZrO2-Grafen kompozitlerinin üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada, takviye oranının ve ısıl işlem türünün (sinterleme, indüksiyonla ısıl işlem) kompozitlerin mikroyapıları, mekanik ve tribolojik özellikleri üzerine etkileri ayrıntılı şekilde incelenmiştir. Mekanik ve tribolojik testler sonucunda; Al6061-ZrO2 kompozitlerinde, en yüksek deneysel yoğunluk (2,71 g/cm³) ve sertlik (157±2 HV) sinterlenmiş ve indüksiyonla sıcak preslenmiş %4 ZrO2 içeren kompozitlerde elde edilmiştir. Bu kompozitler ayrıca en düşük kütle kaybı (0,0047 g) ve aşınma oranı (6,39x10⁻⁷ mm³/Nm) değerlerine de sahip olmuştur. Fakat, %5 ZrO2 takviyesinde nanopartiküllerin mikroyapıda topaklanması nedeniyle mekanik ve tribolojik özelliklerde bir azalma gözlemlenmiştir. %1, 2, 3, 4 ZrO2 katkılı Al6061 esaslı kompozitlere yönelik yapılan SEM analizleri, ZrO2 nanopartiküllerinin mikroyapıda homojene yakın bir biçimde dağılmış olduğunu göstermektedir. XRD analizleri ise mikroyapıda istenmeyen ikincil fazların bulunmadığını ortaya koymuştur. Al6061-%4ZrO2-Grafen hibrit kompozitlerin SEM analizlerinde, grafen ve ZrO2 nanopartiküllerinin tane sınırlarında yerleştiği gözlemlenmiştir. Bu durum, sinterleme ve indüksiyonla ısıl işlem sırasında aşırı tane büyümesini engelleyerek mekanik özelliklerin iyileşmesini desteklemektedir. XRD örgü desenlerinde ise büyük ölçüde alüminyum ve ZrO2 pikleri tespit edilmiştir. Al6061-%4ZrO2-Grafen hibrit kompozitlerinde en yüksek deneysel yoğunluk (2,72 g/cm³) ve sertlik (162±2 HV) sinterlenmiş ve indüksiyonla sıcak preslenmiş Al6061-%4ZrO2-%0,15Grafen kompozitlerinde elde edilmiştir. Aşınma testleri sonucunda, en düşük kütle kaybı (0,0042 g) ve aşınma oranı (6,17x10⁻⁷ mm³/Nm), 10 N yük altında sinterlenmiş ve indüksiyonla sıcak preslenmiş Al6061-%4ZrO2-%0,15Grafen hibrit kompozitlerinde elde edilmiştir. Grafen katkı oranı arttıkça elde edilen örneklerin mikroyapısında grafen nanopartiküllerinin topaklandığı ve mekanik ile tribolojik özellikleri olumsuz yönde etkilediği gözlemlenmiştir. Ayrıca, sinterleme ve indüksiyonla sıcak presleme gibi ısıl işlemlerin, malzemenin mekanik ve tribolojik özelliklerini iyileştirdiği doğrulanmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, the effect of zirconia (ZrO2), and graphene reinforcements on the microstructure, mechanical (density, porosity, hardness), and tribological properties (mass loss, wear rate, friction coefficient) of composites were investigated. Al6061-ZrO2, Al6061-ZrO2-Graphene composites were fabricated by powder metallurgy and induction heat treatment methods. Also, the effects of reinforcement ratio and heat treatment type (sintering, induction heat treatment) on the microstructure, mechanical and tribological properties of the composites were examined in detail. As a result of mechanical and tribological tests, the highest experimental density (2.71 g/cm³) and hardness (157±2 HV) values were obtained in the sintered and induction hot-pressed composites containing 4% ZrO2. These composites also exhibited the lowest mass loss (0.0047 g) and wear rate (6.39x10⁻⁷ mm³/Nm) values. However, in the case of 5% ZrO2 reinforcement, a decrease in mechanical and tribological properties was observed due to nanoparticle agglomeration in the microstructure. SEM analyses of %1, 2, 3, 4 ZrO2 reinforced Al6061 based composites showed that the ZrO2 nanoparticles were nearly homogeneously distributed in the microstructure. XRD analyses revealed the absence of undesirable secondary phases in the microstructure. In SEM analyses of Al6061-ZrO2-Graphene hybrid composites, it was observed that graphene and ZrO2 nanoparticles were located at the grain boundaries. This situation helps improve mechanical properties by preventing excessive grain growth during sintering and induction heat treatment. XRD diffraction patterns mostly detected aluminum and ZrO2 peaks. The highest experimental density (2.72 g/cm³) and hardness (162±2 HV) values in Al6061-%4ZrO2-Graphene hybrid composites were obtained in the sintered and induction hot-pressed Al6061-%4ZrO2-%0.15Graphene composites. Wear tests showed that the lowest mass loss (0.0042 g) and wear rate (6.17x10⁻⁷ mm³/Nm) were achieved in the sintered and induction hot-pressed Al6061-%4ZrO2-%0.15Graphene hybrid composites under a 10 N load. As the graphene content increased, the graphene nanoparticles in the microstructure agglomerated, negatively affecting the mechanical and tribological properties. Moreover, it was confirmed that heat treatments such as sintering and induction hot pressing positively affected the mechanical and tribological properties of the material.
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
- Al7075-Al2O3-Grafen ve Al7075-ZrO2-Grafen hibrit kompozitlerin mekanik, tribolojik özelliklerinin ve mikroyapısının incelenmesi
Investigation of mechanical, tribological properties and microstructure of Al7075-Al2O3-graphene and Al7075-ZrO2-Graphene hybrid composites
ELİF IŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MAHMUT CAN ŞENEL
- H-BN ilavesinin zirkonya ile toklaştırılmış alumina seramiklerinin mekanik ve biyouyumluluk özellikleri üzerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of h-BN addition on the mechanical and biocompatibility properties of zirconia toughened alumina ceramics
GÖKÇE ATA BÜYÜKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İPEK AKIN KARADAYI
- Al2O3-ZrO2-grafen tabakalı kompozitlerin mekanik ve aşınma özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical and wear properties of Al2O3-ZrO2 graphene layered composites
MEHMET SONUÇ İŞLEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Metalurji MühendisliğiCumhuriyet ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ ÖZER
- Elektroeğirme yöntemi ile üretilen fiberler ile güçlendirilmiş polimetilmetakrilat'ın bazı mekanik ve fiziksel özelliklerinin değerlendirilmesi
Evaluation of some mechanical and physical properties of polymethylmethacrylate reinforced with fibers produced by electrospinning method
TUĞÇE GÜL ELMAS ALSINI
Diş Hekimliği Uzmanlık
Türkçe
2020
Diş HekimliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiProtetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ IŞIN KÜRKÇÜOĞLU