Tek kristalli bakır, silisyum ve Al-Si, Cu-Ni alaşım malzemelerinde nanoindentasyon uygulamaları ve etkilerinin incelenmesi
Investigation of nanoindentation applications and effects on single crystal copper, silicon and Al-Si, Cu-Nii alloy materials
- Tez No: 946766
- Danışmanlar: PROF. DR. HAMİT ADİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Batman Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 201
Özet
Günümüzde teknolojinin hızla gelişmesi, cihazların mikro ve nano ölçeklerde tasarlanıp üretilmesini mümkün kılmıştır. Bu nedenle, malzemelerin mikro ve nano düzeyde karakterizasyonu büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, döküm yöntemiyle üretilen Cu-Ni ve Al-Si alaşımları ile Cu[100] ve Si[100] tek kristallerinin sertlik, elastisite modülü ve yüzey deformasyonu gibi mekanik özelliklerini incelemek amacıyla nanoindentasyon testleri ve moleküler dinamik (MD) simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Nanoindentasyon deneyleri, Berkovich tipi uçlar kullanılarak 5000 µN ve 10000 µN yükler altında nano test cihazlarıyla uygulanmıştır. MD simülasyonlarında ise girinti hızı 500 m/s olarak belirlenmiştir. Döküm yöntemiyle elde edilen Cu-Ni alaşımlarına yönelik nanoindentasyon testleri, elastisite modülünün 101,89 GPa ile 139,27 GPa arasında değiştiğini ortaya koymuştur. Buna karşılık, MD simülasyonlarında bu değerlerin 126,30 GPa ile 186,34 GPa aralığında olduğu gözlemlenmiştir. Girinti izinin en derin olduğu örnek tek kristalli Cu[100] metali iken, en sığ girinti Cu-%10Ni alaşımında kaydedilmiştir. Al-Si alaşımlarında ise silisyum içeriğinin artmasıyla girinti yer değiştirmelerinin arttığı, uygulanan kuvvetlerin azaldığı ve dislokasyon yoğunluğunun düştüğü belirlenmiştir. Ayrıca, daha büyük tane boyutlarına sahip Cu-%10Ni alaşımının 2,40 GPa sertlik değerine sahip olduğu, buna karşın daha küçük taneli Cu-%20Ni alaşımında bu değerin 3,90 GPa'ya yükseldiği hesaplanmıştır. Al-Si alaşımlarında silisyumun heterojen dağılımı ile Mg, Fe ve Ag gibi elementlerin varlığı, pop-in ve pop-out davranışlarını etkileyerek mekanik özelliklerde farklılıklara neden olmuştur. Ancak Al-%20Si alaşımında kalıcı dislokasyon oluşumu gözlemlenmemiştir. Elde edilen deneysel bulgular ile MD simülasyon sonuçları birbiriyle uyumlu bulunmuş; MD simülasyonlarının gerçek zamanlı atomik ölçekli deformasyonları analiz etmede uygulanabilir ve güvenilir olduğu doğrulanmıştır. Bu bağlamda, MD simülasyonlarının metal alaşımlarında elastisite modülü ve sertlik gibi mekanik özelliklerin belirlenmesinde hızlı ve düşük maliyetli bir yöntem olduğu sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
Nowadays, rapid developments in technology have made it possible to design and manufacture devices at micro and nano scales. Therefore, characterization of materials at micro and nano levels is of great importance. In this study, nanoindentation tests and molecular dynamics (MD) simulations were carried out in order to investigate the mechanical properties such as hardness, elastic modulus and surface deformation of Cu-Ni and Al-Si alloys and Cu[100] and Si[100] single crystals produced by casting method. Nanoindentation experiments were applied with nano test devices under 5000 µN and 10000 µN loads using Berkovich type tips. Indentation speed was determined as 500 m/s in MD simulations. Nanoindentation tests for Cu-Ni alloys obtained by casting method revealed that the elastic modulus varied between 101.89 GPa and 139.27 GPa. On the other hand, it was observed that these values were between 126.30 GPa and 186.34 GPa in MD simulations. The deepest indentation mark was recorded in single crystal Cu[100] metal, while the shallowest indentation was recorded in Cu-%10Ni alloy. In Al-Si alloys, it was determined that indentation displacements increased, applied forces decreased and dislocation density decreased with increasing silicon content. In addition, it was calculated that Cu-%10Ni alloy with larger grain sizes had a hardness value of 2.40 GPa, whereas this value increased to 3.90 GPa in Cu-%20Ni alloy with smaller grain sizes. The heterogeneous distribution of silicon in Al-Si alloys and the presence of elements such as Mg, Fe and Ag affected the pop-in and pop-out behaviors and caused differences in mechanical properties. However, no permanent dislocation formation was observed in Al-%20Si alloy. The experimental findings and MD simulation results were found to be consistent with each other; it was confirmed that MD simulations are applicable and reliable in analyzing real-time atomic scale deformations. In this context, it was concluded that MD simulations are a fast and low-cost method for determining mechanical properties such as elastic modulus and hardness in metal alloys.
Benzer Tezler
- Investigation of the cutting performances of the diamond tools used in the natural stone industry
Doğal taş sanayisinde kullanılan elmaslı kesicilerin kesim performansının incelenmesi
BERRAK BULUT
Doktora
İngilizce
2021
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BAYDOĞAN
- Metal/yalıtkan/yarıiletken/metal yapılarında yüzey durumlarının tayini
Determination of surface states in metal/insulator/semiconductor/metal structures
BAYRAM ÜNAL
- Fabrication and electrical characterization of Cu/n-Si schottky contacts by creating H-terminated surface
H-sonlanmış yüzey ile Cu/n-Si schottky kontaklarının üretimi ve elektriksel karakterizasyonu--sent from gmail mobile
SHKAR DALSHAD HAMEED
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiVan Yüzüncü Yıl ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CABİR TEMİRCİ
- Burdur ili mermer sektörünün kurumsal ve ekonomik yapısı
İnstitutional and economic structure of marble sector in burdur
AHMET SARITAŞ
- Antimon katkılı kalay oksit/bakır oksit/metal diyotların elektriksel ve optiksel özelliklerinin incelenmesi
The investigation of electrical and optical properties of antimony doped tin oxide/copper oxide/metal diodes
SİBEL GÜRAKAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TÜLAY SERİN