AA2024/CNT/ZrO2 hibrit nanokompozit malzemelerin toz metalurjisi metoduyla üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of AA2024/CNT/ZrO2 hybrid nanocomposite materials by powder metallurgy method
- Tez No: 968389
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN ADA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metal Eğitimi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 102
Özet
Bu çalışmada, AA2024 alüminyum alaşımı matrisli, farklı oranlarda ZrO2 ve CNT takviyesi içeren monolitik ve hibrit nanokompozitler, toz metalurjisi yöntemiyle kontrollü bir şekilde üretilmiş ve sistematik olarak karakterize edilmiştir. Takviye fazlarının tekli ve hibrit kombinasyonlarıyla elde edilen kompozitler; mikroyapısal, mekanik ve tribolojik özellikler açısından kapsamlı biçimde değerlendirilmiştir. ZrO2'nin yüksek sertliği ve termal kararlılığı ile CNT'nin özgül mukavemet ve elastikiyet gibi üstün niteliklerinin sinerjik etkisi, özellikle düşük katkı oranlarında belirgin şekilde gözlemlenmiştir. %0.25 CNT ve %3–6 ZrO2 katkılı numunelerde bağıl yoğunluğun %96'yı aşması ve yapısal bütünlüğün korunması, bu oranların üretim açısından optimum düzeyler olduğunu ortaya koymuştur. OM ve SEM analizleri bu bulguları desteklemekte; düşük porozite ve homojen faz dağılımı dikkat çekmektedir. Buna karşılık, yüksek katkı oranlarında görülen aglomerasyon, mikrogözenek oluşumu ve zayıf ara yüzey bağlanmaları, mekanik performansta belirgin düşüşlere neden olmuştur. Sertlik ve aşınma testleri sonucunda, %9 ZrO2 + %0.25 CNT içeren hibrit numune, 57.2 HB sertlik ve 0.0164 g gibi düşük bir aşınma kaybı ile en iyi performansı sergilemiştir. Bu sonuç, takviye fazlarının uygun oran ve dağılımla kullanılmasının hem sertlik hem de tribolojik direnç açısından avantaj sağladığını ortaya koymuştur. Ancak, yalnızca yüksek sertlik veya yoğunluk değerleri tribolojik başarıyı garanti etmemektedir. Aşınma davranışının, mikroyapı homojenliği, ara yüzey bütünlüğü ve sinterlenebilirlik gibi yapısal parametrelerle birlikte değerlendirilmesi gerekliliği açıkça ortaya çıkmıştır. Bu yönüyle çalışma, literatürde sınırlı olarak incelenen AA2024 matrisli CNT/ZrO2 hibrit nanokompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu üzerine kapsamlı bir katkı sunmakta; düşük oranlı hibrit takviyelerin mikroyapı stabilitesi ve mekanik performansı artırmadaki potansiyelini ortaya koymaktadır. Elde edilen bulgular, özellikle havacılık, savunma sanayii, otomotiv, insansız hava araçları ve ileri mühendislik uygulamaları gibi hafiflik, aşınma direnci ve dayanımın kritik öneme sahip olduğu alanlarda bu hibrit nanokompozitlerin yüksek potansiyel taşıdığını göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this study, monolithic and hybrid nanocomposites reinforced with varying ratios of ZrO2 and CNT were systematically produced using the powder metallurgy method with an AA2024 aluminium alloy matrix. The composites, formed through both single and hybrid reinforcement combinations, were comprehensively characterized in terms of microstructural, mechanical, and tribological properties. The synergistic effect of ZrO2 offering high hardness and thermal stability and CNT providing high specific strength and elasticity was especially evident at low reinforcement ratios. In particular, specimens reinforced with 0.25 wt.% CNT and 3–6 wt.% ZrO2 exhibited relative density values exceeding 96%, indicating optimum microstructural integrity and effective sintering behavior. OM and SEM analyses confirmed a homogeneous distribution of reinforcements and low porosity in these compositions. Conversely, higher reinforcement contents led to agglomeration, increased porosity, and weakened interfacial bonding, resulting in noticeable declines in mechanical performance. Among all samples, the hybrid composite with 9 wt.% ZrO2 and 0.25 wt.% CNT demonstrated the best performance, achieving the highest hardness (57.2 HB) and the lowest wear loss (0.0164 g). This highlights the importance of selecting appropriate reinforcement ratios to optimize both hardness and wear resistance. However, the study also revealed that high hardness or density values alone do not necessarily ensure superior tribological performance. Wear behaviour must be evaluated in conjunction with microstructural homogeneity, interfacial bonding quality, and sinterability. Overall, this work offers a comprehensive contribution to the limited literature on AA2024-based CNT/ZrO2 hybrid nanocomposites. The findings show that using low-ratio hybrid reinforcements can significantly enhance microstructural stability and mechanical properties. The results also suggest that such hybrid nanocomposites hold great potential for high-performance applications in sectors where lightweight, wear resistance, and mechanical durability are critical-such as aerospace, defence, automotive, and unmanned aerial vehicle technologies.
Benzer Tezler
- AA2024 matrisli karbon nanotüp takviyeli metal matrisli nanokompozitlerin toz metalurjisi yöntemiyle üretimi ve özelliklerinin incelenmesi
Production and investigation of properties of AA2024 matrix carbon nanotube reinforced metal matrix nanocomposites by powder metallugry
HAYRUNNİSA ÖZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TEMEL VAROL
- AA2024 esaslı nanopartikül takviyeli hibrit kompozit yatak malzemelerinin üretimi ve tribolojik özelliklerinin incelenmesi
Production of AA2024 based nanoparticle reinforced hybrid composite bearing materials and investigation of tribological properties
MÜSLİM ÇELEBİ
Doktora
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYKUT ÇANAKÇI
- Toz metalurjisi yöntemiyle üretilen Al2024 ve Al6061 matrisli, grafen – karbon nanotüp ve titanyum dioksik takviyeli kompozit malzemelerin mikroyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of microstructure and mechanical properties of Al2024 and Al6061 matrix, graphene - carbon nanotube and titanium dioxide rei̇nforced composite materials produced by powder metallurgy method
ALİ ANTEPLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Metalurji MühendisliğiUşak ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ KADİR GÜNDOĞAN
- AA2024 matrisli Al2O3-SiC takviyeli hibrit nanokompozitlerin T/M yöntemi ile üretilmesi ve balistik performansının incelenmesi
Production of AA2024 matrix Al2O3-SiC reinforced hybrid nanocomposites using T/M method and investigation of ballistic performance
MUHAMMET VAHİTTİN KAÇMIŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji MühendisliğiFırat ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UĞUR ÇALIGÜLÜ
- Aa2024 matrisli B4C parçacık takviyeli kompozitlerin vorteks yöntemiyle üretimi ve özelliklerinin incelenmesi
Manufacturing of Aa2024 matrix-B4C particle reinforced composites by vortex method and investigation of their properties
AYKUT ÇANAKÇI
Doktora
Türkçe
2006
Makine MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. FAZLI ARSLAN