Geri Dön

Mikro cüruf/nano mxene partikül takviyeli hibrit kompozit malzemelerin termal ve mekanik özelliklerinin incelenmesi

Investigation of thermal and mechanical properties of micro-slag/nano-mxene particle reinforced hybrid composite materials

PDF İndir

  1. Tez No: 971559
  2. Yazar: ENES KILINÇARSLAN
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET EMRAH ERDOĞDU, DOÇ. DR. MUHAMMET HÜSEYİN ÇETİN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Granüle cüruf, Hibrit kompozit, Yüksek fırın cürufları, Granulated slag, Hybrid composite, Blast furnace slags
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Karabük Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu çalışmada, kompozit malzemelerde mikro ve nano ölçekli hibrit takviyelerin etkileri; mekanik, termal, tribolojik ve yorulma performansları dikkate alınarak kapsamlı bir şekilde araştırılmıştır. Bu doğrultuda, endüstriyel bir yan ürün olan granüle yüksek fırın cürufu mikropartikül formunda hazırlanmış, tabakalı ve iki boyutlu yapıya sahip MXene nanopartikülleri ise sentezlenmiştir. Her iki partikülün karakterizasyon işlemleri morfolojik (partikül boyut analizi, Taramalı Elektron Mikroskobu) ve kimyasal analizler (X-ışını kırınımı ve X-ışını floresans analizleri) ile gerçekleştirilmiştir. Mekanik karakterizasyon sonucunda, en yüksek sertlik (90,5 Shore D) ve elastisite modülü (1721,9 MPa) değerlerine granüle yüksek fırın cürufu/MXene hibrit kompoziti ile ulaşılmıştır. Ancak hibrit takviye, çekme dayanımı ve uzama değerlerinde azalmaya neden olmuştur. Diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) analizi, camsı geçiş sıcaklığının granüle yüksek fırın cüruf takviyesi ile azaldığını, MXene takviyesiyle ise yeniden yükseldiğini göstermiştir. Kristalleşme sıcaklıklarında belirgin bir fark gözlemlenmezken, hibrit takviye PA6 matrisinin erime sıcaklığını %2,21 oranında artırmıştır. Termogravimetrik analiz (TGA) verilerine göre, hibrit takviye termal kararlılığı %0,65 oranında artırmış ve kütle kaybı %15,50 oranında azaltmıştır. Dinamik mekanik analiz (DMA) sonuçlarına göre, hibrit takviye kompozit malzemeye önemli bir mekanik katkı sağlamış ve tüm sıcaklık aralığında depolama modülünü artırmıştır. Tribolojik deneyler sonucunda, en düşük sürtünme katsayısı (0,18), hacim kaybı (0,8 mm3) ve yüzey pürüzlülüğü (1,95 µm) değerlerine granüle yüksek fırın cürufu/MXene hibrit kompozitinde elde edilmiştir. Bu sonuçlar, 2 boyutlu profilometre, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Enerji Dağılımlı X-Işını (EDX) analizleri ile desteklenmiştir. Aşınma sonuçlarının anlamlılığı varyans analizi (ANOVA) ile istatistiksel olarak (p-değeri <0,05, P-sq ve R-sq (Adj) değerleri> %85) doğrulanmıştır. Yorulma deneylerinde hibrit takviye, malzemenin akma dayanımını düşürürken, elastisite modülünü artırdığı için aynı mutlak genlikte daha yüksek normalize zorlanmaya neden olmuş; bu da çevrim sayısının azalmasına yol açmıştır. Ayrıca yorulma dayanımının düşmesinde partikül takviyesi ile matrisin sürekliliğinin bozulması, malzeme içerisinde gerilim birikmesi sebebiyle olduğu düşünülmektedir. Bu çalışmada hibrit takviye uygulamasının, kompozit malzemenin sıcaklığa bağlı mekanik davranışlarını iyileştirdiği göz önünde bulundurularak ileriki çalışmalarda farklı ortam koşullarında aşınma ve yorulma testlerinin gerçekleştirilmesi önerilmektedir.

Özet (Çeviri)

In this study, the effects of micro- and nanoscale hybrid reinforcements in composite materials were comprehensively investigated, considering their mechanical, thermal, tribological, and fatigue performance. In this context, granulated blast furnace slag, an industrial by-product, was prepared in microparticle form, and MXene nanoparticles with a layered, two-dimensional structure were synthesized. Characterization of both particles was performed using morphological analyses (particle size analysis and Scanning Electron Microscopy) and chemical analyses (X-ray diffraction and X-ray fluorescence). As a result of the mechanical characterization, the highest hardness (90.5 Shore D) and elastic modulus (1721.9 MPa) values were achieved with the granulated blast furnace slag/MXene hybrid composite. However, the hybrid reinforcement caused a decrease in tensile strength and elongation values. Differential scanning calorimetry (DSC) analysis showed that the glass transition temperature decreased with granulated blast furnace slag reinforcement but increased again with MXene reinforcement. While no significant difference in crystallization temperatures was observed, the hybrid reinforcement increased the melting temperature of the PA6 matrix by 2.21%. According to thermogravimetric analysis (TGA), the hybrid reinforcement increased thermal stability by 0.65% and reduced mass loss by 15.50%. Dynamic mechanical analysis (DMA) results indicated that the hybrid reinforcement provided significant mechanical benefits to the composite material and increased the storage modulus across the entire temperature range. Tribological experiments revealed that the lowest coefficient of friction (0.18), volume loss (0.8 mm³), and surface roughness (1,95 µm) values were achieved in the granulated blast furnace slag/MXene hybrid composite. These results were supported by 2D profilometry, Scanning Electron Microscopy (SEM), and Energy Dispersive X-ray (EDX) analyses. The statistical significance of the wear results was confirmed using an ANOVA test (p-value < 0.05, with P-sq and R-sq (Adj) values above 85%). In fatigue tests, hybrid reinforcement decreased the yield strength of the material while increasing the modulus of elasticity, resulting in higher normalized strain at the same absolute amplitude. This, in turn, led to a reduction in the number of cycles to failure. The decrease in fatigue strength is attributed to the disruption of matrix continuity caused by the particulate reinforcement and the accumulation of stress within the material. Considering that the application of hybrid reinforcement in this study improved the temperature-dependent mechanical behavior of the composite material, it is recommended that future studies investigate wear and fatigue performance under different environmental conditions.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    748204

    Effects of various curing conditions on compressive strength and microstructure of mgo-based systems

    Çeşitli kür koşullarının mgo esaslı sistemlerin basınçdayanımı ve mikro yapısı üzerine etkileri

    KHALILULLAH TAJ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SERHAN ULUKAYA

    DR. ÖĞR. ÜYESİ BÜŞRA AKTÜRK

  2. Tez No

    723784

    MECHANICAL AND DURABILITY PROPERTIES OF LIGHTWEIGHT ENGINEERED GEOPOLYMER COMPOSITES EXPOSED TO HIGH TEMPERATURE AND THERMAL CYCLES

    YÜKSEK SICAKLIĞA VE TERMAL DÖNGÜLERE MARUZ KALMIŞ TASARLANMIŞ HAFİF JEOPOLİMER KOMPOZİTLERİN MEKANİK VE DURABİLİTE ÖZELLİKLERİ

    GHASSAN HUSSEIN HUMUR HUMUR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    İnşaat MühendisliğiGaziantep Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ABDULKADİR ÇEVİK

  3. Tez No

    177505

    Synthesis and characterization of mechanical, thermal and flammability properties of epoxy based nanocomposites

    Epoksi esaslı nanokompozitlerin sentezi ve mekanik, ısıl ve yanabilirlik özelliklerinin karakterizasyonu

    ERHAN KOP

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2007

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ULKU YILMAZER

  4. Tez No

    292330

    Doğal sülfat içeriği yüksek olan kumlarla üretilen harçlarda sülfat etkisinin incelenmesi ve mineral katkıların etkisi

    Investigation of sulfate attack on mortars produced with sands contaminated by natural sulfate and the effect of mineral admixtures

    DOĞAN DİKME

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2010

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. HAKAN NURİ ATAHAN

  5. Tez No

    955952

    Farklı oranlarda nano titanyum içerikli geopolimer harçların mikro yapı ve mekanik özeliklerinin incelenmesi.

    Investigation of microstructure and mechanical properties of geopolymer mortars containing different percentage of nano titanium

    RİFAT TATAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Gelişim Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ HAMİT ÖZTÜRK

Geri Dön