Tic, CNT ve grafen ile güçlendirilmiş 316l paslanmaz çelik matrisli kompozitlerin SPS ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of 316L stainless steel matrix composites reinforced with tic, CNT, and graphene using SPS
- Tez No: 976511
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ PELİN ÇAĞIM TOKAT BİRGİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Spark Plazma Sinterleme (SPS), Paslanmaz çelik 316 (SS316), metal matris kompozit, mikro yapı incelemesi, aşınma direnci, Spark Plasma Sintering (SPS), Stainless steel 316 (SS316), metal matrix composite, microstructure investigation, wear resistance
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kütahya Dumlupınar Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Son zamanlarda, üstün mekanik, fiziksel ve kimyasal özellikleri nedeniyle metal matris kompozit malzemelerin uygulama alanları hızla genişlemektedir. Metal matris kompozitler arasında önemli bir yere sahip olan çelik matris kompozitler, mükemmel termal ve mekanik özellikleriyle dikkat çekmektedir. 316 paslanmaz çelik (SS316), mükemmel korozyon direnci ve orta düzeyde mekanik özellikleri nedeniyle aşındırıcı ve yüksek sıcaklık ortamlarında yaygın olarak kullanılır. Ancak, nispeten düşük sertliği ve zayıf aşınma direnci, tribolojik uygulamalardaki performansını sınırlar. Bu çalışmada, titanyum karbür (TiC), grafen ve karbon nanotüpler (CNT) takviyeli AISI 316 L paslanmaz çelik matris kompozitlerin mikroyapı, tribolojik ve korozyon özellikleri incelenmiştir. CNT, grafen ve TiC, yüksek özgül modül ve mukavemete sahip oldukları için üstün özellikleri nedeniyle ideal takviye parçacığı olarak seçilmiştir. CNT parçacıkları yüksek özgül modül ve mukavemetleri nedeniyle, TiC ise olağanüstü sertliği ve aşınma direnci nedeniyle seçilmiştir. Grafen ise mükemmel mekanik mukavemeti, yüksek elektrik iletkenliği ve mükemmel termal kararlılığı nedeniyle seçilmiştir. 316 paslanmaz çelik (SS316) matris kompozitler, geleneksel eritme ve döküm teknikleri de dahil olmak üzere çeşitli yöntemler kullanılarak üretilmiştir. Ancak, karbür aglomerasyonu, gözeneklilik oluşumu ve matris ile seramik parçacıklar arasındaki yoğunluk farklarından kaynaklanan homojen olmayan takviye dağılımı gibi zorluklar performanslarını sınırlar. Spark Plazma Sinterleme (SPS) yöntemi, daha düşük sıcaklıklarda hızlı konsolidasyona olanak sağladığı, oksidasyonu en aza indirdiği ve gelişmiş yoğunlaştırma ile homojen bir mikro yapı sağladığı için üstün bir alternatif olarak tanımlanmıştır. Bu, geleneksel üretim yollarına kıyasla iyileştirilmiş fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklerle sonuçlanır. Değişen takviye içeriklerine sahip kompozit numuneler—0, 5 ve 15 hacim % TiC; 0, 3 ve 6 hacim % CNT; ve 0,5 hacim % grafen—kıvılcım plazma sinterleme (SPS) ile hazırlandı. Farklı TiC, CNT ve grafen içeriklerine sahip kompozit tozlar bir grafit kalıpta sıkıştırıldı ve vakum koşulunda 5 dakika boyunca 40 MPa basınç altında 950°C'de bir SPS cihazı kullanılarak sinterlendi. Numunelerde bulunan fazları tanımlamak için SS316l, CNT, grafen ve TiC fazlarını içeren XRD analizi yapıldı. Kompozitlerin teorik, deneysel ve bağıl yoğunlukları hesaplandı. Projenin temel amacı, seramik takviyeler yoluyla sertliği artırılmış numuneler üretmek ve saf çelik numunelere kıyasla TiC ve CNT ekleyerek aşınma direncini artırmaktır. Numunelerin karakterizasyonu, X-ışını difraktometresi (XRD) kullanılarak faz analizi, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile mikro yapı incelemesi ve taramalı elektron mikroskobu-enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (SEM-EDX) kullanılarak matris ve takviye fazlarının kimyasal analizini içerecektir. Tasarlanan malzemelerin mekanik ve aşınma performansları yerleşik yöntemlerle değerlendirilecektir.
Özet (Çeviri)
Recently, the application areas of metal matrix composite materials are rapidly expanding due to their superior mechanical, physical and chemical properties. Steel matrix composites, which have an important place among metal matrix composites, attract attention with their excellent thermal and mechanical properties 316 stainless steel (SS316) is widely used in corrosive and high-temperature environments due to its excellent corrosion resistance and moderate mechanical properties. However, its relatively low hardness and poor wear resistance limit its performance in tribological applications. In this study, microstructure, tribological and corrosion properties of titanium carbide (TiC), graphene and carbon nanotubes (CNT) reinforced AISI 316 L stainless steel matrix composites were investigated. CNT, graphene and TiC were selected as the ideal reinforcing particles for thier outstanding properties, where they possess high specific modulus and strength. CNT particles were chosen for their high specific modulus and strength and TiC for its exceptional hardness, wear resistance. While graphene was selected due to its excellent mechanical strength, high electrical conductivity, and excellent thermal stability. 316 stainless steel (SS316) matrix composites have been produced using various methods, including conventional melting and casting techniques. However, challenges such as carbide agglomeration, porosity formation, and inhomogeneous reinforcement distribution due to density differences between the matrix and ceramic particles limit their performance. The Spark Plasma Sintering (SPS) method has been identified as a superior alternative, as it enables rapid consolidation at lower temperatures, minimizes oxidation, and ensures a homogeneous microstructure with enhanced densification. This results in improved physical, chemical, and mechanical properties compared to traditional fabrication routes. The composite samples with varying reinforcement contents—0, 5, and 15 vol% TiC; 0, 3, and 6 vol% CNT; and 0.5 vol% graphene—were prepared by spark plasma sintering (SPS). The composite powders with different TiC, CNT, and graphene contents were compacted in a graphite mold and sintered using an SPS device at 950°C under a pressure of 40 MPa for 5 minutes under a vacuum condition. XRD analysis was performed to identify the phases present in the samples, which included SS316l , CNT, graphene, and TiC phases. The theoretical, experimental, and relative densities of the composites were calculated. The main objective of the project is to produce samples with increased hardness by means of ceramic reinforcements and to increase wear resistance by adding TiC and CNT compared to pure steel samples. Characterization of the samples will include phase analysis using X-ray diffractometry (XRD), microstructure examination by scanning electron microscopy (SEM) and chemical analysis of matrix and reinforcement phases using scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX). Mechanical and wear performances of the designed materials will be evaluated by established methods.
Benzer Tezler
- Değişen oranlarda grafen nanoplaka ile katkılandırılan ZrC-TiC-%1CNT kompozitlerinin spark plazma sinterleme yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of ZrC-TiC-1%CNT composites with additional variant amounts of gnp prepared by spark plasma sintering method
MUSTAFA YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER
- Zirkonyum karbür esaslı seramiklerin spark plazma sinterleme yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of zirconium carbide based composites prepared by spark plasma sintering
ÖZDEN ORMANCI ÖZTÜRK
Doktora
Türkçe
2017
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER
- ZrC-TİC kompozitinin spark plazma sinterleme (SPS) yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of ZrC-TİC composites by spark plasma sintering technique
RAMAZAN BURAK ACİCBE
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER
- Synthesis, development and characterization of some W-based compounds, composites and hybrid materials
Volfram esaslı bileşiklerin, kompozitlerin ve de hibrid malzemelerin üretimi, geliştirilmesi ve karakterizasyonu
SELİM COŞKUN
Doktora
İngilizce
2011
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. LÜTFİ ÖVEÇOĞLU
- Yüzey çatlaklı ve çatlaksız ±55° filaman sarım cnt takviyeli ctp kompozit boruların mekanik özelliklerinin ve iç basınç etkisi altındaki yorulma davranışının araştırılması
Investigation of mechanical properties and fatigue behavior under internal pressure effect of the ±55° fi̇lament wi̇ndi̇ng cnt reinforced ctp composite pi̇pe wi̇th and wi̇thout surface crack
MUSTAFA TAŞYÜREK
Doktora
Türkçe
2014
Mühendislik BilimleriSelçuk ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECMETTİN TARAKÇIOĞLU