Bor nitrür ve çok cidarlı karbon nanotüp katkılı bazalt elyaf takviyeli epoksi kompozit malzemelerin işlenebilirliği ve nanoparçacık katkısının işleme kalitesi üzerine etkisi
The machinability of boron nitride and multi-walled carbon nanotube rei̇nforced basalt fiber/epoxy composites and the effect of nanoparticle additives on machining quality
- Tez No: 986116
- Danışmanlar: PROF. DR. NECATİ ATABERK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Necmettin Erbakan Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kompozit malzemeler, hafif yapılarıyla birlikte yüksek özgül dayanım, yüksek tokluk, kırılma dayanımı ve boyutsal kararlılık gibi üstün özellikler sunmaları sayesinde endüstriyel uygulamalarda kullanımının artmasıyla birlikte, montaj süreçlerinde frezeleme ve delme gibi talaşlı imalat yöntemleriyle işlenmeleri kaçınılmaz hale gelmiştir. Bu çalışmada, farklı malzemelerin üstün özelliklerini bir araya getirerek, fiziksel ve mekanik gereksinimleri karşılayan ve geniş bir uygulama alanına sahip stratejik bir kompozit malzeme geliştirilmiştir. Bu amaç doğrultusunda, hegzagonal bor nitrür (h-BN) ve çok cidarlı karbon nanotüp (ÇCKNT) nanoparçacıklarıyla takviye edilen kompozitlerde, delaminasyon ve yüzey pürüzlülüğü gibi işlenebilirlik parametrelerinde iyileşme sağlanarak işleme kalitesi artırılmıştır. Çalışma kapsamında, elle yatırma ve vakum infüzyon yöntemleri kullanılarak; katkısız, %0.25 oranında ÇCKNT ve %0.5 oranında h-BN katkılı kompozit malzemeler üretilmiştir. Ayrıca, %0.25 ÇCKNT oranı sabit tutularak, %0.25, %0.5 ve %0.75 oranlarında h-BN içeren hibrit bazalt elyaf takviyeli epoksi matrisli kompozitler elde edilmiştir. Üretilen kompozit malzemenin mekanik özelliklerinin tayininde, ASTM D3039 standardına göre çekme testleri yapılmış; talaşlı üretimde en çok uygulanan yöntemler olan delik delme ve yüzey frezelenmesi işlemlerinde malzemenin mekanik özellikleri işlem parametrelerine etki ettiğinden kesme kuvveti, delaminasyon ve ortalama yüzey pürüzlülüğü (Ra) gibi parametreler üzerinde, epoksi matrise eklenen katkı malzemelerinin kesme devri ve ilerleme hızı gibi işleme parametrelerine etkisi incelenmiştir. Çekme testleri sonucunda sırasıyla ağırlıkça %0.5 h-BN ile %0.25 ÇCKNT nanoparçacık katkılı kompozit malzemelerin çekme dayanımlarında katkısız kompozitlere kıyasla sırasıyla %9.11 ve %12.34 artış görülmüştür. Oluşan kesme kuvvetleri açısından delik delme işleminde 300 mm/dk ilerleme hızı, 4800 dev/dk devirde tüm numuneler için en düşük itme kuvvetleri elde edilmiştir. Çekme testleri sonucunda sırasıyla ağırlıkça %0.5 h-BN ile %0.25 ÇCKNT nanoparçacık katkılı kompozitlerde çekme dayanımlarında katkısız kompozite kıyasla sırasıyla %9.11 ve %12.34 artış görülmüştür. Oluşan kesme kuvvetleri açısından delik delme işleminde 300 mm/dk ilerleme hızı, 4800 dev/dk devirde tüm kompozit malzemeler için en düşük itme kuvvetleri elde edilmiştir. Çekme dayanımı düştükçe kesme kuvvetlerinin de düştüğü tespit edilmiştir. Her iki işlem için katkı oranlarına göre karşılaştırma yapıldığında çekme testlerinden elde edilen sonuçlara paralel olarak %0.25 ÇCKNT ve %0.75 h-BN katkılı kompozitte en düşük kesme kuvveti değerleri elde edilmiştir. Delik delme işlemlerinde en düşük yüzey pürüzlülüğü değeri, %0.25 ÇCKNT ve %0.75 h-BN katkılı kompozit malzeme için 300 mm/dk ilerleme hızı ve 4800 dev/dk devir hızında 0.95 µm olarak elde edilmiştir. Frezeleme işleminde ise en düşük yüzey pürüzlülüğü değeri, %0.25 ÇCKNT ve %0.75 h-BN katkılı kompozit için 335 mm/dk ilerleme hızı ve 3600 dev/dk devir hızında 0.71 µm olarak ölçülmüştür. Delaminasyon açısından yapılan değerlendirmeler, hem delme hem de frezeleme işlemlerinde h-BN katkı oranının artmasının, kompozit malzemenin işlenebilirliğine beklenen olumlu etkiyi sağladığını göstermektedir. Ayrıca, düşük ilerleme hızı ile yüksek kesme devri kombinasyonlarının delaminasyon hasarını azalttığı gözlemlenmiştir. SEM incelemeleri, katkılı kompozitlerde delaminasyon, lif ayrılması ve matris çatlaklarının belirgin şekilde azaldığını ortaya koymuştur. ANOVA analizleri ise katkı oranları ile işleme parametrelerinin itme kuvveti üzerinde istatistiksel olarak anlamlı etkiye sahip olduğunu doğrulamıştır. Elde edilen bulgular, nanoparçacık katkılarının kompozitlerin mekanik performansını ve talaşlı imalat sırasında işlenebilirliğini önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Composite materials have become increasingly utilised in industrial applications owing to their lightweight nature combined with superior properties such as high specific strength, high toughness, fracture resistance and dimensional stability. Consequently, machining operations such as milling and drilling have become essential during assembly processes. In this study, a strategic composite material with a wide application range was developed by combining the superior characteristics of different materials to meet physical and mechanical requirements. For this purpose, improvements in machinability parameters such as delamination and surface roughness were achieved in composites reinforced with hexagonal boron nitride (h-BN) and multi-walled carbon nanotube (MWCNT) nanoparticles, thereby enhancing overall machining quality. Within the scope of the study, composite materials were produced using hand lay-up and vacuum infusion methods, including neat composites, 0.25 wt% MWCNT-reinforced composites and 0.5 wt% h-BN-reinforced composites. In addition, hybrid basalt fibre-reinforced epoxy matrix composites containing 0.25, 0.5 and 0.75 wt% h-BN were fabricated while maintaining the MWCNT content constant at 0.25 wt%. Tensile tests were conducted according to ASTM D3039 to determine the mechanical properties of the produced composites. Since mechanical properties significantly influence machining performance during widely used drilling and milling operations, the effects of nanoparticle additives and machining parameters (cutting speed and feed rate) on thrust force, delamination and average surface roughness (Ra) were investigated. Tensile test results revealed that composites reinforced with 0.5 wt% h-BN and 0.25 wt% MWCNT exhibited increases of 9.11% and 12.34%, respectively, compared with the neat composite. During drilling, the lowest thrust forces for all specimens were obtained at a feed rate of 300 mm/min and a spindle speed of 4800 rpm. A decrease in tensile strength was found to correlate with lower cutting forces. In both machining processes, the composite reinforced with 0.25 wt% MWCNT and 0.75 wt% h-BN exhibited the lowest cutting force values, consistent with the tensile test results. The minimum surface roughness during drilling, 0.95 µm, was recorded for the composite containing 0.25 wt% MWCNT and 0.75 wt% h-BN at 300 mm/min feed rate and 4800 rpm. In milling, the lowest surface roughness value of 0.71 µm was obtained for the same composite at 335 mm/min feed rate and 3600 rpm. Delamination evaluations indicated that increasing h-BN content positively influenced machinability in both drilling and milling operations, with the combination of low feed rate and high spindle speed reducing delamination damage.SEM analyses demonstrated that delamination, fibre pull-out and matrix cracking were significantly reduced in nanoparticle-added composites. ANOVA results confirmed that both nanoparticle content and machining parameters had statistically significant effects on thrust force. Overall, the findings show that nanoparticle reinforcement substantially enhances the mechanical performance and machinability of basalt fibre-reinforced epoxy composites during drilling and milling operations.
Benzer Tezler
- Karbon nanotüp ve bor nitrür nano partikülleri ilaveli karbon fiber-epoksi kompozit borularının mekanik özelliklerine hidrotermal yaşlandırmanın etkisi
The effect of hydrothermal aging on the mechanical properties of carbon fiber-epoxy composite pipes with carbon nanotube and boron nitride nano particles
SAFA AK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiNecmettin Erbakan ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEMDUH KARA
- Filaman sarım karbon elyaf/epoksi boruların dinamik davranışına karbon nanotüp ve bor nitrür nano partikül ilavesinin etkisi
The effect of carbon nanotube and boron nitride nanoparticles addition on dynamic behaviour of filament wound carbon fiber/epoxy pipes
SALİM EĞEMEN KARABULUT
Doktora
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET AVCI
- Karbon nanotüp ve bor nitrür nanodisk içeren filaman sarım karbon elyaf takviyeli nanokompozit boruların yorulma davranışı
Fatigue behavior of filament wound carbon fiber reinforced nanocomposite pipes containing carbon nanotube and boron nitride nanodisk
TUGAY ÜSTÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET AVCI
YRD. DOÇ. DR. VOLKAN ESKİZEYBEK
- Development of boron nitride coatings for single and multi-layer films for mechanical and biomedical applications
Mekanik ve biyomedikal uygulamalar için tek ve çok katmanlı filmler için bor nitrür kaplamaların geliştirilmesi
TUĞÇE HACALOĞLU
Doktora
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiAtılım ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİLGİN KAFTANOĞLU
- Multi scalable design and performance characterization of glass fiber reinforced epoxy composites by incorporation of hexagonal boron nitride in resin and on interfaces
Cam elyaf takviyeli epoksi kompozitlerin reçine ve arayüzeylere hegzagonal bor nitrür dahil edilmesi ile çok ölçeklenebilir tasarımı ve performans karakterizasyonu
SAMET ÖZYİĞİT
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Savunma ve Savunma TeknolojileriSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURCU SANER OKAN