Mikrodalga sinterleme ile üretilen alüminyum alaşımı esaslı sic ve gr takviyeli hibrit kompozitlerin tribolojik özelliklerinin incelenmesi
Mikrodalga sinterleme ile üretilen alüminyum alaşimi esasli sic gr takviyeli hibrit kompozitlerin tribolojik özelliklerinin i̇ncelenmesi
Yazar: MELİSA SERT
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET AYVAZ
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Kompozit malzemeler iki veya daha çok malzemenin makroskobik boyutta birleştirilmesi ile oluşan ve yapılan tasarım ile benzersiz özelliklere sahip olabilen malzemelerdir. Metal matrisli kompozit malzemeler; yüksek mukavemet, düşük maliyet, yüksek aşınma ve korozyon direnci, tokluk, ısıl ve termal iletkenlik gibi mekanik ve fiziksel özelliklerinden ötürü otomotiv, havacılık ve uzay, denizcilik ve savunma sanayilerinde oldukça geniş bir kullanım alanına sahiptirler. 
 
Metal matrisli kompozit malzemeler içinde en yaygın kullanılan malzeme türü alüminyum metal matrisli kompozit malzemelerdir. Bu malzemelerin üretiminde genellikle tercih edilen üretim metodu toz metalurjisidir. Toz metalurjisi süreç olarak basit, maliyet açısından değerlendirildiğinde diğer tekniklere göre nispeten daha ucuz, üretim sırasında malzeme kaybı sıfıra yakın olan ve yüksek mekanik değerler elde edilen bir üretim yöntemidir.

Toz metalurjisi yönteminde malzemeye mukavemet gibi özelliklerin kazandırıldığı işlem basamağı sinterleme aşamasıdır. Sinterleme parçacıklar arası kimyasal bağın oluşturulduğu ve bu sayede mukavemetin arttırıldığı bir ısıl işlemdir. Günümüzde; maliyet ve zaman açısından değerlendirildiğinde daha avantajlı olan sinterleme teknikleri üzerine çalışmalar yapılmaktadır. Bu teknikler arasında en göze çarpan yöntem mikrodalga sinterlemedir.

Bu çalışmada, toz metalurjisi metodu ile SiC-Gr takviyeli alüminyum metal matrisli kompozit malzemeler mikrodalga sinterlenerek üretildi. Alüminyum metal matris alaşım için ağırlıkça %0,4 Cu, %0,8 Mg ve %0,6 Si tozları kullanıldı. Takviye elemanlarından biri olan Gr oranı numunenin ağırlıkça %3' ü olacak şekilde sabit tutulurken, SiC ise ağırlıkça %0, 1, 3, 5 olarak dört farklı oranda kullanıldı. Homojen malzeme dağılımı oluşturmak için tozlar 2 saat boyunca karıştırıldılar. Karıştırılan tozlar 100 tonluk pres kullanılarak 600 MPa basın ile tek yönlü preslendi. Al-Mg- Si- Cu metal matrisli Gr- SiC takviyeli ham hibrit kompozitler 15 °C/dk ısıtma hızı ile 600 °C sıcaklıkta 30 dk. süre ile mikrodalga sinterlendiler. Üretilen hibrit kompozitlerin mikroyapısal özellikleri, mikrosertlik özellikleri ve tribolojik özellikleri incelenmiştir. Numunelerin mikroyapısal incelemeleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile gerçekleştirildi. İncelemelerde ikincil elektron dedektörü (SED) ve geri saçılımlı elektron dedektörü (BSED) kullanıldı. Elementsel analizler için de enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) dedektörü kullanıldı. Tribolojik testler için ise tribometre kullanıldı. Gerçekleştirilen çalışmalar ve elde edilen sonuçlar Gr-SiC takviyeli hibrit kompozitlerin gelişmiş aşınma dayanımına sahip olduğunu göstermektedir.

Abstract:
Composite materials are materials that are formed by combining two or more materials at a macroscopic size and can have unique properties with the design made. Metal matrix composite materials; They have a wide range of usage in the automotive, aviation and space, maritime and defense industries due to their mechanical and physical properties such as high strength, low cost, high wear and corrosion resistance, toughness, thermal and thermal conductivity.
 
The most commonly used material type among metal matrix composite materials is aluminum metal matrix composite materials. The generally preferred production method in the production of these materials is powder metallurgy. Powder metallurgy is a production method that is simple as a process, relatively cheaper compared to other techniques when evaluated in terms of cost, has almost zero material loss during production and high mechanical values are obtained.

In the powder metallurgy method, the process step in which properties such as strength are imparted to the material is the sintering stage. Sintering is a heat process in which chemical bonds between particles are created and thus strength is increased. Today; Studies are being carried out on sintering techniques that are more advantageous in terms of cost and time. The most prominent method among these techniques is microwave sintering.

In this study, SiC-Gr reinforced aluminum metal matrix composite materials were produced by microwave sintering using the powder metallurgy method. For the aluminum metal matrix alloy, 0.4% Cu, 0.8% Mg, and 0.6% Si powders by weight were used. While the Gr ratio, one of the reinforcement elements, was kept constant at 3% by weight of the sample, SiC was used in four different ratios as 0, 1, 3, 5% by weight. The powders were mixed for 2 hours to create a homogeneous material distribution. The mixed powders were pressed one-way with a 600 MPa press using a 100-ton press. Al-Mg-Si-Cu metal matrix Gr-SiC reinforced raw hybrid composites were heated at 600 °C for 30 min with a heating rate of 15 °C/min. They were microwave sintered for a period of time. The microstructural properties, microhardness properties and tribological properties of the produced hybrid composites were examined. Microstructural examinations of the samples were carried out using scanning electron microscopy (SEM). Secondary electron detector (SED) and backscattered electron detector (BSED) were used in the investigations. Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) detector was used for elemental analyses. A tribometer was used for tribological tests. The studies carried out and the results obtained show that Gr-SiC reinforced hybrid composites have improved wear resistance.