Kobalt esaslı nanoyapılı heusler alaşımların üretimi, yapısal ve morfolojik özelliklerinin incelenmesi, radyasyon zırhlama karakteristiklerinin belirlenmesi
Production of cobalt based nano-structure heusler alloys, investigation of their structural and morphological properties, determination of radiation shielding characteristics
Yazar: EMİNE NARMANLI HAN
Danışman: PROF. DR. ELİF BOYDAŞ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Atom ve Molekül Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Ferromanyetik alaşımlar = Ferromagnetic alloys ; Mekanik alaşımlar = Mechanical alloys ; Metal alaşımlar = Metal alloys ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy ; Şekil hafızalı alaşımlar = Shape memory alloys

Özet:
Amaç: Bu çalışmada, farklı kompozisyonlarda kobalt esaslı nanoyapılı Co_2 Mn_x Ni_(1-x) Al ve Co_2 Cr_x Ni_(1-x) Al (0,1≤ x≤0,9) Heusler alaşımlarının toz metalurjisi–basamak sinterleme yöntemi ile üretilmesi ve üretilen alaşımların yapısal, morfolojik özelliklerinin ve radyasyon zırhlama kapasitelerinin araştırılması amaçlanmıştır. Sinterleme tekniği ile söz konusu alaşımların ilk defa üretimi, bu tekniğin üretim için uygunluğunun değerlendirilmesi, farklı sistemler ile yapılacak analizler ışığında üretilen alaşımların karakteristiklerinin ortaya konulması bu çalışmanın planlanmış hedefleridir.
Yöntem: Deneysel çalışmanın ilk adımı olarak üretim aşamasında alaşımlar için gerekli sarf ve üretim parametrelerinin belirlenmesini takiben, toz metalurjisi-basamak sinterleme tekniği kullanılarak üretim gerçekleştirilmiştir. Ardından üretimi yapılan Heusler alaşımlarının çeşitli karakteristikleri EDS, XRD ve SEM sistemleri ile yapılan analizler ile aydınlatılmış ve son olarak bu alaşımların radyasyon zırhlama kapasiteleri Phy-X/PSD yazılımı ile araştırılmıştır. 
Bulgular: Çalışma kapsamında kobalt esaslı nanoyapılı Heusler alaşımların sinterleme tekniği ile üretimi gerçekleştirilebilmiş ve tekniğin içerdiği üretim süreçlerinin üretim başarımındaki rolleri değerlendirilebilmiştir. Alaşımların karakteristikleri yapılan EDS, XRD ve SEM analizleri ile belirlendikten sonra, elde edilen analiz sonuçları her bir alaşım özelinde; alaşım içeriğine ve bileşimine bağlı olarak değerlendirilmiştir. Alaşımlar için Phy-X/PSD yazılımı ile elde edilen çeşitli radyasyon etkileşim parametreleri sayesinde üretilen alaşımların zırhlama kapasiteleri hakkında fikir sahibi olunmuştur.
Sonuç: Kobalt esaslı nanoyapılı Co_2 Mn_x Ni_(1-x) Al ve Co_2 Cr_x Ni_(1-x) Al (0,1≤ x≤0,9) Heusler alaşımları toz metalurjisi-basamak sinterleme yöntemi ile başarılı bir biçimde üretilebilmiştir. Bu yöntemle istenilen formda alaşım üretebilmek için tüm üretim süreci boyunca yapılması gerekenler detaylı olarak değerlendirilmiş ve üretimde başarı için yöntemin tüm aşamalarının eksiksiz ve doğru bir şekilde takip edilmesi gerektiği sonucuna varılmıştır. Üretilen alaşımlar için EDS, XRD ve SEM sistemleri ile yapılan analizler alaşımlamanın gerçekleştiğini desteklemenin yanı sıra, alaşımların özelliklerinin ortaya çıkarılmasına da olanak sağlamıştır. Sonuçlar, üretilen alaşımların çok fazlı polikristal yapıda büyüdüğünü ve her iki alaşım grubu için de yapıda ağırlıklı olarak kübik, tetragonal ve hekzagonal kristal sistemlerin oluştuğunu göstermiştir. Üretilen alaşımların radyasyon zırh ve nükleer yapı malzemesi olarak kullanılabilirliği, Phy-X/PSD yazılımından elde edilen çeşitli radyasyon-madde etkileşim parametreleri rehberliğinde değerlendirilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Heusler, Alaşım, Nanoyapı, Toz metalurjisi, Sinterleme, Zırhlama, XRD, SEM, EDS, EDX.
Eylül 2024, 122 sayfa

Abstract:
Purpose: In this study, it is aimed to produce cobalt based  nanostructured Co_2 Mn_x Ni_(1-x) Al ve Co_2 Cr_x Ni_(1-x) Al (0,1≤ x≤0,9) Heusler alloys in different compositions using the powder metallurgy-step sintering method and to investigate the structural, morphological properties and radiation shielding capabilities of the produced alloys. The planned objectives of this study are to produce the mentioned alloys for the first time with the sintering technique, to evaluate the suitability of this technique for production, and to reveal the characteristics of the alloys produced in the light of analyzes to be made with different systems.
Method: As the first step of the experimental study, following the determination of the necessary consumables and production parameters for the alloys during the production phase, production of nanostructured Co_2 Mn_x Ni_(1-x) Al ve Co_2 Cr_x Ni_(1-x) Al (0,1≤ x≤0,9) Heusler alloys were carried out using the powder metallurgy-step sintering method. Then, various characteristics of the produced Heusler alloys were clarified by analyzes made with EDS, XRD and SEM systems, and finally, the radiation shielding capacities of these alloys were investigated with Phy-X/PSD software.
Findings: Within the scope of the study, cobalt-based nanostructured Heusler alloys could be produced using the powder metallurgy-step sintering technique, and the roles of the production processes included in the method in production success have been evaluated.  After the characteristics of the alloys are determined by EDX, XRD, and SEM analyses, the results obtained for each alloy were assessed depending on the alloy content and composition. The shielding capacities of the produced alloys were to hold an opinion thanks to various radiation interaction parameters obtained with the Phy-X/PSD software for alloys.
Results: Heusler alloys have been successfully produced by the powder metallurgy-step sintering method. The actions to be taken during the entire production procedure were evaluated in detail in order to produce alloys in the desired form with this method and it has been concluded that all stages of the method must be followed completely and accurately for success in production. The analyzes made with EDS, XRD and SEM systems for the alloys produced not only support that alloying has occurred, but also enabled the characteristics of the alloys to be revealed. The results have been showed that the produced alloys grew in a multiphase polycrystalline structure and that predominantly cubic, tetragonal and hexagonal crystal systems were formed in the structure for both alloy groups. The usability of present alloys as radiation shielding and nuclear building materials has been evaluated guidance of various radiation-matter interaction parameters obtain from Phy-X/PSD software.
Keywords: Heusler, Alloy, Nanostructure, Powder metallurgy, Sintering, Shielding, XRD, SEM, EDS, EDX.
September 2024, 122 pages