TiO2 takviyesi içeren AgSnO2 esaslı elektrik kontak malzemelerinin toz metalurjisi yöntemiyle üretimi ve ark-erozyon davranışlarının incelenmesi
Investigation of arc-erosion behavior of TiO2 reinforced AgSnO2 based electrical contact materials produced by powder metallurgy
Yazar: SERKAN BIYIK
Danışman: DOÇ. DR. MURAT AYDIN
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, farklı oranlarda TiO2 takviyesi içeren AgSnO2 esaslı kompozit elektrik kontak malzemeleri mekanik alaşımlama (MA) ve toz metalurjisi (TM) yöntemleri kullanılarak üretildi. Öncelikle başlangıç tozları belirlenen oranlarda karıştırılarak gezegen hareketli bilyeli öğütücüde homojen karışım sağlanıncaya kadar öğütüldü. Bu şekilde elde edilen kompozit tozlar geleneksel TM yöntemi ile kalıpta presleme ve vakum ortamında sinterleme işlemlerine tabi tutularak kompozitler üretildi. Söz konusu kompozitler bu çalışma için özel olarak tasarlanan ve imal edilen ark-erozyon deney düzeneğinde endüktif yükler altında aşınma deneylerine tabi tutuldu ve artan TiO2 takviyesi ile kontak yüzeylerindeki bozunumlar ve kütle kayıpları karşılaştırıldı. Başlangıç ve kompozit tozlarının, ham kompaktların, kompozitlerin ve aşınma deneyleri sonucunda oluşan yüzey bozunumlarının karakterize edilmesinde taramalı elektron mikroskopisi (SEM) ve enerji dağılımlı X-ışınları spektroskopisi (EDS) yöntemleri kullanıldı. % 1'lik TiO2 takviyesinin boyut küçülmesine belirgin bir etkisi olmadığı görülürken özellikle % 3'ün üzerindeki TiO2 takviyesinin öğütme sonrası elde edilen kompozit toz boyutunu düşürdüğü gözlendi. Artan TiO2 takviyesiyle kompozitlerin sertlik değerlerinin arttığı belirlendi. Ayrıca gözenek miktarının % 1'lik TiO2 takviyesine kadar azaldığı, % 3'ün üzerinde ise arttığı tespit edildi. Ağırlıkça % 5 oranına kadar artan TiO2 takviyesi ile ark-erozyonu sonucunda meydana gelen kütle kayıpları kademeli olarak azalma gösterdi. Ark-erozyon deneyleri sonrası yapılan yüzey incelemeleri ve ölçülen kütle kayıplarının birlikte değerlendirilmesi sonucunda optimum ark-erozyon performansı gösteren bileşim % 5 TiO2 takviyeli kompozit olarak belirlendi. Optimum ark-erozyon performansı sergileyen kontak malzemesi, fiziksel, mekanik ve aşınma özelliklerinin geliştirilmesi amacıyla farklı sürelerde sinterlemeye tabi tutuldu ve optimum sinterleme süresi 5 saat olarak belirlendi.

Abstract:
In this study, AgSnO2 based composite electrical contact materials doped with various amounts of TiO2 reinforcement were produced by powder metallurgy and mechanical alloying techniques. First of all, starting powders were mixed to prepare powder mixtures having different chemical compositions. Powder mixtures were then milled in a high-energy planetary-type ball mill to achieve homogeneously mixed composite powders, followed by pressing in a closed die to obtain green compacts with a cylindrical shape, and sintering under vacuum to obtain composites. Composites were subjected to electrical wear tests under inductive loads to investigate the arc-erosion performance of electrical contacts in a new life-test rig designed and built for this work. Surface deteriorations and mass losses of electrical contacts were also evaluated as a function of increasing TiO2 reinforcement. Characterization of the starting and composite powders, green compacts, composites and arc-originated surface deteriorations was carried out using scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The degree of particle size reduction was found to be higher in compositions having 3 to 7 wt% TiO2 than that in 1 % TiO2. Hardness of the composites was increased with increasing TiO2 content. In addition, porosity ratio was found to decrease up to 1 % TiO2 and to increase from 3 to 7 % TiO2. Comparison between surface morphologies and mass losses of arc-eroded specimens reveals that the Ag8SnO2-5TiO2 composite exhibits optimum arc-erosion performance among all compositions. The Ag8SnO2-5TiO2 composite was also subjected to several sintering tests thereafter to improve its physical, mechanical and wear properties. Optimum sintering time was determined as 5 h.