Mekanik alasımlama yöntemi ile nano-parçacık takviyeli zn-al esaslı nano-kompozit malzemelerin üretilmesi, içyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Production of nano-particle reinforced zn-al based nano-composite materials by mechanical alloying and invenstigation of their mechanical and microstructural properti̇es
Yazar: RAMAZAN DALMIŞ
Danışman: DOÇ. HAMDULLAH ÇUVALCI
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, döküm yöntemi ile elde edilen ZA27 alaşımı bir fabrikada gaz atomizasyonu yöntemi ile toz haline getirildi. Bu tozlardan 63 µm elek altı tozları alındı. Ortalama boyutu 40µm olan ZA27 matris malzemesine,  nano boyuttaki grafit(50 nm) ve bor karbür (55 nm) tozları katılarak nanokompozitler üretildi. Grafit parçacık takviyeleri ağırlıkça % 0,5-%1-%1,5-%3-%5-%7 oranlarında; B4C parçacık takviyeleri ise ağırlıkça %0,5-%1-%1,5-%2 oranlarında katılarak kompozit toz karışımları hazırlandı. Bu karışımlar sabit bir öğütme süresinde(4 saat) gezegen tipi yüksek enerjili bilyeli öğütücüde öğütüldü. Öğütülen tozlardan 435 0C' de 700 MPa basınç altında, sıcak presleme yöntemi ile nanokompozitler üretilmiştir. Üretilen nanokompozitlerin içyapı, fiziksel ve mekanik özellikleri araştırıldı. Sonuçlar irdelendiğinde, mekanik özellikler bakımından en yüksek değerlerin grafit için  %1, B4C için % 0,5 katkı oranlarında elde edildiği belirlendi. Fakat hibrit nanokompozitte (HNK)  iki katkı malzemesinin de kullanılacağından, hacimsel etki göz önüne alınarak HNK üretiminde katkıların ağırlıkça %0,5 Grafit+%0,5 B4C şeklinde olmasına karar verildi.
Belirlenen oranlardaki HNK toz karışımına 0, 2, 4, 6, 8, 10 ve 12 saat gibi farklı sürelerde öğütme işlemi uygulandı. Elde edilen tozların SEM ve boyut analizleri yapıldı. Öğütülen tozlardan, yine aynı şartlarda altında (435 0C sıcaklıkta, 700 MPa basınçta) HNK üretimi gerçekleştirildi. Elde edilen HNK' lerin içyapı, yoğunluk-porozite, sertlik, çekme mukavemeti gibi özellikleri incelendi. 6 saatlik öğütmeye kadar düşme eğilimi gösteren sertlik ve çekme mukavemeti değerleri, bu saatten sonra gözle görülür biçimde artış göstermiştir. Bu doğrultuda 12 saat mekanik alaşımlama ile üretilen HNK' lerin çekme mukavemeti 243 MPa' a, sertliği de 149,1 HB' ye kadar çıkmıştır. SEM görüntülerinden takviye malzemelerinin matris içerisinde 8 saat öğütme sonrasında homojen dağılmaya başladığı görülmüştür.
Belirlenen oranlardaki HNK toz karışımına 0, 2, 4, 6, 8, 10 ve 12 saat gibi farklı sürelerde MA işlemi uygulandı. Elde edilen tozların SEM ve boyut analizleri yapıldı.  
Öğütülen tozlardan, yine aynı şartlarda altında (435 0C sıcaklıkta, 700 MPa basınçta) HNK üretimi gerçekleştirildi. Elde edilen HNK' lerin içyapı, yoğunluk-porozite, sertlik, çekme mukavemeti gibi özellikleri incelendi. 6 saatlik öğütmeye kadar düşme eğilimi gösteren sertlik ve çekme mukavemeti değerleri, bu saatten sonra gözle görülür biçimde artış göstermiştir. Bu doğrultuda 12 saat mekanik alaşımlama ile üretilen HNK' lerin çekme mukavemeti 243 MPa' a, sertliği de 149,1 HB' ye kadar çıkmıştır. SEM görüntülerinden takviye malzemelerinin matris içerisinde 8 saat öğütme sonrasında homojen dağılmaya başladığı görülmüştür.

Abstract:
In this study, ZA27 alloy which produced via casting, has been pulverized by gas atomization method in a factory. From these powders undersize 63 μm ones were taken. Nanocomposites were produced by adding nano-sized graphite (50 nm) and boron carbide (55 nm) powders to ZA27 matrix material. Mixture of composite powders were prepared in the rates of (by weight) 0.5%-1% - 1.5% - 3% - 5% - 7% for graphite particle supplements; 0.5%-1% - 1.5% - 2% for graphite particle supplements. These mixtures were milled at a constant mechanical alloying (MA) time (4 hour) in a high-energy planetary type ball mill. Nanocomposites were produced by hot pressing at 435 0C and pressure of 700 MPa from the milled powders. Microstructure, physical and mechanical properties of these nanocomposites were investigated. According to the results of the mechanical properties, the highest values of determined at 0.5% contribution rate for B4C, 1% contribution rate for graphite. However, because of having both additives in the hybrid nanocomposite (HNK), considering the volumetric effect of nano particles, it was decided that HNK would be produced at contribution rate of (by weight) % 0.5 graphite + 0.5% B4C.
MA is applied for varying periods such as 4, 6, 8, 10 and 12 hours to the powder mixture in determined rate. SEM and dimensional analysis of the obtained powders were performed. Hybrid nanocomposites has been produced under the same conditions (at a temperature 435 0C, at a pressure of 700 MPa) from the milled powders. The produced NHK's microstructure, density-porosity, hardness, tensile strength properties were investigated. Hardness and tensile strength values declined until 6 hours milling after that time, after that they increased visibly. Accordingly the tensile strength of HNK which produced after 12 h mechanical alloying increased up 243 MPa and its hardness increased up 149,1 HB. It is observed from SEM images, after 8 hours milling reinforcement materials distributed homogenously in the matrix.
   

MA is applied for varying periods such as 4, 6, 8, 10 and 12 hours to the powder mixture in determined rate. SEM and dimensional analysis of the obtained powders were performed. Hybrid nanocomposites has been produced under the same conditions (at a temperature 435 0C, at a pressure of 700 MPa) from the milled powders. The produced NHK's microstructure, density-porosity, hardness, tensile strength properties were investigated. Hardness and tensile strength values declined until 6 hours milling after that time, after that they increased visibly. Accordingly the tensile strength of HNK which produced after 12 h mechanical alloying increased up 243 MPa and its hardness increased up 149,1 HB. It is observed from SEM images, after 8 hours milling reinforcement materials distributed homogenously in the matrix.