Mekanik alaşımlama tekniği ile üretilmiş Fe-Co esaslı alaşımlara bor ilavesinin etkisi
Effect of boron addition to Fe-Co based alloys made with mechanical alloying technique
Yazar: DAMLA ÖZGÜR
Danışman: DOÇ. DR. TUNCAY ŞİMŞEK
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bor = Boron ; Manyetik malzemeler = Magnetic materials ; Mekanik alaşımlama = Mechanical alloying ; Nanokristaller = Nanocrystals

Özet:
Bu tez çalışmasında farklı toz oranlarına sahip Fe50Co50, Fe50Co49,5B0,5, Fe50Co49B1, Fe50Co48,5B1,5 ve Fe50Co48B2 (% ağ.) alaşımları mekanik alaşımlama (MA) yöntemi ile başarılı şekilde sentezlenmiştir. B elementinin Fe-Co alaşımının yapısal, morfolojik ve manyetik özelliklerine etkisi detaylı bir şekilde araştırılmıştır. Sentezlenen alaşımların yapısal özellikleri X-Işını Difraktometresi (XRD) ile, morfolojik özellikleri ise Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile birlikte Enerji Dağıtıcı X-Işını Spektrometresi (EDX) ile incelenmiştir. Üretilen alaşımların yüksek ve düşük sıcaklık manyetik özellikleri Titreşimli Numune Magnemotresi (VSM) yöntemiyle ölçülmüş, sonrasında 900°C'de ve 40 Mpa basınç altında sıcak preslenen alaşımların Vickers yöntemiyle mikrosertlik ölçümleri yapılmıştır. 10 saat öğütme işleminden sonra elde edilen alaşımların XRD sonuçları ele alındığında Fe-HMK yapılı bir fazın oluştuğu gözlemlenmiştir. Öğütme işleminin sonunda Fe50Co50, Fe50Co49,5B0,5, Fe50Co49B1, Fe50Co48,5B1,5 ve Fe50Co48B2 (% ağ.) alaşımlarının kristalit boyutları sırasıyla 11,6; 12,5; 12,6; 13,05 ve 13,01 nm olarak hesaplanmıştır. SEM görüntülerinden B katkılanma oranına bağlı olarak tabakalı yapıların oluştuğu gözlenmiştir. Bor içermeyen (% ağ.) Fe50Co50 alaşımının partikül boyutu 107.38 µm iken, %2 oranında B katkılanmış Fe50Co48B2 alaşımının partikül boyutu 101.86 m olarak ölçülmüştür. SEM görüntüleri incelendiğinde B elementinin diğer elementlerdeki çözünürlüğünün düşük olması elementin tane sınırlarında çökmesine ve sert yapılar oluşturmasına sebep olmuştur. Meydana gelen sert yapının, bilyenin etkisine uzun süre direnerek parçacık boyutunun yavaş yavaş küçülmesine ve katmanlı ve düzensiz parçacık şekillerinin oluşmasına katkı sağladığı gözlemlenmiştir. VSM sonuçları incelendiğinde; Fe50Co48B2 alaşımının  oda sıcaklığındaki doyum manyetizasyonu (Ms) değeri 200 emu/g;,  koerzivite (Hc) değeri ise 17 Oe olarak hesaplanmıştır. Hc değerleri (% ağ.) Fe50Co50, Fe50Co49,5B0,5, Fe50Co49B1, Fe50Co48,5B1,5 ve Fe50Co48B2 alaşımları için sırasıyla 21; 26; 24; 17 ve 19 Oe olarak ölçülmüştür. Sıcaklık artışına bağlı olarak Ms değerlerinin düştüğü gözlenmiştir. Fe50Co50, Fe50Co49,5B0,5, Fe50Co49B1, Fe50Co48,5B1,5 ve Fe50Co48B2 (% ağ.) alaşımlarının mikrosertlik değerleri yaklaşık olarak 406,9; 427,2; 440,8; 477,2 ve 504,7 HV olarak bulunmuştur. Elde edilen bulgular değerlendirilidiğinde, üretilen alaşımların yumuşak manyetik malzemelerde güç dağıtımı, güç üretimi ve döngü gibi uygulamalarda potansiyel olarak kullanılabileceği öngürülmüştür.

Abstract:
In this thesis, Fe50Co50, Fe50Co49,5B0,5, Fe50Co49B1, Fe50Co48,5B1,5 ve Fe50Co48B2 (wt.) alloys with different powder ratios were successfully synthesized by mechanical alloying (MA) method. The effect of element B on the structural, morphological and magnetic properties of the Fe-Co alloy was investigated in detail. The structural properties of the synthesized alloys were investigated by X-Ray Diffractometry (XRD), and their morphological properties were examined by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dissipative X-Ray Spectrometer (EDX). The high and low temperature magnetic properties of the produced alloys were measured with the Vibrating Sample Magneometer (VSM) method, and then the microhardness measurements of the alloys, which were hot pressed at 900°C and 40 Mpa pressure, were made with the Vickers method. Considering the XRD results of the alloys obtained after 10 hours of milling, it was observed that a phase with Fe-HMK structure was formed. At the end of the milling process, the crystallite size of the Fe50Co50, Fe50Co49,5B0,5, Fe50Co49B1, Fe50Co48,5B1,5 and  Fe50Co48B2 (% wt.) alloys were calculated as 11.6, 12.5, 12.6, 13.05 and 13.01 nm, respectively. From the SEM images, it was observed that layered structures were formed depending on the B doping ratio. It was seen that particle size of the boron-free (wt.) Fe50Co50 alloy was 107,38 µm while the particle size of the 2% B doped Fe50Co48B2 alloy was about 101.86 µm. When the SEM images were examined, it was seen that the low solubility of element B in other elements caused to formation of the hard structures and accumulation on the grain boundaries. It has been observed that the formation of the hard structures, resists the impact of the balls for a long milling periods and contributes to the gradual reduction of the particle size and the formation of layered and irregular particle shapes. When the VSM results are examined; The saturation magnetization (Ms) of the Fe50Co48B2 alloy at room temperature was calculated as 200 emu/g, and the coercivity (Hc) value was calculated as 17 Oe. Hc values of the Fe50Co50, Fe50Co49,5B0,5, Fe50Co49B1, Fe50Co48,5B1,5 ve Fe50Co48B2  (% wt.) alloys were found as 21, 26, 24, 17 and 19 Oe, respectively. It was observed that Ms values decreased depending on the temperature increases. The microhardness values of Fe50Co50, Fe50Co49,5B0,5, Fe50Co49B1, Fe50Co48,5B1,5 ve Fe50Co48B2  (% wt.) alloys are approximately 406,9; 427,2; 440,8; 477,2 ve 504,7 HV, respectively. With the obtained results, it was thought that synthesized alloys can potentially be used in applications such as power distribution, power generation and looping in soft magnetic materials.