Sıcak preslemeli sinterleme yöntemi kullanılarak Cu-TiB2 kompozit ile kaplanmış elektrik kontak malzemesinin yüzey özelliklerinin araştırılması
Investigation of surface properties of electrical contact material coated with Cu-TiB2 composite by using hot pressed sintering method
Yazar: FARUK VELAT ADAK
Danışman: DOÇ. DR. ÇETİN ÖZAY
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Teknolojileri Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Sinterleme = Sintering ; Sıcak presleme = Hot pressing ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy ; Yüzey kaplama = Surface coating

Özet:
Bu çalışmada Cu alt tabaka malzemesi  sıcak preslemeli sinterleme yöntemi kullanılarak Cu-TiB2 tozlarıyla kaplanmıştır. Uygulanan kaplama yönteminde kaplama tabakasını oluşturan kompozit malzemelerin takviye oranı ve sinterleme sıcaklığının etkilerine bağlı olarak mekanik ve mikroyapı özellikleri araştırılmıştır. Kaplama işleminde Cu matris tozları içerisine hacimsel olarak %0, %5, %12,5, %20 ve %25 oranlarında TiB2 tozu ilave edilerek 3D mekanik karıştırıcı ile karıştırılmıştır. Karıştırma işleminde karıştırma hızı 350 rpm, karıştırma süresi 25 dakika ve bilye/toz oranı 15:1 olarak belirlenmiştir. Farklı oranlarda karıştırılan tozlar Ar (argon) gazı atmosferinde çelik bir kalıp içerisinde 900, 950 ve 1050 °C ' de sinterleme işlemine tabi tutulmuştur. Sinterleme sonrası üretilen numuneler Ar atmosferinde 110 MPa basınç altında tek yönlü olarak sıkıştırılmıştır. Üretim parametrelerinin numunelerin fiziksel ve mekanik özellikler üzerine etkilerini belirlemek amacıyla kaplama tabakası ve enine kesit mikroyapısı OM ve SEM görüntüleri, XRD ve EDS analizleri alınmıştır. Ayrıca, kaplama tabakası makro sertlik ve lineer ileri geri aşınma testlerine tabi tutulmuştur. Elde edilen sonuçlara göre Cu altlık malzemesi sıcak preslemeli sinterleme yöntemi ile kaplandığında, Cu ve TiB2 tozlarının homojen bir şekilde karıştığı, OM ve SEM görüntülerinde iyi bir bağ oluşturduğu görülmüştür. Cu-TiB2 kaplama tabakasında TiB2 hacim oranı arttıkça kaplama yüzeyinin makro sertliğinin arttığı ve aşınma kaybının azaldığı tespit edilmiştir. Kaplama işleminde kullanılan sinterleme sıcaklığının artmasıyla, numunelerin mikro yapılarında tozlar arasındaki boşlukların azaldığı ve küçüldüğü, bunun da makro sertlikte bir artışa ve aşınma kütle kaybında bir azalmaya yol açtığı tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, Cu substrate material was coated with Cu-TiB2 powders using hot pressing sintering method.  In the applied coating method, the mechanical and microstructural properties of the composite materials forming the coating layer were investigated depending on the effects of reinforcement ratio and sintering temperature. In the coating process, 0%, 5%, 12.5%, 20% and 25% TiB2 powder by volume was added into the Cu matrix powders and mixed with a 3D mechanical mixer. In the mixing process, the mixing speed was determined as 350 rpm, the mixing time was 25 minutes and the ball/powder ratio was determined as 15:1. The powders mixed at different ratios were subjected to sintering process at 900 °C, 950 °C and 1050 °C in a steel mold in an argon gas atmosphere.  The samples produced after sintering were compressed unidirectionally under 110 MPa pressure in an argon atmosphere. In order to determine the effects of production parameters on the physical and mechanical properties of the samples, OM and SEM images of the coating layer and cross-section microstructure, XRD and EDS analyzes were taken. In addition, the coating layer was subjected to macrohardness and linear back and forth wear tests. According to the results obtained, when the Cu substrate material was coated with the hot pressing sintering method, it was observed that the Cu and TiB2 powders mixed homogeneously and formed a good bond in the OM and SEM images.  It was determined that the macrohardness of the coating surface increased and the wear loss decreased as the TiB2 volume ratio increased in the Cu-TiB2 coating layer. It was determined that with the increase of the sintering temperature used in the coating process, the spaces between the powders in the microstructure of the samples decreased and became smaller, resulting in an increase in macrohardness and a decrease in wear mass loss.