Al2O3, TiB2 parçacık takviyeli alüminyum matrisli kompozitlerin sıcak presleme ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of Al2O3, TiB2 reinforced aluminum matrix composites by hot press
Yazar: SERTAÇ FERAT POLAT
Danışman: PROF. DR. HASAN ERDEM ÇAMURLU
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Kompozit malzemeler = Composite materials

Özet:
Bu çalışmada alüminyum % 4 bakır matrisli Al2O3-TiB2 karışımı partikül takviyeli kompozitlerin sıcak presleme ile üretilmesi ve üretilen kompozitlerin karakterize edilmesi amaçlanmıştır. Kullanılan Al2O3-TiB2 tozları, çalışma kapsamında TiO2, H3BO3 ve Al başlangıç karışımlarından yanma sentezi yöntemiyle üretilmiştir. Yanma sentezi sonucunda Al2O3 ve TiB2 fazlarının oluştuğu X-ışını kırınımı (XRD) analizleri ile belirlenmiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS) incelemelerinin sonucunda yanma sentezi ürünlerinin Al2O3 sürekli yapısı içinde bulunan TiB2 partiküllerinden oluşan birkaç yüz mikron boyutlu sert topaklar şeklinde olduğu anlaşılmıştır.
Yanma sentezi sırasında oluşan Al2O3, TiB2 partiküllerini birbirinden ayırmak ve Al2O3, TiB2 parçacıklarının boyutunu küçültmek amacıyla toz halindeki başlangıç karışımlarına ağırlıkça %5 ile %150 arasındaki oranlarda NaCl eklenerek yanma sentezi deneyleri gerçekleştirilmiştir. SEM incelemeleri ve parçacık boyut analizlerinde, başlangıç karışımına NaCl eklenmesi ile, oluşan parçacık boyutlarının küçüldüğü görülmüştür. %60 NaCl eklenen reaksiyonun sonucunda daha küçük partiküller üretildiği anlaşılmıştır. NaCl'nin giderilmesi sonrası elde edilen toz karışımının ortalama parçacık boyutunun 15,4 mikron olduğu belirlenmiştir.
Yanma sentezi ile elde edilmiş olan Al2O3, TiB2 toz karışımları, alüminyum matrise eklenmeden önce, parçacık boyutlarının küçültülmesi amacıyla alümina ve WC ortamlarda öğütülmüştür. Elde edilen takviye partikülleri Al-%4Cu matrise hacimce %1, %3, %5 oranlarında eklenerek, toz metalürjisi yöntemi ile kompozit üretimi gerçekleşmiştir. Kompozitler sıcak preste 550 °C'de 30 dakika süre 50 MPa basınç uygulanarak elde edilmiştir. Optik mikroskop ve SEM incelemeleri sonucunda, takviye partiküllerinin matris fazı içerisinde homojen dağıldığı görülmüştür. Takviye partiküllerinin eklenmesi sonucunda takviyesiz numuneye kıyasla sertlik artışı meydana gelmiştir. Takviyesiz numunede 50,9 HB olan sertlik değeri, WC ortamda öğütülmüş partiküllerin % 1 oranında eklendiği kompozitte 57,7 HB10 olmuştur. Takviyesiz numunenin eğme dayanımı 433 MPa olurken, dayanım değeri en yüksek numune, 462 MPa ile WC-Co ortamda öğütülmüş takviye partiküllerinin % 1 oranında eklendiği numune olmuştur. Katkı oranının daha fazla artması ile kompozitlerin dayanım değerlerinde azalma meydana geldiği görülmüştür.

Abstract:
In this study it was aimed to produce and characterize Al2O3-TiB2 mixture particle reinforced aluminun 4 % copper matrix composites. Utilized Al2O3-TiB2 powders were obrained in this study from TiO2, H3BO3 ve Al through combustion synthesis. It was detetrmined by XRD analyses that Al2O3and TiB2 phases were obtained by combustion synthesis. It was seen in transmission electron microscope (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analyses that products were in the form of a few hundred micron sized hard agglomerates which were composed of TiB2 particles in a continuous Al2O3 structure .
In order to separate the formed Al2O3 and TiB2 particles, and to reduce particle size, NaCl was introduced into the starting materials in %5 - %150 weight % range. It was found in SEM and partilce size analyses that the size formed particles decreased. Average particle size was 15.4 microns when %60 NaCl was added.
Before introducing the Al2O3-TiB2 particles into the aluminum matrix, they were ground in alümina and WC media for size reduction.Reinforcement particles were added at  %1, %3, %5 vol.  % into aluminum matrix. Compozites were obtained after hot pressing at 550 oC for 30 minutes under 50 MPa pressure. It was seen in optical microscopy and SEM examinations that the reinforcement particles were dispersed homogenously in the matrix. Hardness increased in the composites as compared to unreinforced sample. Hardness of the compsite containing 1 % reinforcement that was ground in WC media was 57.7 HB10, whereas that of unreinforced sample was 50,9 HB10. Bending strength of the unreinforced sample was 433 MPa whereas the highest bending strength was attained in the composite containing 1 % reinforcement that was ground in WC media. Higher amount of reinforcement resulted in a decrease in bending strength of the composites.