Yüksek bakır içerikli alaşımlara ilave edilen farklı elementlerin mekanik ve elektrik iletkenliği özelliklerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of different elements added to high copper content alloys on mechanical and electrical conductivity properties
Yazar: CEREN EFE
Danışman: PROF. DR. YAVUZ SUN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Aşınma = Wear ; Bakır alaşımları = Copper alloys ; Korozyon = Corrosion

Özet:
Bu çalışmada; yüksek bakır içerikli Bakır-Titanyum (Cu-Ti) master alaşımları argon atmosferi altında ve vakum ortamında indüksiyon fırını kullanılarak ergitilmiş ve       Cu-2.5 Ti, Cu-3.5Ti, Cu-3.5Ti-1Cr ve Cu-3.5Ti-1Mg olmak üzere dört farklı kompozisyonda alaşımlar üretilmiştir. Üretilen alaşımlara; homojenleştirme, çözeltiye alma ve ardından yaşlandırma ile yaşlandırma öncesi %40 soğuk deformasyon ve yaşlandırma ısıl işlem süreçleri uygulanmıştır. Üretilen malzemelerin sertlik ölçümleri ve mikroyapı analizleri yapılmıştır. Numunelerin aşınma davranışları ileri geri aşınma testleriyle hem kuru ortamda hem de %3.5NaCl içeren korozif ortamda gerçekleştirilmiştir. Korozyon özellikleri potansiyodinamik ve daldırma testleriyle incelenmiştir. Ayrıca aşınma ve korozyon mekanizmalarının anlaşılması için taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelemeler yapılmıştır. Yapılan sertlik testleri sonucunda, en yüksek sertlik değerleri Cu‒3.5Ti‒1Cr numunesine, en düşük sertlik değerinin ise Cu‒2.5Ti numunesine ait olduğu tespit edilmiştir. Ti oranının artması ve alaşım elementi ilavesi ile sertlikte bir iyileşme meydana geldiği gözlenmiştir. Mikroyapı karakterizasyonu çalışmalarında Homojenleştirilmiş (H) Cu‒2.5Ti ve Cu‒3.5Ti alaşımlarında tipik olarak gözlenen makro‒homojen parçacık dağılımına ait mikroyapı ve eş eksenli taneler görülmüştür. Yaşlandırılmış (AG) numunelerde ise tane sınırları ve heterojen olarak dağılmış taneler görülmüştür. Alaşım elementi ilave edilen numunelerde tane boyutlarının küçüldüğü belirlenmiştir. XRD profilleri genel olarak, Cu katı çözeltisinden ve            β‒Cu4Ti fazlarından tepe noktaları sergilemiş, ancak küçük hacimli fraksiyonu nedeniyle α-Cu4Ti fazından hiçbir tepe noktası göstermemiştir. Cu‒2.5Ti numunesi ile karşılaştırıldığında %1'lik Ti artışı ile kuru ortamda aşınma hızları homojenleştirilmiş numunelerde %59 oranında, yaşlandırılmış numunelerde %55 oranında ve soğuk deformasyon+yaşlandırılmış (CD+AG) numunelerde %19 oranında azalmıştır.        Cu‒3.5Ti numunesine %1 Cr elementi ilavesinin %1 Mg alaşım elementi ilavesine göre AG ve CD+AG örneklerinde aşınma hızlarında belirgin bir azalma ile sonuçlandığı tespit edilmiştir. Korozif ortam aşınma hızları , kuru ortam aşınma hızlarına göre daha düşük bulunmuştur. %3.5NaCl çözeltisi içerisinde tüm numunelerin uygulanan potansiyel ile anodik akımlarında artışın meydana geldiği görülmüştür. Bu artışın homojeleştirilmiş numunelerde en fazla ve                                   %40 deforme+ yaşlandırılmış numunelerde ise en az değerlerde olduğu gözlenmiştir. Hem NaCl hem de H2SO4 ortamlarında alaşım elementleri ilave edilen numunelerin korozyon hızlarında belirgin bir azalma gözlenmiştir. İletkenlik değerlerinin tüm Cu-Ti alaşım numunelerinin homojenleştirilmiş örneklerinde en az ve soğuk deforme sonrası yaşlandırılmış örneklerinde ise en yüksek değerde olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, Copper-Titanium (Cu-Ti) master alloy with high copper content was melted under an argon atmosphere using an induction furnace in a vacuum, and the samples were produced in the compositions of Cu-2.5Ti, Cu-3.5Ti, Cu-3.5Ti-1Cr, and Cu-3.5Ti-1Mg. The following heat processes have been applied to these alloys; homogenization, aging after solution, and 40% cold deformation before aging. Density, hardness measurements, and microstructure analyzes of the produced materials were made. The wear behavior of the samples was determined by reciprocal wear tests both in dry conditions and in a corrosive environment containing 3.5% NaCl. Corrosion properties were investigated by potentiodynamic and immersion tests. In addition, scanning electron microscopy (SEM) examinations were made to understand the wear and the corrosion mechanisms.As a result of the hardness tests, it was determined that the highest hardness values belonged to Cu‒3.5Ti‒1Cr sample and the lowest hardness value belonged to Cu‒2.5Ti sample. It was found that an improvement in hardness occurred with the increase in Ti ratio and the addition of alloying elements. In microstructure characterization studies, microstructure and equiaxed grains of macro-homogeneous particle distribution, typically observed in Homogenized (H) Cu‒2.5Ti and Cu‒3.5Ti alloys, were observed. Grain boundaries and heterogeneously distributed grains were observed in aged (AG) samples. It was observed that the grain sizes of the samples to which alloying element was added decreased. XRD profiles generally showed peaks from the Cu solid solution and β‒Cu4Ti phases, but no peaks from the α-Cu4Ti phase due to its small volume fraction. Compared to the Cu‒2.5Ti sample, with a 1% increase in Ti, wear rates in dry conditions decreased by 59% in homogenized samples, by 55% in aged samples, and by 19% in cold deformation+aged samples (CD+AG). It was determined that the addition of 1%Cr element to the Cu‒3.5Ti sample resulted in a significant decrease in wear rates in AG and CD+AG samples compared to the addition of 1%Mg alloying element. Corrosive media wear rates were found to be lower than dry media wear rates. It was observed that the anodic currents increased with the applied potential of all samples in 3.5%NaCl solution. It was found that this increase was highest in H samples and lowest in 40% CD+AG samples. In both NaCl and H2SO4 environments, a significant decrease was observed in the corrosion rates of the samples to which alloying elements were added. It was observed that the conductivity values of all Cu‒Ti alloy samples were the lowest in the homogenized samples and the highest in the aged samples after cold deformation.