Grafit mikrofiber esaslı metal matrislikompozit yatak malzemesi tasarımı, üretimi,mekanik ve tribolojik özelliklerininaraştırılması
Composite bearing material design, production, investigation of mechanical and tribological properties
Yazar: ÖMER BARIŞKAN YASAN
Danışman: PROF. DR. SEDAT ÖZDEN ; YRD. DOÇ. DR. FAZIL CANBULUT
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İmalat ve Konstrüksiyon Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Bakır kompleksler = Copper complexes ; Difüzyon kaynağı = Diffusion welding ; Sürtünme = Friction

Özet:
Bu tez çalışmasında, mikrofiber grafit takviyeli bakır matrisli kendinden yağlayıcı özelliği olan kompozit yataklama malzemesinin üretim ve kompozisyon parametrelerinin optimize edilmesi üzerine çalışılmıştır. Çalışmada Tüp içinde toz metodu ile %11,5-%19-%28 hacimsel grafit oranına sahip grafit özlü bakır kılıflar üretilmiştir. Üretilen bu ara ürünün dış kılıfını elektrolitik bakır, özünü ise 44μm toz boyutuna sahip %99,99 saflıkta grafit tozu oluşturmaktadır. 20 mm dış çapa sahip bu ara üründen direk ekstrüzyon işlemi ile 6 mm çapında mikrofiber grafit çekirdekli çubuklar üretilmiştir. Sonrasında art arda gerçekleştirilen tel çekme işlemleri ile 0,65 mm çapa sahip mikrofiber grafit içerikli teller üretilmiştir. Bu teller üst üste istiflenmek suretiyle bakır teller içerisinde bulunan mikrofiber grafit takviyesinin belirli bir yüzeye yönlenecek şekilde dizilimi sağlanmış ve 600 °C sıcaklık ve 69,5-139-210 MPa basınç altında 20-60-90 dakika difüzyon sürelerinde sıcak difüzyon kaynağı ile 60x40x10 𝑚𝑚3 boyutlarda kendinden yağlayıcı deney numuneleri imal edilmiştir.
Üretilen numunelerin farklı üretim parametreleri için önce sıcak difüzyon kaynağı parametreleri optimize edilmiş ardından tribolojik performansları test edilerek optimum takviye oranı parametreleri belirlenmiştir. Bakır içerisine düzenli olarak yerleştirilmiş mikrofiber grafit çekirdekler, aşınma direncini artırıp sürtünmeyi azaltmış ancak ayrılma yönünde mukavemet değeri geleneksel bakırın ancak yarısına ulaşabilmiştir.

Bu çalışma geleneksel yöntemlerle üretilmiş bakıra göre çok yüksek aşınma direnci ve düşük sürtünme katsayısına sahip bir elemanın üretimi ve sanayide uygulanabilirliğini açıkça ortaya koymaktadır. Üretim yöntemi ekstrüzyon, tel çekme, tüp içinde toz (TIT) ve sıcak difüzyon kaynağı gibi üretim yöntemleri ile bilinen birçok farklı yöntemin bir araya getirilmesi ile yeni ve farklı bir kompozit malzeme üretim yöntemini bilime kazandırmıştır. Bu çalışmada uygulanan yöntemlerle malzemelere yağlayıcı özellik kazandırıldığı gibi farklı amaçlarla kullanılabilecek yeni kompozit malzemelerin üretimine imkân sağlayacak bir altyapı oluşturulmuştur. Bu yüzden çalışmanın literatürde önemli bir kaynak olması beklenmektedir.

Abstract:
In this thesis, a self-lubricating microfiber graphite reinforced copper matrix composite bearing material oriented to a specific surface was designed and the optimization of the process parameters such as mechanical and wear properties were optimized. In the study, a series of graphite-cored copper tubes with a volumetric graphite ratios of 11.5%-19%-28% were produced by the powder-in-tube method. This intermediate product consisted of an outer tube of electrolytic copper, and a core of graphite powder with purity of 99.99% and size of 44μm. Microfiber graphite cored rods with a diameter of 6 mm were produced by direct extrusion from this intermediate product of 20 mm outer diameter. Afterwards, microfiber graphite wires of 0.65 mm diameter were produced by a series of wire drawing processes. Tribo-element test specimens with dimensions of 60x40x10 𝑚𝑚3 were produced by combining these wires arranged in the same direction with the hot diffusion welding at a temperature of 600 °C and at pressures of 69.5-139-210 MPa at diffusion times of 20-60-90 minutes.
Initially the hot diffusion welding parameters were optimized. Then, the tribological performances of the samples were tested for different production and the optimum reinforcement ratio parameters were determined. Microfiber graphite cores placed regularly inside copper tubes increased wear resistance and reduced friction, but the strength of the new products in the separation direction was only half that of conventional copper.

This study clearly demonstrated the production and industrial applicability of an element with very high wear resistance and low friction coefficient compared to copper produced by traditional methods. The production method has brought out a new and unique composite material production method to science by combining many different known production methods such as extrusion, wire drawing, powder in tube (TIT) and hot diffusion welding. With the methods applied in this study, an infrastructure has been created that will allow the production of new composite materials that can be used for different purposes, as well as providing the materials with high lubricating properties. Therefore, the study is expected to be an important resource in the literature.