AZ71 alaşım matrisli GNP+B4C takviyeli hibrit kompozitlerin özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the properties of AZ71 alloy matrix GNP+B4C reinforced hybrid composites
Yazar: SİMGE BAYHATUN
Danışman: PROF. DR. HAYRETTİN AHLATCI
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, AZ71 matrisi (ağırlıkça % Mg-7Al-1Zn) GNP ve B4C partikül takviyeleri ile güçlendirilerek toz metalürjisi yöntemi ve toz karışımların oluşturulması sırasında nanoparçacık tozlarının aglomerasyonunu önlemek ayrıca homojen dağılımını sağlamak için sıvı bazlı karıştırma adı verilen yeni bir yöntem ile   AZ71+%0.5 GNP, AZ71+%0.5 GNP+%15 B4C, AZ71+%1 GNP+%15 B4C, AZ71+%15 B4C kompozitler üretilmiştir.
Hazırlanan GNP ve B4C nanopartikül karışımını sıkıştırmak ve kompakt hale getirmek için 30ton kapasiteli hidrolik pres kullanılmıştır. 500 °C'de 3 saat boyunca sıkıştırılan kapsüller kısmen sinterlenmiştir. Alaşım, CO2 + 0,8 SF6 içeren gaz korumalı bir indüksiyon eritme fırını kullanılarak eritilmiştir. Tüm numuneler ekstrüzyondan önce 420 °C'de 24 saat homojenleştirilmiş ve alaşım, 30ton kaldırma kapasiteli, 400 °C sıcaklıkta ve 0,3 mm/s hızla ekstrüze edilmiştir.
Üretimi yapılan numunelerin mikroyapı incelemeleri, döküm, homojenleştirilmiş ve ekstrüde edilmiş numuneler için yapılmıştır. Döküm sonrası mikroyapı incelemelerinde dentritik homojen olmayan bir görünüm görülmektedir. Homojenleştirme sonrasında tane boyutunda az da olsa küçülme meydana gelmiştir. Ekstrüze edilmiş kompozitlerin mikroyapıları homojen dağılımı gösterebilmek için ekstrüzyona dik ve ekstrüzyon yönünde numuneler çıkartılmış ve incelenmiştir. Bu incelemeler neticesinde GNP ve B4C ilavelerinin matris içerisinde homojen bir dağılım sergilediği görülmüştür.
Kompozitlerin kuru aşınma ve %3.5 NaCl çözeltili aşınma davranışları incelenmiştir.  Kuru sürtünme testi ve %3.5 NaCl çözeltili aşınma sonucunda en az ağırlık kaybı AZ71 + %0,5 GNP kompozitinde meydana gelmiştir. En fazla aşınma sonrası ağırlık kaybı AZ71+%15 B4C alaşımında meydana gelmiştir. Aşınma hızları incelendiğinde de bu durumun desteklendiği görülmüştür. 
Daldırma korozyon testi sonucunda Korozyon hızı oranı en düşük olan AZ71 + %0,5 GNP kompozitinde meydana gelmiştir. Korozyon hızı oranı en fazla olan kompozit AZ71+%15 B4C'dir. Buna oranla korozyon hızı AZ71+%15 B4C ilaveli kompozitin 4.62 kat, AZ71+%0.5 GNP+%15 B4C ilaveli kompozitin 3,74 kat ve AZ71+%1 GNP+%15 B4C ilaveli numunenin 3,28 kat arttığı görülmektedir. Yapılan potasyodinamik korozyon incelemesinde Icorr değeri AZ71+%0.5 GNP için 0,00382 μA/cm², Ecorr değeri -1,32 V, Icorr değeri AZ71+%15 B4C için 0,00532 μA/cm², Ecorr değeri -1,41 V, Icorr değeri AZ71+%0.5 GNP+%15 B4C için 0,00456 μA/cm², Ecorr değeri -1,35 V ve Icorr değeri AZ71+%1 GNP+%15 B4C için 0,00439 μA/cm² Ecorr değeri -1,36 V çıkmıştır. Hidrojen Çıkışı deneyi incelemesinde AZ71%0,5 GNP en düşük hidrojen çıkışını gerçekleştirmiştir. En fazla hidrojen çıkışı AZ71+%15 B4C'dir. Korozyon sonuçlarına göre GNP takviyeli kompozitlerin korozyon dayanımı B4C ilaveli kompozitlere göre daha iyi direnç göstermiştir. Yapılan çalışmada mikroyapısal görüntüler alınmış ve parçacık boyutu da incelenmiştir. Deneylerin ardından numune yüzeyindeki faz durumlarını incelemek için tüm numunelerin SEM görüntüleri ve EDX analizleri yapılmıştır.

Abstract:
In this study, AZ71 matrix (wt% Mg-7Al-1Zn) was strengthened with GNP and B4C particle reinforcements using the powder metallurgy method and AZ71+0% with a new method called liquid-based mixing to prevent the agglomeration of nanoparticle powders during the formation of powder mixtures and to ensure their homogeneous distribution. AZ71+0.5% GNP GNP, AZ71+0.5% GNP+15% B4C, AZ71+1% GNP+15% B4C, AZ71+15% B4C composites were produced. A hydraulic press with a capacity of 30 tons was used to compress and compact the prepared GNP and B4C nanoparticle mixture. Capsules compressed at 500 °C for 3 hours were partially sintered. The alloy was melted using a gas-shielded induction melting furnace containing CO2 + 0.8 SF6. All samples were homogenized at 420 °C for 24 hours before extrusion, and the alloy was extruded at a temperature of 400 °C and a speed of 0.3 mm/s, with a lifting capacity of 30 tons. Microstructural examinations of the produced samples were carried out for cast, homogenized, and extruded samples. Post-casting microstructure examinations reveal a dendritic inhomogeneous appearance. After homogenization, a slight decrease in grain size occurred. In order to show the homogeneous distribution of the microstructures of the extruded composites, samples perpendicular to the extrusion and in the direction of the extrusion were removed and examined. As a result of these examinations, it was seen that GNP and B4C additions exhibited a homogeneous distribution in the matrix. Dry wear and 3.5% NaCl solution wear behaviors of composites were examined. As a result of the dry friction test and abrasion with 3.5% NaCl solution, the least weight loss occurred in the AZ71 + 0.5% GNP composite. The highest weight loss after wear occurred in the AZ71+15% B4C alloy. This situation was also supported when the wear rates were examined. As a result of the immersion corrosion test, the lowest corrosion rate occurred in the AZ71 + 0.5% GNP composite. The composite with the highest corrosion rate is AZ71+15% B4C. Compared to this, it is seen that the corrosion rate of the composite with AZ71+15% B4C addition increased by 4.62 times, of the composite with AZ71+0.5% GNP+15% B4C addition increased by 3.74 times, and of the sample with AZ71+1% GNP+15% B4C addition increased by 3.28 times. In the potassiodynamic corrosion examination, the Icorr value is 0.00382 μA/cm² for AZ71+0.5% GNP, the Ecorr value is -1.32 V, the Icorr value is 0.00532 μA/cm² for AZ71+15% B4C, the Ecorr value is -1.41 V, Icorr value 0.00456 μA/cm² for AZ71+0.5% GNP+15% B4C, Ecorr value -1.35 V and Icorr value 0.00439 μA/cm² for AZ71+1% GNP+15% B4C Ecorr value -1.36 V has come out. In the Hydrogen Release test examination, AZ71 0.5% GNP achieved the lowest hydrogen release. The maximum hydrogen output is AZ71+15% B4C. According to the corrosion results, the corrosion resistance of GNP reinforced composites showed better resistance than B4C added composites. In the study, microstructural images were taken and particle size was also examined. Following the experiments, SEM images and EDX analyzes of all samples were performed to examine the phase states on the sample surface.