Toz metalürjisi yöntemi ile üretilen bakır matrisli hibrit kompozit malzemelerin mekanik ve korozyon özelliklerinin araştırılması
Investigation of mechanical and corrosion properties of copper matrix hybrid composite materials produced by powder metallurgy method
Yazar: OSAMA ALI EHBIL KRIEWAH
Danışman: PROF. DR. SERKAN ISLAK
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Bakır = Copper ; Kompozitler = Composites ; Korozyon = Corrosion ; Mekanik = Mechanics ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy

Özet:
Saf bakır yüksek elektrik iletkenliği ve yüksek termal iletkenliği nedeniyle çeşitli elektrik uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bakırın bu mükemmel özelliklere sahip olmasına rağmen, bakırın sünek olması onu mekanik zorlanmalara karşı savunmasız bırakmaktadır. Bu sebeple bakır alaşımları ve bakır matrisli kompozit malzemeler üzerine yapılan çalışmalar oldukça yoğundur. Bu çalışmada toz metalürjisi ile üretilen Cu-Cr-B4C-CNF hibrit kompozitlerin mikroyapı, mekanik ve korozyon özellikleri araştırılmıştır. Mikroyapı özellikleri optik, SEM-EDS ve XRD analizleri ile incelenirken, mekanik özelliklerin tespiti için sertlik ve aşınma testleri yapılmıştır. Kompozitlerin aşınma performanslarını belirlemek amacıyla pin-on-disk aşınma metodu kullanılmıştır. Aşınma testinde üç farklı aşınma yükü (5N, 10N ve 15N) seçilmiştir. Kompozitlerin korozyon özellikleri Potansiyodinamik yöntem kullanılarak belirlenmiştir. Potansiyodinamik ve korozyon oranı için Cu-Cr-B4C-CNF hibrit kompozitleri pH 6-7 olan ağırlıkça % 3,5 NaCl çözeltisine daldırılmıştır. Doğrudan korozyon cihazından okunan tafel eğrilerinden hibrit kompozitlerin korozyon akım yoğunluğu, korozyon potansiyeli ve korozyon hızı hesaplanmıştır. Mikroyapı sonuçları takviye elemanlarının bakır matrisi içerisinde nispeten homojen dağıldığını göstermiştir. Mikroyapıda Cu, CrB2, Cr2B3 ve C fazları tespit edilmiştir. Kompozitin sertlikleri takviye ilavesiyle artış göstermiş ve CNF'nin % 1 oranında maksimum değere (72,5 HB) ulaşmış, bu CNF oranından sonra sertlik değerinde çok az miktarda azalma meydana gelmiştir. Aşınma sonuçlarına göre takviye oranlarına bağlı olarak sürtünme katsayılarında ve aşınma oranlarında azalma meydana gelirken, aşınma yüklerinin artmasıyla hem sürtünme katsayılarında hem de aşınma oranlarında artışlar meydana gelmiştir. Korozyon testi sonuçları Cu matrisinin en iyi korozyon direncine sahip olduğu tespit edilmiştir. Takviye ilavesi yapıldığında korozyon dirençlerinin kısmen düştüğü, fakat kompozitler içerisinde en iyi korozyon direncine Cu-8B4C-6Cr-2CNF hibrit kompozitinin sahip olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Pure copper is widely used in various electrical applications due to its high electrical conductivity and high thermal conductivity. Although copper has these excellent properties, the ductility of copper makes it vulnerable to mechanical stress. For this reason, studies on copper alloys and copper matrix composite materials are quite intense. In this study, the microstructure, mechanical and corrosion properties of Cu-Cr-B4C-CNF hybrid composites produced by powder metallurgy were investigated. While microstructural properties were examined by optical, SEM-EDS and XRD analyzes, hardness and wear tests were carried out to determine the mechanical properties. Pin-on-disc wear method was used to determine the wear performance of the composites. Three different wear loads (5N, 10N and 15N) were selected in the wear test. The corrosion properties of the composites were determined using the potentiodynamic method. For potentiodynamics and corrosion rate, Cu-Cr-B4C-CNF hybrid composites were immersed in a 3,5 wt% NaCl solution at pH 6-7. Corrosion current density, corrosion potential and corrosion rate of hybrid composites were calculated from the Tafel curves read directly from the corrosion device. The microstructure results showed that the reinforcement elements were distributed relatively homogeneously in the copper matrix. Cu, CrB2, Cr2B3 and C phases were detected in the microstructure. The hardness of the composite increased with the addition of reinforcement and reached the maximum value (72,5 HB) of 1% of CNF, and after this CNF ratio, a slight decrease in the hardness value occurred. According to the wear results, while the friction coefficients and wear rates decreased depending on the reinforcement ratios, both the friction coefficients and the wear rates increased with the increase of the wear loads. Corrosion test results showed that Cu matrix had the best corrosion resistance. It was determined that when the reinforcement was added, the corrosion resistances decreased partially, but the Cu-8B4C-6Cr-2CNF hybrid composite had the best corrosion resistance among the composites.