Kontrollü doğrusal katılaştırılmış alüminyum içerikli çoklu ötektik alaşımların yapı parametreleri ile mekanik, elektrik ve termal özelliklerinin katılaştırma hızına bağlılıklarının incelenmesi
Investigation of the dependence of mechanical, electrical 
and thermal properties with structure parameters on the 
growth rates in the controlled directionally solidified 
aluminium contained multiple eutectic alloys
Yazar: ÜMİT BAYRAM
Danışman: PROF. DR. NECMETTİN MARAŞLI
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, özellikle yirmibirinci yüzyıl bilim ve teknolojisinde kullanılan alüminyum içerikli Al-Cu-Ni (Al-32.5ağ.%Cu-%1ağ.Ni), Al-Cu-Ti (Al-33ağ.%Cu-%0.1ağ.Ti) and Zn-Al-Cu (Zn-5ağ.%Al-%0.5ağ.Cu) ötektik alaşımlarının numuneleri özel olarak tasarlanmış vakumlu eritme fırını ve döküm fırını kullanılarak hazırlandı. Numuneler Bridgman tipi kontrollü katılaştırma fırınına yerleştirildikten sonra erime sıcaklığının 50-100 K üzerindeki bir sıcaklığa kadar ısıtıldı. Daha sonra bu alaşımlar, doğrusal katılaştırma fırınında, argon ortamı ve sabit sıcaklık gradyenti altında aşağıdan yukarı doğru çok geniş bir katılaştırma hızı aralığında (8.45-2087.15 μm/s) katılaştırıldı.

Kontrollü olarak doğrusal katılaştırılan numunelerin mikroyapı fotoğrafları optik ışık mikroskobu ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak çekildi. Ötektik mesafelerin, mikrosertlik, çekme-dayanım, elektriksel özdirenç ve ısıl iletkenlik değerlerinin katılaştırma hızına bağlılıkları, düşük, yüksek ve tüm katılaştırma hızları için lineer regresyon analizi kullanılarak ayrı ayrı deneysel olarak elde edildi. Aynı şekilde ölçülen ötektik mesafe λE ve katılaştırma hızı V değerleri yardımıyla hacimsel büyütme değerleri de belirlendi. Ayrıca, bu alaşımların öz ısı (∆CP), entalpi (∆H) ve erime sıcaklıkları (TE) değerleri de diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) yardımıyla elde edildi.

Bu çalışmada elde edilen sonuçlar, Jackson-Hunt ötektik teorisi ve literatürdeki benzer deneysel çalışmalar ile karşılaştırıldı. Deneysel sonuçlarda; Jackson-Hunt ötektik teorisinin çok yüksek katılaştırma hızlarında mevcut deneysel sonuçla uyuşmadığı gözlendi ve Al-Cu-Ni, Al-Cu-Ti and Zn-Al-Cu ötektik alaşımları için kritik katılaştırma hızı değerinin 400.0 μm/s civarında olabileceği ifade edildi.

Abstract:
In present work, the samples of Al-Cu-Ni (Al-32.5wt.%Cu-%1wt.Ni), Al-Cu-Ti (Al-33wt.%Cu-%0.1wt.Ti) and Zn-Al-Cu (Zn-5wt.%Al-%0.5wt.Cu) aluminum-contained eutectic alloys which are especially using in the science and technology during the twenty-first century were prepared using specially constructed vacuum melting and casting furnaces. After the specimens were positioned in a Bridgman–type furnace, they were heated up to 50–100 K above the melting temperature. Then, those alloys have been directionally solidified upwards under argon atmosphere and a wide range of growth rates (8.45-2087.15 µm/s) at a constant temperature gradient in directional solidification furnace.

The microstructures of the controlled directionally solidified samples were photographed by using an optical light microscopy and the scanning electron microscope (SEM). The dependencies of the eutectic spacings, microhardness, ultimate tensile strength, electrical resistivity and thermal conductivity on growth rates were experimentally obtained by using linear regression analysis for low growth rates, high growth rates and all growth rates one by one. Likewise, the bulk growth rates were also determined by using the measured values of E and V. Also, the values of the specific heat difference (∆CP), enthalpy of fusion (∆H) and melting temperature (TE) for those alloys were obtained by means of differential scanning calorimetry (DSC).

The results obtained in present work were compared with the Jackson-Hunt eutectic theory and the similar experimental results in the literature. From experimental result, it can be concluded that the Jackson-Hunt eutectic theory differs from present experimental results at higher growth rates and the critical growth rate might be about 400.0 µm/s for the Al-Cu-Ni, Al-Cu-Ti and Zn-Al-Cu eutectic alloy.