Metal ve polimer esaslı malzemelerin enjeksiyon kalıplama yöntemi ile üretilmesi ve karakterizasyonu
Production and characterisation of metal and polymer based materials by injection moulding method
Yazar: FURKAN YENİLMEZ
Danışman: DOÇ. DR. İLVEN MUTLU
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasının amacı, uçak uygulamaları için yenilikçi metalik veya kompozit malzemelerin üretilmesi ve özellikle tahribatsız olarak incelenmesidir. 
Al, Mg, ve Ti esaslı metalik alaşımlar geleneksel toz metalurjisi ve toz enjeksiyon kalıplama yöntemleriyle üretilmiştir. Ayrıca parçacık takviyeli, metal matrisli kompozit malzemeler üretilmiştir. 
Toz enjeksiyon kalıplama yöntemiyle üretimde hammadde olarak % 55-60 metal tozu ve % 40-45 bağlayıcı sistemi (% 25 parafin, % 14 PE ve % 1 stearat) kullanılmıştır. Karışım 180 °C sıcaklığa ısıtılmış ve enjekte edilmiştir. Ardından numuneler, hekzan çözeltisinde bekletilmiş (parafin uzaklaştırma), daha sonra termal bağlayıcı giderme ile PE giderilmiştir. Son olarak ise numuneler sinterlenmiştir.
Fiber/parçacık takviyeli polimer matrisli kompozit malzemeler sentez-soğuk döküm, soğuk presleme ve enjeksiyon kalıplama yöntemleriyle üretilmiştir. Polimer matris malzemeleri olarak polimetilmetakrilat (PMMA) polietereterketon (PEEK), polietilen (PE) kullanılmıştır.
Fiber veya parçacık takviyeli PMMA matrisli kompozit malzemeler sentez-soğuk döküm yöntemi ile üretilmiştir. Öncelikle, PMMA tozu, benzoil peroksit (BPO), hidrokinon ve BaSO4 karıştırılmıştır. Daha sonra elde edilen katı karışım ile sıvı metilmetakrilat (MMA) monomeri karıştırılmıştır. Polimer uygun viskoziteye geldiğinde teflon kalıba döküm işlemi gerçekleştirilmiştir. Bu yöntemde sıvı metilmetakrilat (MMA) monomerinin kullanılması viskoziteyi düşürmüş, fiberlerin ıslatılmasını geliştirmiştir. 
Polietereterketon (PEEK) matrisli malzemeler ise soğuk preslemeyle üretilmiştir. 
Polietilen (PE) matrisli kompozit malzemeler plastik enjeksiyon kalıplama ile parçacık takviyeli olarak üretilmiştir. Hammadde olarak takviye elemanı, parafin, PE ve stearat kullanılmıştır. Karışım 180 °C sıcaklıkta, 9 bar basınçta enjekte edilmiştir.
Parçacık takviye malzemesi olarak, Al2O3, TiO2, ve metal tozu (Ti, Mg, Cu, 17-4 PH) kullanılmıştır. Fiber takviye malzemesi olarak, cam fiber, karbon fiber ve aramid fiber (Kevlar) kullanılmıştır.  
Malzemelerin mikroyapıları taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile araştırılmıştır. Malzemelerin termal davranışı diferansiyel termal analiz (DTA) ile incelenmiştir. Elastisite modülleri tahribatsız ultrasonik muayene testleri belirlenmiştir. Malzemelerin mikroyapıları dijital radyografi (DR) ve bilgisayarlı tomografi (CT) ile incelenmiştir. Islatılabilirlik davranışları temas açısı ölçümü ile incelenmiştir.

Abstract:
The aim of this study is the production and nondestructive characterization of novel metal or composite materials for aircraft applications.
Al, Mg and Ti based metal alloys were produced by traditional powder metallurgy and powder injection moulding methods. In addition, particule reinforced metal matrix composite materials were produced.
In powder injection moulding, 55-60 % metal powder and 40-45 % binder system (25 % paraffin, 14 % PE and 1 % stearate) was used. Mixture was heated and injected at 180 °C. Then, the specimens were immersed to hexane (paraffin removing). PE was  removed by thermal debinding. Debimded specimens were sintered.
Fiber/particule reinforced polymer matrix composite materials were produced by synthesis-cold casting, cold pressing and injection moulding methods. Polymethylmetacrilate (PMMA), polyetheretherketone (PEEK) and polyethylene (PE) were used as a matrix material.
Fiber or particule reinforced PMMA matrix composite materials were produced by synthesis-cold casting method. Initially, PMMA powder, benzoil peroxide (BPO), hydrokinon and BaSO4 were mixed. Then, liquid methylmetacrilate (MMA) monomer was mixed with the solid mixture. When proper viscosity was obtained, the mixture was poured to the teflon die. The using of the liquid MMA was decreased the viscosity and enhanced the wetting of the fibers.
Polyetheretherketone (PEEK) materials were produced by cold pressing method.
Particule reinforced polyethylene (PE) matrix composite materials were produced by plastic injection moulding method. Reinforcing particles, paraffin, PE and stearates were used as a raw material. Mixture was injected at 180 °C and 9 bar.
Al2O3, TiO2 and metal powder were used as a particule reinforcing material. Glass fiber, carbon fiber, aramid fiber were used as a fiber reinforcing material.
Microstructure of the materials was investigated by scanning electron microscopy (SEM). Thermal properties were investigated by differential thermal analysis (DTA). Elastic modulus was investigated by nondestructive ultrasonic tests. Microstructures of the materials were also studied by digital radiography (DR) and computerized tomography (CT). Wetting properties were investigated by contact angle measurements.