Ni kaplı grafen nanoplakalar ile takviyelendirilmiş Al kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of Al composites reinforced with Ni coated graphen nanoplates
Yazar: İREM KOCASÜLEYMAN
Danışman: DOÇ. DR. ARİF UZUN
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, nikel kaplı grafen ilavesinin alüminyum kompozitlerin fiziksel ve mekaniksel özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Çalışma öncelikli olarak grafen nano plakaların (GNP) nikel ile kaplanması ile başlamıştır. Bu işlem için beş farklı kimyasal süreç takip edilmiştir. Bunlar GNP parçacıklarının temizlenmesi, yüzey pürüzlülüğünün artırılması, yüzeylerin aktif hale getirilmesi ve kaplama çözeltisinin uygulanması şeklindedir. Kimyasal kaplama süreçleri tamamlandıktan sonra Al ve Ni-GNP (ağırlıkça %0; 0,8; 1,2 ve 2) tozları geleneksel toz metalurjisi prosedürleri uygulanarak bulk numune haline getirilmiştir. Öncesinde başlangıç tozları bilyalı karıştırıcıda 300 rpm dönme hızında dört saat boyunca karıştırılmıştır. Karışım süresince işlem kontrol ajanı olarak ağırlıkça % 0,3 oranında stearik asit kullanılmıştır. Soğuk kaynak yapılmasını önlemek ve grafenin yapısının bozulmasını önlemek için bilyalı öğütme her döngüde 10 dakika dinlenerek 20 dakika boyunca çalıştırılmıştır. Karışım sonrasında toz numuneler 600 MPa basınç altında soğuk olarak preslenmiştir. Ham dayanıma sahip bulk numuneler devamında 630°C sıcaklıkta argon atmosferi altında sinterleme işlemine tabii tutulmuştur. Akabinde üretilen kompozit malzemelerin mekanik özelliklerini belirlemek için Vickers mikrosertlik testi ve basma testi uygulanmıştır. Deneysel mikrosertlik sonuçları, Meyer yasası, orantılı numune direnci modeli, elastik-plastik deformasyon modeli ve Hays Kendall (HK) yaklaşımı kullanılarak analiz edilmiştir. Böylece en uygun yaklaşım modeli olarak Hays–Kendall yaklaşımı belirlenmiştir. Artan Ni-GNP oranı ile birlikte basma dayanımında %7 artış sağlanmıştır.

Abstract:
In this study, the effects of nickel-coated graphene addition on the physical and mechanical properties of aluminum composites were examined. The work primarily started by coating graphene nanoplates (GNP) with nickel. Five different chemical processes were followed for this process. These include cleaning GNP particles, increasing surface roughness, activating the surfaces and applying the coating solution. After the chemical coating processes were completed, Al and Ni-GNP (0; 0.8; 1.2 and 2 wt%) powders were turned into bulk samples by applying traditional powder metallurgy procedures. Beforehand, the starting powders were mixed in a ball mixer at a rotation speed of 300 rpm for four hours. Stearic acid at a rate of 0.3% by weight was used as a process control agent during the mixing. To prevent cold welding and prevent the structure of graphene from deteriorating, the ball milling was operated for 20 minutes with a 10-minute rest in each cycle. After mixing, the powder samples were cold pressed under 600 MPa pressure. Bulk samples with green strength were subsequently subjected to sintering under argon atmosphere at 630°C. Subsequently, Vickers microhardness test and compression test were applied to determine the mechanical properties of the produced composite materials. Experimental microhardness results were analyzed using Meyer's law, proportional sample resistance model, elastic-plastic deformation model and Hays Kendall (HK) approach. Thus, the Hays–Kendall approach was determined as the most appropriate approach model. With the increasing Ni-GNP ratio, a 7% increase in compressive strength was achieved.