Erimiş tuz içinde B4C ve WC parçacık takviyeli AlCuMg kompozitlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of B4C and WC particle reinforced AlCuMg composites in molten salt
Yazar: ABDELSALAM MOHAMED A ELFGHI
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET AKKAŞ
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Son dönemlerde endüstride dikkate değer bir rol oynayan üretim yöntemlerinden biri, toz metalurjisi ile üretilen AlCuMg alaşımlarıdır. Bu yöntem, alaşımın kimyasal kompozisyonunun hassas bir şekilde kontrol edilmesine olanak tanır. Toz metalurjisi, geleneksel üretim yöntemlerine alternatif olarak ortaya çıkmış ve döküm, talaşlı imalat, sıcak ve soğuk presleme gibi süreçlere avantajlar sunmuştur. Bu yöntemle elde edilen kompozit malzemeler, malzeme özelliklerini geliştirerek aşınma direnci, korozyon direnci, yüzey sürtünmesi ve yüzey gerilimlerini artırma potansiyeline sahiptir. Özellikle hafiflik ve sağlamlık oranı bakımından başarılı olan AlCuMg alaşımları, toz metalurjisi yöntemi ile üretilerek çok iyi mekanik özelliklere sahip kompozit malzemelerin elde edilmesine imkan tanımaktadır. Bu çalışmada, toz metalurjisi yöntemi kullanılarak AlCuMg toz karışımına, farklı ağırlıklarda (%5; 10 ve 15) B4C ve WC parçacıkları eklenmiş ve ayrıca hem B4C hem de WC takviyesi yapılarak kompozit numuneler üretilmiştir. Üretim sürecinde, tozlar üç boyutlu turbula ile 1 saat süreyle karıştırılmış ve ardından soğuk presleme işlemine tabi tutulmuştur. Soğuk presleme işlemi sırasında 600 MPa basınç uygulanmıştır. Preslenen numuneler, atmosfer kontrollü ısıl işlem fırınında argon atmosferinde 600℃ sıcaklıkta 3 saat boyunca sinterleme işlemine tabi tutulmuştur. Elde edilen numunelerin mikroyapıları, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiş, içyapılardaki fazlar ise X-ışını kırınımı (XRD) yöntemi analizi ile belirlenmiştir. Ayrıca, numunelerin sertlik değerleri mikrosertlik analizi ile ölçülmüştür. SEM analiz sonuçları, B4C ve WC parçacıklarının içyapıda homojen bir şekilde dağıldığını ve bu dağılımın üç boyutlu turbulanslı karıştırma ve sinterleme işleminden kaynaklandığını göstermektedir. XRD analizi, Al2CuMg, AlCuMg, AlB12, MgB4, B4C ve CuAl2 fazlarının oluştuğunu ve Al2CuMg ile AlCuMg fazlarının baskın olduğunu göstermiştir. Mikrosertlik analizi sonuçlarına göre, B4C ve WC takviye oranları arttıkça sertlik değerlerinde bir artış gözlemlenmiştir. Deneysel çalışmalar, %10 B4C ve %10 WC ilavesine sahip numunelerin en yüksek sertlik değerine (192 HV0,1) ulaştığını ortaya koymuştur. Bu sonuçlar, toz metalurjisi yöntemi ile üretilen B4C ve WC takviyeli AlCuMg kompozitlerin mekanik ve mikro yapısal özelliklerinin kontrol edilebilir bir şekilde geliştirilebileceğini ve endüstriyel uygulamalarda kullanım potansiyeli taşıdığını göstermektedir.

Abstract:
One of the production methods that has played a notable role in the industry recently is AlCuMg alloys produced by powder metallurgy. This method allows precise control of the chemical composition of the alloy. Powder metallurgy has emerged as an alternative to traditional production methods and offers advantages to processes such as casting, machining, hot and cold pressing. Composite materials obtained by this method have the potential to increase wear resistance, corrosion resistance, surface friction and surface tension by improving material properties. AlCuMg alloys, which are particularly successful in terms of lightness and strength, are produced by the powder metallurgy method, allowing the production of composite materials with very good mechanical properties. In this study, B4C and WC particles of different weights (5, 10 and 15%) were added to the AlCuMg powder mixture using the powder metallurgy method, and composite samples were produced by supplementing both B4C and WC. During the production process, the powders were mixed with a three-dimensional turbula for 1 hour and then subjected to cold pressing. A pressure of 600 MPa was applied during the cold pressing process. The pressed samples were subjected to sintering in an atmosphere-controlled heat treatment furnace in an argon atmosphere at 600℃ for 3 hours. The microstructures of the samples obtained were examined by scanning electron microscope (SEM), and the phases in the internal structures were determined by X-ray diffraction (XRD) method analysis. Additionally, the hardness values of the samples were measured by microhardness analysis. SEM analysis results show that B4C and WC particles are distributed homogeneously in the internal structure and this distribution results from the three-dimensional turbulent mixing and sintering process. XRD analysis showed that Al2CuMg, AlCuMg, AlB12, MgB4, B4C and CuAl2 phases were formed and Al2CuMg and AlCuMg phases were dominant. According to the microhardness analysis results, an increase in hardness values was observed as B4C and WC reinforcement ratios increased. Experimental studies have revealed that samples with 10% B4C and 10% WC addition reached the highest hardness value (192 HV0.1). These results show that the mechanical and microstructural properties of B4C and WC reinforced AlCuMg composites produced by powder metallurgy method can be improved in a controllable manner and have the potential to be used in industrial applications.