Grafen ve karbon nanotüp ikili partikül takviyeli alüminyum matrisli kompozitlerin üretilmesi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of graphene and carbon nanotube binary particle reinforced aluminum matrix composites
Yazar: TÜLİN ŞENBAŞ
Danışman: DOÇ. DR. MAHMUT CAN ŞENEL
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, Al6061-grafen, Al6061-karbon nanotüp ve Al6061-karbon nanotüp-grafen kompozit yapılar toz metalürjisi ve indüksiyonla sıcak presleme yöntemleriyle üretilmiştir. Takviye oranlarının ve ısıl işlem türlerinin (sinterleme ve indüksiyonla sıcak presleme) üretilen kompozitlerin mikroyapısına, mekanik (yoğunluk, gözeneklilik oranı, Vickers sertliği) ve tribolojik özelliklerine (sürtünme katsayısı, aşınma oranı ve kütle kaybı)  olan etkisi incelenmiştir.
Al6061 matrise ağırlıkça %0,1, 0,3, 0,5 oranında grafen takviye edilerek üretilen numunelere uygulanan testler neticesinde; en iyi mekanik ve tribolojik özellikler sinterlendikten sonra indüksiyonla sıcak preslenmiş Al6061-%0,1grafen kompozitte elde edilmiştir. Al6061-%0,1grafen takviyeli kompozitin yoğunluğu 2,6 g/cm3, sertlik 126 HV, aşınma oranı 4x10-7 mm3/(Nm) ve kütle kaybı 0,0026 g olarak belirlenmiştir. Ağırlıkça %0,1 grafen takviyesinden sonra grafenin topaklanması kompozitin özelliklerini olumsuz yönde etkilemiştir.
Ağırlıkça %0,1, 0,3, 0,5 karbon nanotüp takviyeli Al6061 matrisli kompozitlere uygulanan testler sonucunda; en yüksek yoğunluk (2,59 g/cm3) ve Vickers sertliği (119 HV) sinterlenmiş ve indüksiyonla sıcak preslenmiş ağırlıkça %0,1 karbon nanotüp  takviyeli kompozit yapıda ulaşılmıştır. Ayrıca bu kompozit yapının en düşük aşınma oranına (5,1x10-7 mm3/(Nm)), kütle kaybına (0,0033 g)  ve en yoğun mikro yapıya sahip olduğu görülmüştür. Karbon nanotüp takviyesiyle belirli bir orana kadar (ağırlıkça %0,1) mekanik özeliklerin iyileştiği tespit edilmiştir.
Toz metalürjisi yöntemiyle üretilen Al6061 matrisli grafen ve karbon nanotüp ikili partikül takviyeli kompozitlerde en iyi mekanik ve tribolojik özelliklerin sinterlendikten sonra indüksiyonla sıcak preslenmiş Al6061-%0,1karbon nanotüp-%0,1grafen hibrit kompozitte olduğu tespit edilmiştir. Bu ikili partikül takviyeli kompozitin yoğunluğu 2,59 g/cm3 , sertliği 135 HV, aşınma oranı 3,52x10-7 mm3/(Nm) ve kütle kaybı 0,0023 g olarak belirlenmiştir. 
Sonuç olarak Al6061 matrise ağırlıkça %0,1 karbon nanotüp ve %0,1 grafen takviyesinin kompozitin mekanik ve tribolojik özelliklerini  iyileştirdiği tespit edilmiştir. Ayrıca sadece sinterleme işlemine kıyasla sinterleme sonrası indüksiyonla sıcak presleme işleminin matris ve takviye elemanı arasındaki ara yüzey bağını artırarak kompozitin mekanik ve tribolojik özelliklerini iyileştirdiği görülmüştür.

Abstract:
In this thesis, Al6061-graphene, Al6061-carbon nanotube and Al6061-carbon nanotube-graphene composite structures were fabricated by powder metallurgy and induction hot pressing methods. The effects of reinforcement ratios and heat treatment types (sintering and induction hot pressing) on the microstructure, mechanical (density, porosity ratio, Vickers hardness) and tribological properties (coefficient of friction, wear rate and mass loss) of the composites were investigated.
As a result of the tests applied to the samples produced by reinforcing graphene at the rate of 0,1, 0,3, 0,5% by weight to the Al6061 matrix; The best mechanical and tribological properties were obtained in Al6061-0,1% graphene composite, hot pressed by induction after sintering. The density of Al6061-0,1% graphene reinforced composite was determined as 2,6 g/cm3 , hardness was 126 HV, wear rate was 4x10 -7 mm3 /(Nm) and mass loss was 0,0026 g. The agglomeration of graphene after 0,1% by weight graphene reinforcement negatively affected the properties of the composite.
As a result of the tests applied to Al6061 matrix composites reinforced with 0,1, 0,3, 0,5% carbon nanotubes by weight ; the highest density (2,59 g/cm3 ) and Vickers hardness (119 HV) were achieved in the sintered and induction hot pressed 0.1% by weight carbon nanotube reinforced composite structure. It was also observed that this composite structure had the lowest wear rate ( 5,1x10-7 mm3 /(Nm)), mass loss (0,0033 g) and the densest microstructure. It has been determined that mechanical properties are improved up to a certain rate (0,1% by weight) with carbon nanotube reinforcement.
Produced by powder metallurgy method Al6061 matrix graphene and carbon nanotube dual particle reinforced composites It was determined that the best mechanical and tribological properties were in the Al6061-0,1% carbon nanotube-0,1% graphene hybrid composite hot pressed by induction after sintering. The density, hardness, wear rate and mass loss of this dual particle reinforced composite was determined as 2,59 g/cm3, 135 HV, 3,52x10-7 mm3 /(Nm), 0,0023 g.
As a result, it was determined that 0,1% carbon nanotube and 0,1% graphene reinforcement by weight in the Al6061 matrix improved the mechanical and tribological properties of the composite. In addition, compared to the sintering process alone, it has been observed that the induction hot pressing process after sintering improves the mechanical and tribological properties of the composite by increasing the interfacial bond between the matrix and the reinforcement element.