Yüksek sıcaklık uygulamaları için süperalaşımlara alternatif  AlCoCrFeNiV yüksek entropi alaşımlarının geliştirilmesi
Development of AlCoCrFeNiV high entropy alloys alternative to superalloys for high temperature applications
Yazar: NECATİ KOÇAK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NURİ ERGİN
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Entropi = Entropy ; Korozyon = Corrosion ; Süper alaşımlar = Superalloys ; Yüksek entropili alaşımlar = Spark plasma sintering

Özet:
Yüksek Entropi Alaşımları (YEA), ilk olarak 2004 yılında keşfedilmiş olup, %5 ile %35 arasında konsantrasyona sahip beş veya daha fazla elementin eşit veya eşite yakın oranlarda katı eriyik şeklinde oluşturdukları yeni nesil performans malzemeleridir. Yüksek entropi alaşımları; yavaş difüzyon, latis distorsiyonu ve kokteyl etkisi sayesinde kararlı bir mikroyapıya sahip olmakta ve böylece mükemmel oksidasyon ve korozyon direnci, yüksek aşınma direnci, yüksek sertlik, süper paramanyetizma ve mükemmel yapısal kararlılık sergilemektedir. Yüksek entropi alaşımları hem oda hem de yüksek sıcaklıklarda yüksek mekanik kararlılık (sertlik, mukavemet) ve mükemmel refrakterlik (aşınma ve korozyon direnci) gibi özellikleri ile yapısal (inşaat, biomedikal,) ve fonksiyonel (superiletken, termo-elektrik, manyetik) uygulamalar için aday malzemelerdir. Yaklaşık olarak 37 ana elementin kombinasyonlarıyla, dünya genelinde laboratuvar ortamında 600'den fazla tür YEA sisteminin geliştirildiği bilinmektedir.
Bu çalışmada AlCoCrFeNi yüksek entropi alaşımına V katkısı yapılarak daha kararlı bir mikroyapı elde edilmesi, korozyon, aşınma, sertlik ve benzeri özelliklerin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Uçak yakıt tanklarında kullanılan süperalaşımlara alternatif bir malzeme olarak geliştirilen bu çalışmada daha iyi mekanik özellikler sağlanması amaçlanmıştır. Elementel tozlar kullanılarak uygun bileşim oranına göre hazırlanan tozlar elektrik destekli sinterleme yöntemiyle yaklaşık 2000-4500 amper aralığındaki değerler seçilerek üretilmiştir. Numunelerin karakterizasyon çalışmaları yoğunluk, mikrosertlik, SEM-EDS, XRD, aşınma ve elektro-kimyasal korozyon testleri ile gerçekleştirilmiştir.
Karakterizasyon çalışmaları sonucunda, en iyi sonuçlar %5 V katkılı AlCoCrFeNi yüksek entropi alaşımı numunesinden elde edilmiştir. Bu numune 647.9 HV sertlik değerine sahiptir. 100 cm/sn'lik sabit bir hızda, 500 m mesafede ve 5 N yük şartlarında gerçekleştirilen aşınma testleri sonucunda %5 V katkılı numune en iyi sonuçları göstermektedir. %3.5 NaCl çözeltisi içinde yapılan elektrokimyasal korozyon deneyleri ile 0,018mpy değeri ile en düşük korozyon hızına sahip %5 V katkılı AlCoCrFeNi yüksek entropi alaşımı numuınesi en iyi korozyon numunesi olduğu tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Yüksek Entropi Alaşımları, ECAS, Korozyon, Aşınma

Abstract:
High Entropy Alloys (YEA), first discovered in 2004, are new generation performance materials that consist of five or more elements with concentrations between 5% and 35% in the form of solid melt in equal or nearly equal proportions. High entropy alloys; It has a stable microstructure due to slow diffusion, lattice distortion and cocktail effect, thus exhibiting excellent oxidation and corrosion resistance, high wear resistance, high hardness, superparamagnetism and excellent structural stability. High entropy alloys are candidate materials for structural (construction, biomedical,) and functional (superconducting, thermo-electric, magnetic) applications, with properties such as high mechanical stability (hardness, strenth) at both room and high temperatures and excellent refractoriness (wear and corrosion resistance). It is known that more than 600 types of YEA systems have been developed in the laboratory environment around the world, with combinations of approximately 37 major elements.
In this study, it is aimed to obtain a more stable microstructure, improve corrosion, wear, hardness and similar properties by adding V to AlCoCrFeNi high entropy alloy. In this study, which was developed as an alternative material to superalloys used in aircraft fuel tanks, it was aimed to provide better mechanical properties. Powders prepared according to the appropriate composition ratio by using elemental powders were produced by electrical assisted sintering method by selecting values in the range of approximately 2000-4500 amperes. The characterization studies of the samples were carried out by density, microhardness, SEM-EDS, XRD, wear and electro-chemical corrosion tests.
As a result of the characterization studies, the best results were obtained from the 5% V doped AlCoCrFeNi high entropy alloy sample. This sample has a hardness value of 647.9 HV. As a result of the wear tests performed at a constant speed of 100 cm/s, at a distance of 500 m and under 5 N load conditions, the 5% V doped sample shows the best results. With the electrochemical corrosion experiments carried out in 3.5% NaCl solution, it was determined that the 5% V doped AlCoCrFeNi high entropy alloy sample with the lowest corrosion rate with a value of 0.018mpy is the best corrosion sample.

Keywords: High entropy alloys, ECAS, Corrosion, Wear