Alüminyum matrisli nanokompozit malzemelerin ekstrüzyon yöntemiyle üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of aluminum matrix nanocomposite materials by extrusion method
Yazar: ELİF ÖZÇATALBAŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN ADA
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu yüksek lisans tez çalışmasında AA6061 alaşımına üstün mekanik özellikler (mukavemet, sertlik, aşınma direnci) kazandırabilmek için nano boyuttaki seramik tozlardan toz metalurjisi yöntemi kullanılarak sıcak ekstrüzyon yöntemiyle tekli, ikili ve üçlü kompozit malzemeler tel çubuk olarak üretilmiştir. Çalışmada toz metalurjisi metoduyla AA6061 matrise, ağırlıkça %3; %6; %9 oranlarında B4C, SiC ve TiC nano parçacıklar takviye edilmiş ve biyetler üretilmiştir.  Üretilen biyetler daha sonra ekstrüzyon işlemine tabi tutularak tel çubuklar üretilmiştir. Ekstrüzyon ile üretim esnasında; sıcaklık, soğuma hızı ve süresi gibi farklılıklar nedeniyle mekanik özelliklerde oluşabilecek değişimlerin önüne geçmek için üretim sonrasında tüm numunelere eşit şartlarda yaşlandırma işlemi uygulanmıştır. Ekstrüzyon ile üretilen tel çubukların mikroyapısal karakterizasyonu aşamasında; optik mikroskop, SEM, EDS, XRD incelemeleri gerçekleştirilmiştir. Mekanik karakterizasyon aşamasında ise sertlik ve aşınma testleri uygulanmıştır. Ayrıca numunelere yoğunluk ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Tez çalışması sonucunda takviye partiküllerin aşınma ve sertlik davranışını genel olarak olumlu etkilediği yorumu yapılabilir. Özellikle B4C takviyesinin AA6061 matrisi içinde sertlik ve aşınma dayanımlarını TiC ve SiC takviye elemanlarına kıyasla daha olumlu yönde etkilediği, ayrıca hibrit yapıların yine aşınma ve sertlik davranışının tekli ve üçlü yapıya göre daha olumlu olduğu tespit edilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda aşınmaya bağlı en düşük ağırlık kaybı değerlerinin %91 AA6061 + %4,5 SiC + %4,5 B4C kompozit malzemeye ait olduğu tespit edilmiş ve 15N yükte iyileşme oranı %131 olarak hesaplanmıştır. Aynı malzemenin sertlik deneyleri sonucunda 75,7 HB ile en yüksek sertlik değeri sergilediği görülmüş ve ana malzemeye kıyasla %53,24 iyileşme olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this master's thesis study, to impart superior mechanical properties (strength, hardness, wear resistance) to AA6061 alloy, single, binary and ternary composite materials were produced as wire rods by hot extrusion method using powder metallurgy method from nano-sized ceramic powders. In the study, B4C, SiC and TiC nanoparticles were reinforced to AA6061 matrix by powder metallurgy method at 3%, 6%, and 9% by weight and billets were produced. The billets that were produced were then subjected to an extrusion process to produce wire rods. During production by extrusion, in order to prevent changes that may occur in mechanical properties due to differences such as temperature, cooling rate and time, all samples were subjected to an ageing process under equal conditions after production. In the microstructural characterization stage of the wire rods produced by extrusion, optical microscopes, SEM, EDS, and XRD examinations were performed. In the mechanical characterization stage, hardness and wear tests were applied. In addition, density measurements were performed on the samples. As a result of the thesis study, it can be commented that reinforcement particles generally affect the wear and hardness behaviour positively. In particular, it was determined that B4C reinforcement affected the hardness and wear resistance more positively in the AA6061 matrix compared to TiC and SiC reinforcement elements and also that the wear and hardness behaviour of hybrid structures was more positive than single and triple structures. As a result of the experiments, it was determined that the lowest weight loss values due to wear belonged to 91% AA6061 + 4.5% SiC + 4.5% B4C composite material and the recovery rate at 15N load was calculated as 131%. As a result of the hardness tests of the same material, it was seen that it exhibited the highest hardness value with 75.7 HB and it was determined that there was a 53.24% improvement compared to the main material.