Mekanik alaşımlama yöntemi ile AA7075-karbon nanotüp takviyeli metal matrisli kompozit üretimi karakterizasyonu ve aşınma davranışlarının incelenmesi
An investigation on production, characterization and wear behaviour of AA7075 metal matrix composites reinforced by carbon nanotube by mechanical alloy method
Yazar: MUSA YILDIRIM
Danışman: DOÇ. DR. DURSUN ÖZYÜREK ; PROF. DR. METİN GÜRÜ
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, mekanik alaşımlama/mekanik öğütme yöntemi ile AA7075-Karbon nanotüp (KNT) takviyeli metal matrisli kompozitlerin (MMK) üretimi, karakterizasyonu ve aşınma davranışları incelenmiştir. Çalışma dört aşamada gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada matris malzemesi olarak kullanılan gaz atomize AA7075 alaşım tozları ön şekillendirilip sinterlendikten sonra, sertlik ve aşınma dayanımları belirlenmiştir. Daha sonra bu alaşıma farklı sıcaklık ve sürelerde yaşlandırma ısıl işlemi uygulanmıştır. Yaşlandırma ısıl işlemleri sonucu mikro yapıda meydana gelen ikinci faz çökeltilerin (boyutlarının) alaşımın sertlik ve aşınma davranışları üzerine etkisi belirlenmiştir. İkinci aşamada ise matris malzemesi olan AA7075 alaşımına % 1 oranında çok duvarlı karbon nanotüp ilave edilerek, altı farklı sürede (20, 40, 60, 80, 100 ve 120 dak.) mekanik öğütme yapılmıştır. Öğütme süresinin toz boyutu, sertlik ve aşınma davranışlarına etkisi incelenerek optimum öğütme süresi belirlenmiştir.  Üçüncü aşamada ise, bir önceki aşamada belirlenen optimum mekanik öğütme süresinde (120 dak) öğütülen kompozit tozlar farklı sürelerde (1, 2 ve 3 saat) sinterlenerek ideal sinterleme süresi belirlenmiştir. Çalışmanın son aşamasında ise matris malzemesine farklı miktarlarda (% 0,5 ,% 1, % 2, % 3 % 4 KNT) takviye fazı ilave edilen ve önceki aşamalarda belirlenen ideal mekanik öğütme (120 dakika) ve ideal sinterleme süresi (1 saat) kullanılarak üretilen kompozitlerde takviye fazı miktarının mikro yapı, sertlik ve aşınma davranışlarına etkisi belirlenmiştir. Yapılan çalışmalar sonunda AA7075 alaşımına farklı sıcaklık ve sürelerde uygulanan yaşlandırma ısıl işleminin yapıda oluşan ikinci faz çökeltilerin boyutlarında etkili olduğu belirlenmiştir. Yapılan sertlik ve aşınma testlerinde en yüksek sertlik değeri ve en düşük ağırlık kaybı 120 oC'de 24 saat yaşlandırılan alaşımda elde edilmiştir. AA7075 alaşımına % 1 KNT ilave edilerek,  farklı sürelerde mekanik öğütülen kompozit tozların öğütme süresi arttıkça, toz boyutlarının arttığı, 120 dakika öğütülen tozlarda ise toz boyutunun azaldığı gözlenmiştir. Sertlik ve aşınma testlerinde ise en yüksek sertlik değeri ve en düşük ağırlık kaybı, 120 dakika öğütülerek üretilen kompozitlerde elde edilmiştir. Farklı sürelerde sinterleme sonrası yapılan mikro yapı incelemelerinde, sinterleme süresi arttıkça tane sınırlarında biriken KNT'lerin şeklinin değiştiği daha kısa ve kalın yapıda olduğu görülmüştür. Yine sertlik ve aşınma testlerinde en yüksek sertlik değeri 1 saat sinterlenen numunelerde ölçülürken en düşük ağırlık kaybı 3 saat sinterlenen numunelerde ölçülmüştür.  Farklı oranlarda KNT ilave edilerek üretilen kompozitlerin mikro yapı incelemeleri sonucunda KNT miktarının artışı ile tane sınırlarında aglomere olduğu görülmüştür. Sertlik ve aşınma testleri sonunda en yüksek sertlik değeri ve en düşük ağırlık kaybı % 1 KNT ilave edilen AA7075-KNT kompozitlerde elde edilmiştir

Abstract:
In this study, production, characterization and wear behaviours of AA7075-CNT reinforced metal matrix composites by mechanical milling method were investigated. The study was performed in four stages.  In the first stage, after pre-shaped and sintered of gas atomised AA7075 alloy powder, which is used as matrix, hardness and wear strenght were determined. Then, aging heat treatments were applied to this alloy at different temperature and different period. The effects of second phase precipitates (sizes) which were occurred by aging heat treaments on hardness and wear behaviours of alloy were determined. In second stage, 1 % multiwall carbon nanotubes were added to the matrix material AA7075 alloy and mechanical milled for six different periods (20-120 min.).  The optimum milling time was 
determined with examining milling time effects on powder sizes, hardness and wear behaviours. In the third stage, composite powders mechanically milled for 120 min. determined in previous stage were sintered at different duration (1, 2 and 3 hours) to determine optimum sintering time. In the last stage of the study, composites were produced by the addition of reinforcement phase (0,5 % , 1%,  2%, 3%   4% CNT) after mechanically milling (120 min.) and sintering (1h.) which were determined previous stage. The effects of reinforcement phase were determined on microstructure, hardness and wear behaviours. The results indicated that applied aging treatments at different temperature and time to AA7075 alloy are effective on the size of second precipitates occured in the its microstructure. In the hardness and wear tests, the highest hardness values and the lowest weight loss were obtained for the samples aged at 120 oC for 24 hours. It was observed that powder size of AA7075 alloy with 1 % CNT increased with increasing milling time, but the powder size decreased after milling for 120 min. In the hardness and wear tests, the highest hardness values and the lowest weight loss were obtained for composite milled for 120 min.  In the microstructure examining of sintered samples for different time, the CNTs shapes were changed and been shorter and thicker in the grain boundry with increasing sintering time. In the hardness and wear tests, the highest hardness values were measured in sintered composites for 1 hour. The lowest weight loss was obtained in sintered composites for 3 hours.  In the microstructure examination of produced composites with adding different amount CNT, it was observed that CNTs were agglomerated with increasing the amount of CNT. In the hardness and wear tests, the highest hardness and lowest weight loss were obtained with adding 1% CNT reinforced AA7075-CNT composites.