B4C takviye elemanı ile üretilen faklı Mg içerikli Al ve Al-Si matrisli kompozitlerin mekanik ve termal özelliklerinin incelenmesi
An analysis of the mechanical and thermal properties of B4C reinforcement AA1050 and Al-Si matrix composites with various amounts of mg addition
Yazar: ENGİN ÇEVİK
Danışman: DOÇ. DR. YAVUZ SUN
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Alüminyum kompozitler = Aluminum composites

Özet:
Bu çalışmada, %60 B4C partikül takviyeli AA1050 ve AlSi12 matrisli kompozit malzemelerin mekanik, korozif, tribolojik ve termal özelliklerine matris bileşiminin etkisi incelenmiştir.
48 µm ortalama tane boyutuna sahip B4C tozları kullanılarak 50x7 mm ölçülerinde silindirik preformlar oluşturulmuştur. Hazırlanan preformlara farklı oranlarda         (%0-4) Mg içeriğine sahip AA1050 ve AlSi12 aluminyum matrisler basınçlı infiltrasyon tekniği kullanılarak infiltre edilmiştir. İnfiltrasyon işlemi 800 oC'de 8 bar basınç altında yapılmıştır.
Üretilen kompozit malzemelerin mikroyapı analizi optik mikroskop (LOM) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Matris–takviye elemanı hacim oranı ve porozite hesabı nikon mikroskoba entegre clemex yazılım kullanılarak yapılmıştır. Değişen matris elamanı ile oluşan yapısal farklılıkların tayininde X-Işını difraksiyonu (XRD) kullanılmıştır. 
Mekanik özellikler sertlik ve basma deneyleri ile belirlenmiştir. Aşınma davranışları dört farklı (10-40N) yük altında pin-on-disc yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Deney sonuçları ağırlık kaybına göre değerlendirilmiştir. Korozyon davranışlarının belirlenmesinde ağırlık kaybı ve potansiyodinamik ölçüm metodlarından faydalanılarak iki farklı çözeltide (%3,5 NaCl ve %3,5 H2SO4) bu deneyler gerçekleştirilmiştir. Termal özellikler termal iletkenlik ve termal genleşme ölçümleri yapılarak belirlenmiştir. Termal iletkenlik ölçümleri termal iletkenlik ölçüm cihazında yapılırken termal genleşme ölçümleri dilatometre cihazı kullanılarak yapılmıştır.
İncelenen kompozit malzemelerin mikroyapısal incelemeleri, porozitelerin B4C takviye partiküllerinin etrafında yoğunlaştığını ortaya çıkarmıştır. Artan Mg ilavesi ile porozite hacim oranında büyük oranlarda düşüş sağlanmıştır. İncelenen kompozit malzemelerin mukavemeti Mg içeriğinin artması ile artmıştır. Aşınma dayanımı ise mukavemete paralel olarak matrisin alaşımlandırılması ile iyileşme göstermiştir. 
Korozif özellikler iki farklı çözeltide iki farklı davranış sergilemiştir. NaCl çözeltisinde Mg ilavesi ile korozyon dayanımında artış sağlanırken, H2SO4 çözeltisinde ise düşüş gerçekleşmiştir.  
AA1050 matrisli kompozitlere %4 oranında Mg ilave edildiğinde termal genleşme değerlerinde 100 oC'de %64 oranında düşüş gözlenirken AlSi12 matrisli kompozitlerde bu düşüş %3,4 olarak kaydedilmiştir. Termal iletkenlik ölçümleri de genleşme ölçümlerine paralel olarak 100 oC'de AA1050 matrisli kompozitleri %4 Mg ilavesi ile üretilen kompozitlerle kıyasladığımızda %37 oranında bir düşüş görülürken AlSi12 matrisli kompozitlerde %3,5 oranında bir azalma gözlenmiştir.

Abstract:
In this study, the effects of matrix compounds on the mechanical, corrosive, tribological and thermal properties of AA1050 and AlSi12 matrix composites reinforced by 60 % B4C particles were analyzed. 
50x7 mm cylindrical preforms were produced by using B4C particles that have 48 µm average grain sizes. AA1050 and AlSi12 aluminium matrixes with various Mg amounts (0-4 %) were infiltrated into the preforms by pressure infiltration technique. The infiltration process was held at 800o C and 8 bar pressure.
The microstructure analysis of the composite materials was carried out by optic microscope (LOM) and scanning electron microscope (SEM). The calculations of matrix-reinforcement material volume ratio and porosities were made by Clemex software integrated into the light optical microscope. In determination of the matrix element and structural differences, X-Ray diffraction was used.
The mechanical properties were determined by hardness and compressions tests. The wear behaviour were analyzed by using pin-on-disc method under four different loads (10-40N). The test results were evaluated according to the weight loss. Corrosion experiments were carried out in two different solutions (3,5 % NaCl and                 3,5 % H2SO4) according to the weight loss and potentiodynamic measurement methods in determination of the corrosion attitudes. The thermal properties were determined through the calculations of thermal conductivity and thermal expansion. Thermal conductivity calculations were made by Anter-Flash 2000 while thermal expansion calculations were made by dilatometer device. 
The microstructure analysis of the composite materials showed that the porosities accumulated around B4C reinforcement particles. By increasing Mg addition, there was considerable decrease in the porosity volume ratios. The resistance of the composite materials increased with the increase in Mg addition. The corrosion resistance increased with the alloying of the matrix in parallel with the increase in the resistance. 
Corrosive properties showed two different attitudes in two different solutions. In NaCl solution, there was an increase in corrosion resistance with Mg addition, while in H2SO4 solution there was a decrease. 
While there was a 64 % decrease at 100oC in the thermal expansion values of the AA1050 matrix composites with 4%Mg addition, the decrease ratio was 3,4 % in the AlSi12 matrix composites. Similar to expansion results, regarding the thermal conductivity results there was a 37 % decrease with %4 Mg addition in AA1050 matrix composites while the decrease was 3,4 % in AlSi12 matrix composites.