Alüminyum matrisli melez kompozit üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of aluminium matrix hybrid composite
Yazar: KÜBİLAY ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. AHMET KARAASLAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Alüminyum matrisli kompozitler = Aluminum matrix composites ; Metal matrisli kompozitler = Metal matrix composites

Özet:
Gelişen teknoloji, ihtiyaç duyulan malzeme özellikleri giderek arttırmış, var olan malzemelerin iyileştirilmesi ve yeni malzemelerin üretilmesi üzerine yoğun çalışmalar başlatmıştır. Yeni bir malzeme grubu olan kompozit malzemeler yüksek mekanik özellikleri ve düşük yoğunlukları sayesinde gelişmiş mühendislik uygulamalarının ilgi odağı olmuş ve 1950'li yıllardan günümüze kadar geçen kısa sürede hızla yayılarak uzay-havacılık, otomotiv sanayinde çelik gibi metallerin yerini almaya başlamıştır. Kompozit malzemelerin bu denli yüksek kullanımı, çalışmaların ilgi odağı olmuş ve yeni kompozit malzeme grubu olan melez takviyeli kompozit malzemeler geliştirilmiştir.
Bu çalışmada, A7075 alaşımının matris malzemesi olarak, SiC, B4C ve Al2O3 seramik partiküllerinin ise takviye malzemesi olarak kullanılmasıyla melez takviyeli metal matrisli kompozit malzemeler üretilmiştir. Üretim yöntemi olarak sıvı metal infiltrasyon yöntemi tercih edilmiştir. Seçilen takviye partiküllerinden sadece SiC tozları kullanılarak preform optimizasyon çalışması yapılmıştır.
Uygun bağlayıcı oranlarının belirlendiği optimizasyon çalışmasında üretilen kompozit malzemelere takviye partiküllerinin ayrı ayrı etkisini incelemek amacıyla toplam takviye oranı sabit kalacak şekilde farklı takviye kombinasyonlarında preformlar üretilmiştir.
Elde edilen melez takviyeli preformlara belirlenen 3 farklı döküm sıcaklığında sıvı metal infiltrasyonu sağlanmıştır. Üretilen numunelerin özelliklerinin ortaya konması amacıyla; sertlik, aşınma, korozyon, SEM, EDS, XRD incelemeleri gerçekleştirilmiştir.
Çalışmada, yüksek sıcaklıklarda sıvı metalin viskozitesinin düşmesiyle infiltrasyon oranının arttığı ancak yüksek sıcaklıklarda olması sebebiyle oksitlenmeye ve arayüzey reaksiyonlarına neden olduğu belirlenirken düşük sıcaklıkta yapılan dökümlerde ise mikroyapıda sıvı metalin infiltre olmadığı bölgeler belirlenmiştir.
B4C'nin yüksek ıslatma açısından dolayı yüksek oranda B4C kullanılan preformlara gerçekleştirilen dökümlerde sıvı metalin infiltrasyonu tam olmasına rağmen takviye malzemelerini ıslatamamıştır. Düşük ıslatma açısı sayesinde kolay bir şekilde ıslanan SiC'nin baskın takviye malzemesi olduğu kompozit malzemede sertlik ve aşınma dayanımı yüksek çıkarken arayüzey reaksiyonu sonucu meydana gelen arafazın (Al4C3) sulu çözeltide çözünmesinden dolayı korozyon dayanımı düşmüştür. Aynı arafazın B4C takviyesinden kaynaklı da meydana geldiği belirlenmiş ancak kullanılan B4C'nin az olması, B4C'nin yüksek ıslatma açısından dolayı sıvı metal tarafından ıslatılamaması sebebiyle meydana gelen arafazın yüksek bir miktarının SiC tarafından oluştuğu belirlenmiştir.

Abstract:
The developing technology has gradually increased the required material properties and started intensive studies on the improvement of existing materials and the production of new materials. Composite materials, which is a new material group, have been the focus of attention in advanced engineering applications thanks to their high mechanical properties and low densities and began to replace metals such as steel in the space-aviation and automotive industry in a short time since the 1950s. This high usage of composite materials has been the center of attention of the studies and hybrid reinforced composite materials, a new group of composite materials, have been developed.
In this study, hybrid reinforced metal matrix composite materials were produced by using A7075 alloy as matrix material and SiC, B4C and Al2O3 ceramic particles as reinforcement material. Liquid metal infiltration method was preferred as the production method. Preform optimization study was carried out using only SiC powders from selected reinforcing particles.
In order to examine the effect of reinforcement particles combination on composite materials produced in the optimization study where appropriate binder ratios were determined, preforms were produced in different reinforcement combinations so that the total reinforcement rate remained constant.
Liquid metal infiltration was achieved in 3 different casting temperatures determined for the hybrid reinforced preforms obtained. In order to determine the properties of the samples produced; hardness, wear, corrosion, SEM, EDS, XRD examinations were carried out.
In the study, it was determined that the infiltration rate increased with the decrease of the viscosity of the liquid metal at high temperatures, but it caused oxidation and interface reactions due to the high temperatures, whereas in low-temperature castings, the regions where the microstructure of the liquid metal was not infiltrated was determined.
Due to the high wetting angle of B4C, despite the fact that the infiltration of the liquid metal is complete in the castings made to the preforms that use high B4C, the reinforcement materials could not be wetted. While the hardness and wear resistance of the composite material, where SiC, which is easily wetted thanks to its low wetting angle, is the dominant reinforcing material, the corrosion resistance has decreased due to dissolution of the intermediate (Al4C3) in the aqueous solution resulting from the interface reaction was relatively high compared to the SiC. The amount was determined to be formed by SiC.