Titanyum diborür ilaveleri ile Ti3SiC2 esaslı malzemelerin tribolojik özelliklerinin iyileştirilmesi
Enhancement of tribological properties of Ti3SiC2 based materials with the addition of titanium diboride
Yazar: DUYGU CANDAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BİLGE YAMAN ISLAK
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
ÖZET

Bu çalışmada; Ti3SiC2 MAX fazının tribolojik uygulamalardaki kullanımının yaygınlaştırılması için TiB2 ilavesiyle mekanik, ısıl ve tribolojik özelliklerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Ti3SiC2; Ti, Si, TiC, Al başlangıç tozlarından elektrik akımı destekli sinterleme (SPS) yöntemi ile sentezlenmiştir. Dışarıdan SiC ilavesi yerine başlangıç tozlarının mol oranlarının ayarlanmasıyla sinterleme sırasında SiC oluşumu sağlanmıştır. Ağırlıkça %17 SiC, %83 Ti3SiC2 içeren matris numuneler üretilmiştir. SiC içeren matris ile özelliklerde gösterilen gelişmenin belirlenebilmesi için %100 Ti3SiC2 içeren referans malzeme sentezlenmiştir. Sinterlemede Al ve fazladan Si ilavesinin etkisinin anlaşılması için 0,2 mol Al ve molce %10 fazladan Si içeren toz karışımları ile Al ve fazladan Si içermeyen toz karışımları hazırlanmıştır. Al ve fazladan Si içermeyen başlangıç tozlarından sinterlenen %100 Ti3SiC2'den oluşan ve SiC içeren numunelerde TiC empürite fazı oluşumu tespit edilmiştir. Al ve Si ilavesiyle sinterlenen matris numunelerde empürite faz oluşumu engellenmiştir. Kompozit malzeme sentezinde %83 Ti3SiC2, %17 SiC içeren matris kullanılmıştır. Bütün numunelerin teorik yoğunluklarının %98'in üzerinde olduğu belirlenmiştir. Ti3SiC2'ye TiB2 ilavesiyle sertlik, ısıl yayınım ve aşınma direnci geliştirilmiştir. Belirtilen özelliklerde en yüksek değerler %15 TiB2 ilavesiyle elde edilmiştir. Ti3SiC2-15TiB2 kompozitinin sertlik değeri %100 Ti3SiC2 içeren matris numuneden %47, SiC içeren matris numuneden %12 daha fazladır. 100 0C ve 600 0C'deki ısıl yayınım değerleri SiC takviyeli matristen sırasıyla %56,85 ve %61,94 daha fazladır. Aşınma direnci %15 TiB2 ilavesiyle referans numuneye göre yaklaşık %97 geliştirilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Ti3SiC2, TiB2, SPS, Triboloji
 
SUMMARY

Abstract:
SUMMARY

In this study, it is aimed to enhance the mechanical, thermal and tribological properties of Ti3SiC2 MAX phase with the addition of TiB2 to promote its use in tribological applications. Ti3SiC2 was synthesized from Ti, Si, TiC, Al starting powders by spark plasma sinterig (SPS) technique. SiC formation during sintering was supplied by adjusting the molar ratios of starting powders instead of external SiC addition. Matrix samples which contain 17% SiC, 83% Ti3SiC2 by weight were produced. The reference material containing 100% Ti3SiC2 was synthesized to determine the improvement in properties shown by the SiC containing matrix. In order to understand the effect of the addition of Al and extra Si in the sintering, powder mixtures containing 0,2 mol Al and %10 excess Si by mol and Al and extra Si free powder mixtures were prepared. TiC impurity phase formation was determined in SiC containing samples and 100% Ti3SiC2 containing samples which were sintered from Al and extra Si free powder mixtures. Impurity phase formation was prevented in matrix samples sintered by addition of Al and Si. 83% Ti3SiC2 and 17% SiC containing matrix was used for composite material synthesis. It was determined that the theoretical density of all samples was over 98%. Hardness, thermal diffusivity and abrasion resistance were enhanced by adding TiB2 to Ti3SiC2. The highest values for stated properties were obtained by adding 15% TiB2. The hardness of Ti3SiC2-15TiB2 composite is 47% more than matrix sample containing 100% Ti3SiC2 and 12% higher than SiC containing matrix sample. Thermal diffusivity values at 100 0C and 600 0C are 56,85% and 61,94% higher than SiC reinforced matrix, respectively. The abrasion resistance was improved by about 97% compared to the reference sample with the addition of 15% TiB2.

Key Words: Ti3SiC2, TiB2, SPS, Tribology