Alüminyum esaslı açık hücreli metalik köpüklerin yapısal ve mekanik özelliklerinin ve termal performansının incelenmesi
Investigation of the structural and mechanical properties and thermal performance of aluminum based open cell metal foam
Yazar: ZAFER GÖLBAŞI
Danışman: PROF. DR. BÜLENT ÖZTÜRK
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Enerji sönümleme = Energy damping ; Faz değişimi = Phase change ; Metalik köpük = Metallic foam ; Termal enerji = Thermal energy ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy

Özet:
Bu çalışmada, toz metalurjisi ve döküm yöntemleri ile açık hücreli alüminyum esaslı metalik köpükler üretilmiş, yapısal ve mekanik özellikleri ve termal performansı incelenmiştir. 
Toz metalurjisi yönteminde, farklı boyut aralıklarına (+1000-1400 µm, +1700-2000 µm ve +2000-2400 µm) ve hacim oranlarına sahip (%17-80) boşluk yapıcı karbamit kullanılarak metalik köpükler üretilmiştir. Üretilen numunelerin açık ve kapalı gözeneklilik oranları, küresel çap, küresellik değerleri, mikrogözenek boyutları belirlenmiş, numunelere XRD ve SEM analizleri yapılmıştır. Numunelere statik ve dinamik deformasyon testleri uygulanmıştır. Artan karbamit ve gözenek oranıyla birlikte basma gerilmesi değerleri azalmış, plato bölgesi uzunluğu ise artmıştır. Sayısal analiz çalışmaları, LS-DYNA'da modellenmiş, elde edilen sonuçlar statik deformasyon test sonuçlarıyla uyum göstermiştir. 
Döküm yönteminde, boşluk yapıcı olarak 8 mm, 10 mm ve 12 mm çaplarında üretilen NaCl küreleri ve saf Al ve 6082 Al alaşımları kullanılmış, farklı gözeneklilik oranlarında (%25-78 aralığında) açık hücreli metalik köpükler üretilmiştir. Üretilen köpüklerin gözeneklerine faz değiştiren madde doldurularak termal performans testleri gerçekleştirilmiştir. Faz değiştiren madde olarak farklı ergime aralıklarına sahip, n-Eicosane ve Rubitherm-42 kullanılmıştır. Artan gözeneklilik oranı ve azalan gözenek boyutu ile birlikte limit çalışma sıcaklığına ulaşma süresinin arttığı görülmüştür.

Abstract:
In this study, open cell aluminum based metallic foams were produced by powder metallurgy and casting methods, and their structural and mechanical properties and thermal performance were investigated. 
In the powder metallurgy method, metallic foams were produced by using space-forming carbamide with different size ranges (+1000-1400 µm , +1700-2000 µm and +2000-2400 µm) and volume ratios (17-80%). Open and closed porosity ratios, spherical diameter, sphericity values, micropore sizes of the produced samples were determined, XRD and SEM analyzes were performed on the samples. Static and dynamic deformation tests were applied to the samples. With increasing carbamide and pore ratio, the compressive stress values decreased, while the length of the plateau region increased. Numerical analysis studies were modeled in LS-DYNA, and the results obtained were in agreement with the static deformation test results. 
In the casting method, 8 mm, 10 mm and 12 mm diameter NaCl spheres and pure Al and 6082 Al alloys were used, and open cell metal foams with different porosity ratios (between 25-78%) were produced. Thermal performance tests were performed by filling phase change material into the pores of the produced foams. n-Eicosane and Rubitherm-42, which has different melting intervals as phase change material, were used. It was observed that the time to reach the limit operating temperature increased with increasing porosity ratio and decreasing pore size.