Grafen-Si3N4 takviyeli Tİ6Al4V matrisli hibrit kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of graphane-Si3N4 reinforced Tİ6Al4V matrix hybrid composites
Yazar: ERDEM SAYIN
Danışman: DOÇ. DR. MEVLÜT GÜRBÜZ
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Silisyum nitrür = Silicon nitride

Özet:
Bu çalışmada, farklı takviye oranlarına sahip grafen, Si3N4 ve hibrit grafen/Si3N4 takviyeli Ti6Al4V matrisli kompozit malzemeler toz metalürjisi yöntemi ile üretilmiştir. Üretimi gerçekleştirilen tüm kompozit malzemelerin yoğunluk, gözeneklilik, sertlik, basma, aşınma ve mikroyapı analizleri gerçekleştirilmiştir. Ti6Al4V-grafen kompozit malzemelerinin üretimi için yapılan ön çalışmada en uygun sinterleme sıcaklığı ve süresi sırasıyla 1300 oC ve 120 dk olarak belirlenmiştir. Üretimi gerçekleştirilen bütün kompozit malzemeler için aynı sinterleme sıcaklığı ve süresi kullanılmıştır. Grafen takviyeli kompozit malzemelerde en iyi sonuçları, 4,19 g/cm3 deneysel yoğunluk, 440,8 HV0,5 sertlik, 1736 MPa maksimum basma dayanımı ile ağ. %0,15 grafen takviyeli kompozit malzemeler vermiştir. Ti6Al4V matrisine takviye edilen ağ. %0,15 grafen takviyesi aşınma direncinde de en iyi iyileşmeyi göstermiştir. Ti6Al4V-Si3N4 kompozit malzemelerinde en iyi sonuçları, 4,13 g/cm3 deneysel yoğunluk ve 1539 MPa maksimum basma dayanımı ile ağ. %1 Si3N4 takviyeli numune, 634,5 HV0,5 sertlik ile ise ağ. %5 Si3N4 takviyeli numune vermiştir. Aşınma direnci, ağırlıkça Si3N4 takviye oranının artmasıyla birlikte gelişme göstermiştir. En iyi hibrit kompozisyonu ağ. %0,15 grafen, %1 Si3N4 takviyeli Ti6Al4V (Ti64-0,15Grafen-1Si3N4) matrisli kompozit malzemede belirlenmiştir. Ti6Al4V-0,15Grafen-1Si3N4 kompozit malzemesinin sonuçlarında en yüksek deneysel yoğunluk, sertlik ve maksimum basma dayanımı sırasıyla 4.34 g/cm3, 485 HV0,5, 1485 MPa olarak tespit edilmiştir. Aşınma direnci, hibrit kompozit malzemelerde ağırlıkça grafen takviye oranının artmasıyla birlikte gelişme göstermiştir.

Abstract:
In this study, graphene, Si3N4 and graphene/Si3N4 reinforced hybrid Ti6Al4V composites were produced with powder metallurgy method for various particle-matrix. The density, porosity, hardness, compression strength, wears and microstructure analysis were carried out for the all composites.
In a preliminary study, the optimal sintering temperature and duration were determined as 1300 oC and 120 min. For all composite materials were produced for the same sintering temperature and time. The best results were evaluated in graphene reinforced composite materials, with 4.19 g / cm3 experimental density, 440.8 HV0.5 hardness, 1736 MPa maximum compressive strength for wt. 0.15% graphene content. The best improvement in wear resistance was obtained with the addition 0.15% graphene reinforcement. Ti6Al4V-Si3N4 composites yielded the best results for wt. 1% Si3N4 reinforced sample. 4,13 g/cm3 experimental density and 1539 MPa maximum compressive strength were detected. The best hardness result (634.5 HV0.5) was tested for wt. 5% Si3N4 reinforced sample with hardness. The wear resistance of the composite improved with increasing Si3N4 reinforcement ratio.
The best composition was determined as Ti6Al4V-0.15Graphane-1Si3N4. From the results, the highest experimental density, hardness and ultimate compressive strength for Ti6Al4V-0.15Graphane-1Si3N4 were evaluated 4.34 g/cm3, 485 HV0.5, 1485 MPa, respectively. The wear resistance improved with the addition of graphene in the hybrid composite materials.