Magnezyum matrisli karbür takviyeli kompozitlerin toz metalurjisi yöntemi ile üretiminin Taguchi metodu ile optimizasyonu
Optimization using Taguchi approach of production of magnesium matrix composites reinforced carbide using powder metallurgy
Yazar: TAYEB TAHER KALEFA ELFARAH
Danışman: PROF. DR. ÖZKAN KÜÇÜK
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Magnezyum düşük yoğunluğu, yüksek özgül ısı kapasitesi ve yüksek ses absorbsiyonu sayesinde birçok sektörde kullanılabilir bir metaldir. Özellikle otomotiv ve havacılık sektöründe hafifliği dolayısıyla tercih edilir. Ancak bu koşulların sağlanabilmesi de kolay olmamış, alüminyuma göre daha maliyetli olmasından dolayı magnezyumun kabul görmesi uzun zaman almıştır. Düşen maliyetler neticesinde magnezyum da endüstride kendine yer bulmaya başlamıştır. Mg ve alaşımlarının mukavemetini arttırmak amacıyla katı çözeltiler ve intermetalik fazlar oluşturarak dayanımın arttırılması gerekir. Fakat bu fazlar yüksek sıcaklıklarda dayanım özelliklerini kaybettiklerinden Mg ve alaşımlarının yoğunluğu düşük ve sert partiküllerle takviyelendirilmesi gerekmektedir.
Bu çalışmada, magnezyum alaşım matrisli kompozit malzemelerin Taguchi metodu kullanılarak optimum üretim parametreleri belirlenmiştir. Üretim parametreleri olarak, ilave edilen tanecik türü, tanecik katkı miktarı, sinterleme süresi ve sinterleme sıcaklığı seçilmiştir. Çıktı olarak, bağıl yoğunluk (%), eğilme dayanımı ve HB10 sertliği değerlerine bakılarak optimum üretim parametreleri belirlenmiştir. Mg ve alaşımlarının döküm yöntemi ile üretimi problemli olduğu için bu çalışmada sıcak presleme yöntemi tercih edilmiştir. Bu işlem öncesi tozların homojen karışımı ve Mg ve alaşım elemanın, alaşım oluşturması için turbulada karıştırma işlemi kullanılmıştır. Mg matrisli kompozit malzemelerde takviye malzemesi olarak seramik esaslı karbür tanecikler kullanılmıştır. Karbür olarak B4C, SiC, Mo2C ve TiC karbürleri tercih edilmiştir. Üretilen malzemelerin mikroyapı ve faz bileşimi incelemesi optik mikroskop (OM), taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ışın difraktogramı (XRD), X ışını enerji dağılım spektrometresi (EDS) ile yapılmıştır. Malzemelerin sertlikleri Üniversal Sertlik Ölçme Cihazı ile ölçülmüştür. Malzemelerin bağıl yoğunlukları Archimedes prensibine göre tespit edilmiştir. Malzemelerin eğme dayanımı özellikleri üç noktalı eğme test düzeneği ile yapılmıştır.
Bağıl yoğunluk (%), eğilme dayanımı ve HB10 sertliği değerlerini optimum yapan parametre seviyeleri, sinterleme sıcaklığı 500℃, sinterleme süresi 5 dakika, katkı maddesi B4C ve katkı oranı ise % 2.5 olarak tespit edilmiştir. Bu koşullar altında edilen değerler, bağıl yoğunluk 98.74(%), sertlik 87.16 HB10 ve eğilme dayanımı 193.65 MPa'dır. 
Üretilen Mg-Al alaşımlarının, NaCl ve Na2SO4 çözeltilerinde farklı pH ve konsantrasyon değerlerinde korozyon davranışı araştırılmıştır. NaCl ve Na2SO4 çözeltilerinde magnezyum alaşımlarının korozyon hızı genel olarak artan konsantrasyon ve azalan pH ile arttığı tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Taguchi yöntemi; optimizasyon; metal matrisli kompozitler; mikroyapı; korozyon.

Abstract:
Magnesium is used in many fields because it has a very high specific strength and good processing capacity, making it a meaningful alternative to the aerospace and automotive industries. However, these conditions are not easy to achieve, because the cost is higher than aluminium, magnesium has been accepted for a long time. Due to the decline in the cost of magnesium has begun to occupy a place in the industry. In order to increase the strength of Mg and alloys, the strength of the solid solution and the intermetallic phase must be formed in the microstructure. However, since the phase is lost at high temperatures, Mg and its alloys must be reinforced with low density and high hardness particles.
In this study, the optimum production parameters of the magnesium alloy matrix composites using the Taguchi method will be determined to determine their degree of corrosion resistance.  Select the mechanical alloy time, enhanced, enhanced dosage, sintering time and sintering temperature as the production parameters. Optimum production parameters were determined by looking the relative density (%), bending strength and HB10 hardness values. Since the production of Mg and the alloy by the casting method is problematic, hot pressing is preferred in this study. Prior to this operation, a mechanical alloying process will be used to ensure uniform mixing of the powder. Ceramic-based carbide particles will be used as Mg-based composites as reinforcing materials. In addition, B4C, SiC, Mo2C and TiC carbides as carbides are preferred. The phase and microstructure of the composites were examined by optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS). The hardness of the material will be measured by a universal hardness measuring device. The relative density measurement will be carried out using the Archimedes method. The bending strength characteristics of the material will be carried out using a three-point bending test apparatus. 
The parameter levels which make to optimum the relative density (%), bending strength and HB10 hardness were founded as sintering temperature of 500 ℃, sintering time of 5 minutes, additive material B4C and additive rate 2.5%. The optimum values obtained under these conditions are a relative density of 98.74 (%), a hardness of 87.16 HB10 and a bending strength of 193.65 MPa.
The effects of pH and concentration on the corrosion behaviour of Mg-Al alloys in NaCl and Na2SO4 solutions were investigated. The corrosion rate of magnesium alloys in NaCl and Na2SO4 solutions generally increases with increasing concentration and decreasing pH.

Key Words: Taguchi method; optimization; metal matrix composites; microstructure; corrosion.