Havacılık ve uzay sanayisi için yüksek entropili alaşımlarının üretilmesi ve karakterizasyonu
Production and characterization of high entropy alloys for the aerospace industry
Yazar: ABDULHADİ KOŞATEPE
Danışman: DOÇ. DR. ÇAĞLAR YÜKSEL ; DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN POLAT
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Atatürk Üniversitesi = Atatürk University

Özet:
Amaç: Yüksek teknoloji gereksinimlerine yönelik ihtiyaçlar, geleneksel alaşımlardan daha üstün özelliklere sahip malzeme üretiminin gerekliliğini ortaya çıkarmıştır. Bu bağlamda çok bileşenli alaşım sistemleri olarak adlandırılan yüksek entropili alaşımların üretimi ve radyasyon soğurma yeteneklerinin araştırılması amaçlanmıştır. 
Yöntem: Cantor alaşımı olarak adlandırılan yüksek entropili alaşımlar (FeNiCoCrMn) ve bu alaşıma eş-atomik, %5 ve %35 atomik oranlarda alüminyum (Al), titanyum (Ti), bakır (Cu) ve tungsten (W) katkılayarak vakum ark ergitme yöntemiyle yaklaşık 5 mm çapında 40 mm uzunluğunda alaşımlar döküm yöntemiyle üretilmiştir. Üretim sonrası malzemelerin mikro yapı özellikleri, SEM ve XRD analizleri, yoğunluk analizleri ve gözeneklilik oranları analizleri, sertlik değerlerleri analizleri ve radyasyon soğurma yetenekleri araştırılmıştır.
Bulgular: Üretilen yüksek entropili alaşımlar içerisinde ağırlıklı olarak YMK ve HMK fazlarının oluştuğu tespit edilmiştir. Yüzey görüntüleri alınan alaşımların gözenekli yapılarda olduğu ve bu yapıların yoğunluk ve sertlik değerlerinde önemli etkilere sahip olduğu görülmüştür. Ayrıca SEM ve EDS analizlerinde üretilen alaşımlarda dendrit ve interdendrit bölgeler tespit edilmiştir. Diğer taraftan YEA'lardan Ti ve W eklenmesi Cantor alaşımının sertlik değerlerinde artışlar sağlamış, Cu ve Al elementleri sertlik değerlerinde düşüşlere neden olmuştur. Cantor alaşımlarının 15 keV - 15 MeV enerji aralığında radyasyon soğurma yeteneklerini Al ve Ti elementleri düşürürken Cu ve W elementleri artırmıştır.
Sonuç: Döküm yöntemiyle üretilen YEA'ların içerisinde en yoğun ve en yüksek sertliğe sahip alaşımlar W katkılı alaşımlar olmuştur. Buna bağlı olarak bütün enerji değerlerinde kütle soğurma katsayısı, atomik ve elektronik tesir kesiti ve etkin atom numarası açısından tungsten elementi Cantor alaşımının yeteneklerini geliştirmiştir.

Abstract:
Purpose: The needs for high-tech requirements have necessitated the production of materials with superior properties compared to traditional alloys. In this context, the production of high-entropy alloys, also known as multi-component alloy systems, and the investigation of their radiation absorption capabilities have been aimed at.
Method: High entropy alloys (FeNiCoCrMn), called Cantor alloys, with aluminum (Al), titanium (Ti), copper (Cu) and tungsten (W) added to this alloy at atomic ratios of 5% and 35%, were produced by the vacuum arc melting method, resulting in cast alloys with a diameter of approximately 5 mm and a length of 40 mm. After production, the microstructural properties of the materials, XRD analysis, densities and porosity ratios, hardness values, and radiation absorption abilities were investigated.
Findings: It was determined that predominantly FCC and BCC phases were formed in the produced high-entropy alloys. The surface images of the alloys showed porous structures, which significantly affected their density and hardness values. On the other hand, the addition of Ti and W to the high-entropy alloys (HEAs) increased the hardness values of the Cantor alloy. The radiation absorption capabilities of Cantor alloys in the 15 keV-15 MeV energy range were reduced by the elements Al and Ti, while Cu and W elements increased these capabilities.
Results: Among the alloys produced by casting, the high-entropy alloys (HEAs) with W addition were found to have the highest density and hardness. Accordingly, tungsten element has enhanced the capabilities of the Cantor alloy in terms of mass absorption coefficient, atomic and electronic cross-section, and effective atomic number across all energy values.