Ni kaplanmış MgO takviyeli Al matrisli kompozitlerin vakum infiltrasyon yöntemi ile üretilmesi ve özelliklerinin incelenmesi
Production of Ni-coated MgO reinforced Al matrix by vacuum infiltration method and investigation of their properties
Yazar: ABDULLAH ÇAKIR
Danışman: PROF. DR. RECEP ÇALIN
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies

Özet:
Kompozit malzemelerin geçtiğimiz yüzyılda insanların artan talepleri ve ihtiyaçlarına bağlı olarak tekniğin ve endüstrinin gelişmesiyle kullanım alanları artmıştır. Seramik takviyeli (B4C, SiC, Al2O3, MgO vb.) Al matrisli kompozitler son zamanlarda balistik direnç gösteren malzemelerde kullanılmaktadırlar. Metal matrisli kompozit malzemelerin, yüksek elastik modül, mukavemet, aşınma dayanımı ve yüksek sıcaklık özellikleri gibi üstün fiziksel ve mekanik özelliklerinden dolayı son yıllarda üretimleri ve kullanımları yaygınlaşmıştır. Bu özellikleri nedeniyle de inşaat ve yapı sektörü, otomotiv, havacılık ve savunma sanayinde vb. birçok alanda geniş kullanım alanına sahiptir.

Bu çalışmada, vakum infiltrasyon yöntemiyle üretilen akımsız Ni kaplamalı MgO takviyeli Al matrisli kompozitlerin mikroyapısal özellikleri incelenmiştir. Mikroyapısal incelemelerin yapılabilmesi amacıyla MgO ilave edilmeyen AA 1070 ve farklı oranlarda (hacimce %10, %20, %30, %40 ve %52) kaplamalı ve kaplamasız MgO takviyeli AA 1070 metal matrisli kompozitler üretilmiştir.

Matris malzemesi olarak kullanılan AA 1070 ortalama 211.737 μm toz boyutundadır. Takviye elemanı olarak kullanılan MgO tozlarının ortalama boyutları ise 105 μm, 150 μm , 212 μm ve 300 μm'dir. Hazırlanan toz karışımları ayrı ayrı silindirik kalıbın içerisine yerleştirilmiş ve silindirik kalıp 750 °C 'de sıvı AA 1070 ergiyiğinin içine daldırılmış bu sırada vakum pompası ile kalıba negatif vakum uygulamıştır. Parçacık tane boyutu, infiltrasyon sıcaklığı ve süresi, takviye hacim oranı, vakum değeri ve matrisin ve takviyenin fiziksel ve kimyasal özellikleri, infiltrasyonda önemli parametrelerdir. Deney 3 dakika süreyle 750 °C sıcaklıkta ve 550 mm-Hg vakum basıncı altında yapılmış x 8 mm çap ve x 50 mm boy ebatlarında test numunleri üretilmiştir. 

Üretilen numunelere Brinell sertlik testi yapılarak buna bağlı kaplama ve değişken takviye boyutunun sertlik değerleri üzerindeki etkisi belirlenmiştir. Daha sonra üretilen numuneler mikroyapı analizi, XRD, SEM, EDS incelemelerine tabi tutularak yapılan kaplamanın ve değişken tane boyutunun mikroyapı ve kimyasal yapıya etkileri analiz edilmiştir.

Parçacık tane boyutu, takviye hacim oranı ve matrisin ve takviyenin fiziksel ve kimyasal özellikleri, infiltrasyonda önemli parametrelerdir. Bu parametrelerin, infiltrasyon mesafesi, kompozitin mikroyapısı ve sertliği üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Artan takviye tane boyutunun infiltrasyon mesafesini arttırdığı, artan takviye hacim oranının ise aksine bir etki gösterdiği tespit edilmiştir. Uygun şartlarda 3 dakikalık infiltrasyon süresi belirlenen yükseklik için yeterli olmaktadır. Kompozitlerin porozite oranı, infiltrasyonu zorlaştıran şartlarda artmaktadır. Takviye tane boyutu ve takviye hacim oranının artmasıyla sertlik değerlerinin arttığı görülmüştür. Ayrıca Ni kaplanmış tozlardan elde edilen kompozitlerde kaplamanın sertlik değerini artırdığı görülmüştür.

Abstract:
Depending on the needs and increasing demands of people in the last century, the techniques and the development of the industry, usage areas of the composite materials have increased. Ceramic reinforced (B4C, SiC, Al2O3, MgO, etc.) Al matrix composites recently used in the area of ballistic resistance materials. Due to their superior physical and mechanical properties, such as high elastic modulus, strength, abrasion resistance and high temperature properties, metal matrix composite materials have become widespread in recent years. Because of these properties, it has a wide application area in building and construction industry, automotive, aerospace and defense industry, etc.

In this study, microstructural properties of vacuum infiltrated electroless ni-coated MgO reinforced Al matrix composites were investigated. For the purpose of microstructural investigations non MgO added AA 1070 and in different proportions (by volume %10, %20, %30, %40 52%) coated and uncoated MgO reinforced AA 1070 metal matrix composites manufactured.

Used as the matrix material, AA 1070 has 211.737 µm average particle size. The MgO powder used as a reinforcing element in the average size of 105 µm, 150 µm , 212 µm and 300 µm. The powder mixtures prepared is placed into cylindrical mold separately and the cylindrical mold is immersed into the 750 °C liquid AA 1070 while the mold with a vacuum pump plum a negative vacuum is applied. Particle size, infiltration temperature and time, volume ratio of reinforcement, vacuum value, the physical and the chemical properties of the matrix and the reinforcement, are the important parameters of the infiltration. Experiment done in 3 minutes at a temperature of 750 °C and made under 550 mm-Hg vacuum pressure and 8 mm diameter  50 mm height test samples were produced. 

The Brinell hardness test were done on the samples produced and coating and variable reinforcement size effect on hardness values was determined. Then, the produced samples were analyzed with Microstructural Analysis, XRD, SEM, EDS and the coating and variable grain size is subject to review by the effects on the microstructure and chemical structure were analyzed.

Particle size, volume ratio of reinforcement and the matrix and the physical and chemical properties of the reinforcement, are important parameters of the infiltration. For these parameters, the infiltration distance, the effects on the microstructure and hardness of composites were determined. Infiltration distance increase with increasing particle size of the reinforcemenet but increasing volume fraction of reinforcement was determined to show a contrast effect. In appropriate circumstances, the 3-minute infiltration time is suitable for the specified height. Porosity rate of the composites increase, in difficult infiltration conditions. It is observed that the increasing grain size of the reinforcement and volume fraction of the reinforcement increases the hardness value. Also the composites obtained from the Ni Coated powders has been shown to increase the hardness of the coating.