Sinterleme tekniğiyle üretilen Ni3Al tabanlı süperalaşımların yapısal parametrelerinin ve γ-ışını soğurma yeteneklerinin araştırılması
Investigation of the structural parameters and γ-ray absorption abilities of Ni3Al-based superalloys produced by sintering technique
Yazar: MERVE DURDAĞ
Danışman: DOÇ. DR. ERDEM ŞAKAR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Amaç: Bu çalışmada Ni3Al alaşımına farklı kombinasyonlarda yapılacak ağır metal katkılamasının, bu alaşımın kristalografik, morfolojik ve gama-ışını soğurma yeteneklerini nasıl etkileyeceğinin belirlenmesi amaçlanmıştır.
Yöntem: Bu çalışmada kullanılan alaşımlar toz metalurjisi-basamak sinterleme metodu kullanılarak üretilmiştir. Üretilen alaşımların karakterizasyonlarında XRD ve SEM analizlerinden faydalanılmıştır. Deneysel foton zırhlama parametreleri 133Ba radyoaktif kaynağından yayınlanan farklı foton enerjilerinde dar ışın geometrisi kullanılarak belirlenmiştir. Teorik foton zırhlama yetenekleri ise Phy-X/PSD (Photon Shielding and Dosimetry) yazılımıyla hesaplanmıştır.
Bulgular: Ni3Al alaşımı için elde edilen XRD profili, üretilen alaşımın literatürle uyumlu bir şekilde polikristal yapıda olduğunu ortaya koymuştur. Bu alaşıma farklı kombinasyonlarda yapılan ağır metal katkılamasıyla elde edilen alaşımların da yine polikristal yapıda oldukları belirlenmiştir. SEM görüntülerinden, üretilen tüm alaşımların, sıkı paketlenmiş homojen bir dağılıma sahip oldukları ve herhangi bir topaklanmanın oluşmadığı tespit edilmiştir. Yine SEM analizlerinden, ağır metal katkılamasının, alaşımlarda beklendiği üzere γ'' faz oluşumunu desteklediği belirlenmiştir. Gama-ışını soğurma deneyleri, teorik hesaplamalarla yüksek dereceli bir uyuma sahiptir. Bu da hem alaşım üretiminin planlandığı şekilde yapıldığının hem de deneylerin doğru bir şekilde gerçekleştiğinin kanıtı olarak değerlendirilmiştir. Ni3Al yapısına ağır metal katkılaması ile çok daha iyi radyasyon soğurucu malzemelerin elde edildiği tespit edilmiştir.
Sonuç: Yüksek sıcaklık uygulamalarında radyasyon güvenliğinin gerekli olduğu ortamlarda kullanılabileceği düşünülen ve kompozisyonları simülasyon programlarının öngörüleri doğrultusunda belirlenen 13 farklı Ni3Al tabanlı alaşım üretilmiştir. Bu alaşımların kristalografik, morfolojik ve gama-ışını soğurma yetenekleri belirlenmiştir. Üretilen alaşımların tek kristal olarak sentezlenebilmeleri durumunda, belirtilen alanlarda kullanılabilecek yeni tip süper-alaşımlar olabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
Purpose: In this study, it is aimed to determine how heavy metal doping in different combinations to Ni3Al alloy will affect the crystallographic, morphological and gamma-ray absorption capabilities of this alloy.
Method: The alloys used in this study were produced using the powder metallurgy-step sintering method. XRD and SEM analyzes were used in the characterization of the produced alloys. Experimental photon shielding parameters were determined using narrow beam geometry at different photon energies emitted from the 133Ba radioactive source. Theoretical photon shielding capabilities were calculated with Phy-X/PSD (Photon Shielding and Dosimetry) software.
Findings: The XRD profile obtained for the Ni3Al alloy revealed that the produced alloy had a polycrystalline structure, consistent with the literature. It has been determined that the alloys obtained by adding heavy metals in different combinations to this alloy also have a polycrystalline structure. From the SEM images, it was determined that all the produced alloys had a tightly packed homogeneous distribution and no agglomeration occurred. Again, from SEM analysis, it was determined that heavy metal doping supported the formation of γ'' phase as expected in alloys. Gamma-ray absorption experiments have a high degree of agreement with theoretical calculations. This was considered as proof that both the alloy production was carried out as planned and the experiments were carried out correctly. It has been determined that much better radiation absorbing materials are obtained by doping heavy metal into the Ni3Al structure.
Results: 13 different Ni3Al-based alloys were produced, which could be used in high temperature applications and environments where radiation safety is required, and whose compositions were determined in line with the predictions of the simulation programs. The crystallographic, morphological and gamma ray absorption abilities of these alloys were determined. It is thought that if the alloys produced can be synthesized as single crystals, there may be new types of superalloys that can be used in the mentioned areas.