Alüminyum titanyum bimetal kompozit üretiminde en uygun şartların belirlenmesi
Determination of the most suitable conditions in aluminum titanium bimetal composite production
Yazar: KAAN GENÇER
Danışman: PROF. DR. AHMET KARAASLAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Alüminyum matrisli kompozitler = Aluminum matrix composites ; Metal kompozitler = Metal composites

Özet:
Endüstrinin her geçen gün artan beklentilerine cevap vermek adına tek bir metal cinsinin yetersiz kaldığı durumlarda hem malzeme özelliklerini hem de maliyetleri iyileştirmek için yapılan çalışmalar neticesinde metal matrisli kompozit malzemeler geliştirilmiştir. Metal matrisli kompozit malzemelerde yaygın olarak kullanılan seramik takviyelerin ortaya çıkardığı tokluk ve süneklik problemi, istenmeyen arayüzey fazlarının önüne geçebilmek ve ıslatma performansını iyileştirmek adına bimetal kompozit malzemeler üretilmiştir. Bu çalışmada, seramik takviye yerine metal takviye malzemesi olarak hurda talaşlarından elde edilen saf titanyum, matris malzemesi olarak alüminyum A356 alaşımı kullanılmıştır. Üretim yöntemi olarak ergiyik infiltrasyonlü döküm yöntemi tercih edilmiştir.
Optimizasyon çalışması adına, alüminyum titanyum bimetal kompozit malzemede preform üretiminde saf titanyum talaşlarına uygulanan basınç değiştirilmiştir. Uygun basınç değeri belirlendikten sonrasında oluşturulan preformlara farklı sıcaklıklarda döküm gerçekleştirilerek optimum infiltrasyon koşulları belirlenmiştir. Uygun preform basıncı ve döküm sıcaklığı tespit edilmesi ile matrisin takviyeyi ıslatma koşullarını iyileştirebilmek adına preformlar ön ısıtmaya tabi tutulmuştur.
Elde edilen alüminyum titanyum bimetal kompozit malzemelerin özelliklerini incelemek adına mikroyapı analizi, sertlik ve korozyon testleri yapılmıştır.
Çalışmada, matris ve takviye malzemesinin etkileşimi sonucunda oluşan arayüzey fazının, malzemenin sertlik ve korozyon performansına olumlu etki ettiği gözlenmiştir. Preform basıncı artmasıyla beraber preformların gözenek miktarının düştüğü ve bu durumun sonucunda kompozit malzemede titanyum takviye oranının %80'e kadar çıktığı saptanmıştır. Artan titanyum takviye ile beraber arayüzey faz miktarının arttığı gözlenmiştir. Optimizasyon çalışması amacıyla yapılan farklı döküm sıcaklıklarında numune üretimi sonucunda, alüminyumun difüzyonunun arttığı ve bu sayede arayüzey faz miktarının arttığı belirlenmiştir. Preformlara uygulanan ön ısıtma işlemi sırasında gerçekleşen oksidasyon neticesinde takviyenin oksitlendiği, artan oksit miktarının arayüzey faz miktarını düşürdüğü saptanmıştır.

Abstract:
Metal matrix composite materials have been developed as a result of efforts to improve both material properties and costs in cases where a single type of metal is insufficient in order to meet the ever-increasing expectations of the industry. Bimetallic composite materials have been produced in order to prevent toughness and ductility problems, unwanted interface phases and improve wetting performance caused by ceramic reinforcements commonly used in metal matrix composite materials.
In this study, pure titanium obtained from sawdusts as metal reinforcement material were used instead of ceramic reinforcement. Aluminum A356 alloy was used matrix material. The casting method with melt infiltration was preferred as the production method.
For the optimization study, the pressure applied to pure titanium sawdusts in the preform production of aluminum titanium bimetal composite material has been changed. After determining the appropriate pressure value, optimum infiltration conditions were determined by casting at different temperatures to the preforms created. Preforms were preheated in order to improve the reinforcement wetting conditions of the matrix by determining the appropriate preform pressure and casting temperature. Microstructure analysis, hardness and corrosion tests were carried out to examine the properties of the obtained aluminum titanium bimetal composite materials.
In the study, it was observed that the interface phase formed as a result of the interaction of the matrix and reinforcing material had a positive effect on the hardness and corrosion performance of the material. It has been determined that with the increase of preform pressure, the pore amount of preforms decreased and as a result, the rate of titanium reinforcement in composite material was increased up to 80%. It was observed that the amount of interfacial phase increased with increasing titanium reinforcement. As a result of sample production at different casting temperatures for optimization study, it was determined that the diffusion of aluminum increased and thus the amount of the interface phase increased. As a result of the oxidation that took place during the preheating process applied to preforms, it was determined that the reinforcement was oxidized and the increased amount of oxide reduced the amount of the interface phase.