Difüzyon kaynağı ile birleştirilmiş TM bakır esaslı kompozit malzemelerin mikroyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of microstructure and mechanical properties of powder metallurgy (PM) copper-based composites welded by diffusion technique
Yazar: MARWAN ABDUSSALAM MOHAMMED ELHEMSHERI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZKAN ESKİ
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Bakır kompleksler = Copper complexes ; Bor karbür = Boron carbide ; Difüzyon kaynağı = Diffusion welding

Özet:
Bakır, üretim ve tüketimde demir/çelik ve alüminyumdan sonra üçüncü sırada yer alan, başlıca ticari metal gruplarından biridir. Bakır, yüksek termal ve elektrik iletkenliği, plastisitesi, yumuşaklığı ve şekillendirilebilirliği nedeniyle geniş uygulama alanları bulmuştur. Bununla birlikte, saf haldeki bakır, zayıf mukavemet, aşınma ve yorulma direncine sahiptir ve bu nedenle elektrik anahtarlarının kontak terminalleri ve kayar yüzeyler gibi üst düzey uygulamalar için uygun değildir.
Metal veya seramik matrislerde karbürlerin kullanımı, aşınmaya dayanıklı malzemelerin üretiminde giderek daha yaygın hale gelmekte ve endüstride önemli bir kullanım payı bulunmaktadır. Bakır bazlı bir kompozit matrisler, B4C, SiC parçacıkları gibi seramiklerle güçlendirilmiştir. B4C, metal matrisli kompozitler (MMK'ler) için takviye olarak kabul edilen düşük yoğunluklu, yüksek mukavemetli, yüksek sertliğe ve yüksek Young modülüne sahip bir seramiktir. Difüzyon kaynak yöntemi (DKY), saf bakırın bu sınırlamalarını aşmıştır. Geçen yüzyılın başında, gerilme kaynaklı veya çatlak oluşumunu önlemek amacıyla konvansiyonel ultra ince taneli malzemeler için geliştirilmiş bir yenilikçi bir hatı hal  işlem yöntemidir. DKY, seçici konumlarda mikro yapıyı ve diğer mekanik özellikleri değiştirmek için benzersiz bir işlemdir.
Bu araştırmada bakır-borkarbür (Cu+B4C) kompozitlerinin birleştirilmesinde difüzyon kaynağı yöntemi kullanılmıştır. Kompozitler toz metalurjisi (TM) ile üretilmiştir. Cu tozları ağırlıkça %2,5; 5 ve 7,5 bor karbür (B4C) içernğınde. 45 dakika süresince turbulade karıştırılmış, 40 MPa'da ve argon atmosferinde 800°C'de 4 dakika sıcak preslenmiştir. Cu+B4C kompozitleri, 800°C' ve 900°C sıcaklıkta ve 90;120 ve 180 dakika süresince difüzyon kaynağı ile birleştirilmiştir. İçerğınelı 
Difüzyon kaynağı sırasında 5 ve 8 MPa tek eksenli basınç ugulanmıştır. Kaynak bağlantı bölgeleri taramalı elektron  ve optik mikroskop aracıyla inclenmiştir. Elde edilen bağlantılara sertlik , kesme ve enine kopma dayanımı  testleri uygulanmıştır. %2,5  ve %5 oranında  B4C içeren bakır numunelerde sırasıyla 144 MPa ve 166 MPa  değerinde en yüksek dayanım elde edilmiştir.

Abstract:
Copper remains one of the major groups of commercial metals, ranking third behind only iron/steel and aluminium in production and consumption. Copper has found extensive applications because of its high thermal and electrical conductivity, plasticity, softness and formability. However, copper in pure form has poor strength, wear and fatigue resistance and hence is unsuitable for high-end applications like contact terminals of electrical switches and sliding surfaces. 
The use of carbides in metal or ceramic matrices is becoming increasingly popular in the production of abrasion-resistant materials, and the industry has an important share of usage. A copper-based composite matrix is reinforced with ceramics like B4C particles. Boron carbide (B4C) also has low density, high strength, high hardness and high Young's modulus, which are considered to be reinforcement for metal matrix composites (MMCs).Diffusion welding processing (DWP) overwhelmed the above limitations of pure copper. At the beginning of the last century, have developed this innovative solid-state processing technology, which is being used to enhance locally the mechanical properties of conventional materials by producing ultrafine-grained structures, which is rather attractive in situations where strength and/or fatigue crack initiation are serious concerns. DWP is a unique process to modify the microstructure and other mechanical properties at selective locations. 
In this investigation diffusion welding method is used to join copper boron carbide Cu+ B4C composites. The composites are manufactured by powder metallurgy (PM). Cu powders were blended with 2,5; 5 and 7,5% by weight B4C. Cu-% wt; %B4C, milled in a ball-milling machine for up to 45 minutes; compacted by the hot press at 40 MPa and sintered in the Ar atmosphere at 800°C for 4 min. Cu+B4C composites were bonded to Cu+B4C composites at various temperatures of 900°C and times of 90; 120 and 180 min through diffusion bonding. 5 and 8 MPa uniaxial load was applied during the diffusion bonding. Microstructural characterization of the joints was shown, optical microscopy and scanning electron microscopy weres carried out on the welded interfaces, and mechanical characterization by shear strength, bending strength, and hardness measu rements. It is found that the optimal parameters in the process of jointing copper matrix composites observed at samples welded at Cu+2,5% B4C; Cu+5% B4C by using diffusion bonding are the pressure of 5, 8 MPa, and 90 and 120 minutes of the bond time to achieve the highest tensile strength and bending strength of 142,65; 166 MPa respectively.