Soğuk izostatik presleme ile üretilen Al-SiCp metal matrisli kompozitlerde faktör etkileşimlerinin mekanik özelliklere etkisi ve karakterizasyon çalışmaları
Effects of factor interactions on mechanic properties of Al-SiCp metal matrix composites manufactured by cold isostatic pressing and characterization studies
Yazar: İDİL ARİTMAN
Danışman: PROF. DR. RASİM İPEK
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Soğuk izostatik presleme = Cold isostatic pressing ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy

Özet:
Bu çalışmada; takviye oranı, matris toz boyutu ve takviye partikül boyutu faktörleri ile bu faktörlerin etkileşimlerinin, soğuk isostatik presleme yöntemiyle (CIP) üretilen Al/SiCp metal matrisli kompozit malzemelerin mikro yapı ve mekanik özellikleri üzerindeki etkileri deneysel ve istatistiksel olarak incelenmiştir. Üretim yöntemi olarak soğuk izostatik presleme (250MPa) ve deney tasarımında ise central composite design (CCD) metodu kullanılmıştır. CCD metodu, fazla sayıda değişken içeren çalışmalarda deney sayısını azaltmakta çok faydalı olmaktadır. Ayrıca, incelenen faktörlerin ana etkilerini ve birbirleriyle olan etkileşimlerinin sistem üzerindeki etkisini belirlemede de kullanılmaktadır. CCD metoduna göre Al/SiCp kompozitlerinin matris toz boyutları; 20, 32, 53, 75, 90μm, takviye partikül boyutları; 20, 32, 53, 75, 90μm ve takviye oranları %1.59, 5, 10, 15, 18.41 olarak tasarlanmıştır. 
Çalışmada, başlangıç alüminyum tozu ve silisyum karbür tozlarının toz boyut analizi, optik mikroskop (OP), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve X-Işını kırınımı (XRD) analizleri yapılmıştır. Üretilen kompozit malzemelere ise, yoğunluk ölçümü, sertlik ölçümü, üç nokta eğme deneyi, adhesiv aşınma testi ve karekterizasyon çalışmaları için yine SEM, XPS ve XRD analizleri yapılmıştır.
MMK malzemelerde, eğme ve aşınma davranışı üzerinde en etkili faktör takviye oranı olmuştur. Takviye oranı arttıkça takviye partiküllerinin kümelenmesine bağlı olarak Al/SiCp kompozitlerinin eğme dayanımları azalmış, aşınma dayanımları ise artmıştır. Mikro yapı incelemeleri sonunda üretilen numunelerin Ms/Rs ≤ 1 olduğu deneylerde gözeneklilik ve/veya kümelenmenin daha az olduğu ve takviye parçacıkların matris içerisinde homojen dağıldığı görülmüştür. Bu durumda mekanik özelliklerin de iyileşdiği; aşınma kayıplarının azaldığı, eğme dayanımının arttığı gözlemlenmiştir.  Fakat bu oranı oluşturan matris ve takviye boyutları arttıkça bu ilişki değişmektedir. Çünkü takviye partiküllerinin boyutlarının fazla artması, sıkıştırma esnasında partiküllerin kırılmasına sebep olmuştur. Kırılan partiküller kendi aralarında kümelenmiş ve etraflarında gözeneklilik oluşturmuştur.  Ms/Rs > 1 olduğu durumlarda ise SiC partiküllerin matris patikülleri arasına giremediği için takviye fazının daha çok kümenlendiği görülmüştür.

Abstract:
In this study, the effects of reinforcement volume fraction, matrix powder size, reinforcement particle size and their interactions on the microstructure and mechanical properties of Al/SiCp metal matrix composites manufactured by cold isostatic pressing (CIP) were investigated experimentally and statistically. CIP (250 MPa) was used as a method of manufacturing and Central Composite Design (CCD) method was used as design of experiment. CCD method is very effective to reduce the number of experiments in involving many variables studies. it is also used to determined the main effects of the studied factors and the effect on the system of their each other interactions. The sizes of Al/SiCp  matrix powders were 20, 32, 53, 75, 90μm; reinforcement particles were 20, 32, 53, 75, 90μm and the reinforcement volume fractions were 1.59, 5, 10, 15, 18.41%  is designated as CCD method.
In this study; particle size analysis, optic microscope,  Scanning Electron Microscope (SEM) and X-Ray Diffraction (XRD) analysis was performed on the starting aluminum powder and silicon carbide particles. Eventually, density measurement, hardness measurement, three-point bending test, adhesive wear testing, and SEM, XPS and XRD analysis for characterization studies were performed to the produced composite materials.
In MMK material, the most effective factor on bending and wear behavior has been the reinforcement volume ratio. As the reinforcement volume rate increased, bending resistance of A1/SiCp composite decreased due to cluster of reinforcement particles whereas wear resistance thereof increased.  In experiments where the samples produced as a result of micro building examinations is Ms/Rs≤1, porosity and/or cluster have been less and it has been observed that the reinforcement particles have been homogeneously distributed in the matrix. It has further been observed that the mechanic properties have improved; wear losses have decreased and bending resistance have increased in such circumstances.  On the other hand, as the matrix and reinforcement sizes which constitute such ratio increase, the aforesaid correlation has changed since increase in the size of the reinforcement particles has resulted in breaking of the particles at the pressing. The broken particles have clustered among themselves and created a porous structure.  In cases where Ms/Rs>1, it has been observed that the reinforcement phase has clustered more as the SiC particles could not cut into the matris particles.