Bilyeli öğütme tekniği ile üretilen Al-20Si-5Fe/CNT metal matris kompozitinin karakterizasyonu
Characterization of Al-20Si-5Fe/CNT metal matrix composite produced by ball milling technique
Yazar: SERKAN BOZUKLUOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. FİKRET YILMAZ
Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Karbon nanotüpler (KNT), nanoteknoloji bilimindeki istisnai buluşlardan biridir. Yüksek 
yüzey/hacim oranı, çekme mukavemeti, ısı iletkenliği ve düşük yoğunluk gibi üstün 
malzeme özelliklerine sahiptirler. Bütün metallerden daha güçlü ve daha hafiftirler ve bu 
özellikleri sayesinde onları güçlendirmek için iyi bir adaydır. Bu çalışmada, son yıllarda 
otomotiv ve havacılık sanayinde kullanılmaya başlayan Al-20Si-5Fe alaşımına ağ.%0,5 
ve 1 KNT katkılanarak metal matris kompozit üretimi gerçekleştirildi. Kompozitlerin 
üretiminde, bilyeli öğütme tekniği kullanıldı. Öğütme süresinin ve KNT katkısının, 
malzemenin kristal yapısı, parçacık morfolojisi, mikroyapısı, tane boyutu ve mekanik 
özellikleri üzerine etkisi incelendi. X-ışınları kırınımı analizleri, öğütme süresi arttıkça 
kristal boyutundaki azalma ve örgü gerinimlerinin artmasına bağlı olarak alüminyum (Al) 
fazına ait piklerin genişliklerinin artığını gösterdi. Taramalı elektron mikroskobu 
görüntülerinden, tozların öğütmenin ilk aşamalarında topaklanma eğilimi gösterdiği, 240 
dk.'dan sonra ise küçülerek daha homojen bir dağılım sergilediği görüldü. Enerji dağılımlı 
X-ışınları renkli haritalama görüntülerinden, iri Silisyum (Si) tanelerinin ilk 30 dk.'da 
ufalandığı, demir (Fe) tanelerinin is 240 dk. sonunda incelmeye başladığı tespit edildi. 
Parçacık boyutu dağılımı analizleri, öğütülmemiş tozlarda görülen 3 modlu dağılım 
öğütme süresinin artmasıyla birlikte 1 modlu dağılıma dönüştüğünü gösterdi. Ayrıca, 
KNT katkısının tanecik boyutu inceltmesini olumlu yönde etkilediği gösterdi. Derinlik 
duyarlı çentik analizlerinden, öğütme süresinin artmasıyla birlikte malzemelerin sertlik 
ve indirgenmiş elastik modülü değerlerinin arttığı saptandı. KNT ilavesinin ise kompozit 
malzemelerin mekanik özelliklerini olumlu yönde geliştirdiği görüldü. Mekanik 
özelliklerde görülen bu iyileşmeyi açıklamak için yeni bir model önerildi.

Abstract:
Carbon nanotubes (CNT) are an extraordinary discovery in nanotechnology science. They 
have remarkable material features such as high surface-to-volume ratio, high tensile 
strength, high thermal conductivity, and low density. Carbon nanotubes are many times 
harder and yet lighter than all metals, and thus a good candidate for reinforcing them. In 
this research, Al-20Si-5Fe/xCNT (x=0.5 and 1 wt.%) metal matrix composites, which 
have been used in automotive and aerospace industry in recent years, were produced by 
ball milling technique. The effect of milling time and CNT content on the crystal 
structure, particle morphology, microstructure, particle size and mechanical properties of 
the material was investigated. X-ray diffraction analyzes showed that the width of 
aluminum peaks increase due to the decrease in crystallite size and the increase in lattice 
strain. From the scanning electron microscope images, it was observed that the powders 
tended to agglomerate at the early stages of milling and decreased in particle size with a 
more homogeneous distribution after 240 min. of milling time. Energy dispersive X-ray 
mapping images revealed that the coarse silicon particles fragmented into fine particles at 
30 min. of milling time, while the fragmentation in iron particles began after 240 min. of 
milling time. The particle size distribution analyzes showed that the three-modal 
distribution seen in unmilled powders was transformed into a one-modal distribution with 
increasing in milling time. Also, CNT addition showed a positive effect on particle size 
refinement. From the depth sensing indentation analyses, the hardness and reduced elastic 
modulus of the composite materials were increased with increasing milling time. The 
addition of CNT also improved the mechanical properties of composite materials. A new 
model was proposed to explain this improvement in mechanical properties.