Sıvı faz sinterleme ile b4c takviyeli mmkp malzeme üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of b4c reinforced mmcp material with liquid phase sintering
Yazar: TÜRKAN KIYMAZ
Danışman: PROF. DR. YUSUF ÖZÇATALBAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, sıcak presleme aktif sinterleme yöntemi ile üretilen Al6061 matrisli B4C parçacık takviyeli metal matrisli kompozit (MMKp) malzemelerin özelliklerine takviye oranı ve sıvı faz sinterlemenin etkisi araştırılmıştır. Ağırlıkça % 0, % 5, % 10 ve % 15 oranlarında B4C seramik parçacık takviye elemanları ile ön alaşımlı Al6061 metal tozu turbula cihazında 45 dakika süre ile karıştırılmıştır. Karışım tozlar, 40 mm x 60 mm boyutlarındaki kalıp içerisinde oda sıcaklığında 200 MPa ön presleme basıncında sıkıştırılmıştır. Devamında aynı kalıp bloğu içerisinde argon atmosferi altında 400 ºC sıcaklıkta 45 dakika boyunca yağlayıcı giderme işlemi uygulanmıştır. Ardından, 550 ºC sıcaklıkta 100 MPa basınç altında 1 saat boyunca argon atmosferi altında sıcak presleme (SP) aktif sinterleme işlemi uygulanarak MMKp malzemeler üretilmiştir. Bu numunelere 610 ºC ve 620 ºC olmak üzere iki farklı sıcaklıkta 1 saat süreyle süperkatı üzeri sıvı faz sinterleme (SKSS) işlemlerinin uygulanmasıyla ikincil sinterleme işlemleri gerçekleştirilmiştir. Üretilen kompozit malzemelerin mikroyapıları ve fiziksel özellikleri; metalografik muayene, sertlik ve yoğunluk ölçümleri, çapraz kırılma dayanımları (ÇKD), kırık yüzey analizi taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışınları kırınımı (XRD) çalışmaları ile karakterize edilmiştir. SKSS işlemi sonunda numuneler suda hızlı (S) ve fırında yavaş (F) soğutularak, soğuma hızının etkisi de incelenmeye çalışılmıştır. SKSS işlemi ile oluşan gözenekler sebebiyle, sıcak presleme (SP) ile üretilen MMKp malzemelerin yoğunluğunda kısmi düşüşler görülmüştür. Bu etki özellikle fırın ortamında yavaş soğutmaya bırakılan numunelerde daha fazladır. Bununla birlikte SKSS işlemi sonunda suda hızlı soğutulan numunelerin sertlik ve ÇKD değerlerinde önemli miktarda artış meydana gelmiştir. Kırık yüzey SEM incelemelerinde, SKSS işlemi uygulanan kompozit malzemelerin matrisinde artan sinterleşme etkisiyle birlikte, matris-parçacık arayüzey bağlarında da artış belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis study, the effect of reinforcement ratio and liquid phase sintering on properties of Al6061 matrix B4C particle reinforced metal matrix composite (MMCp) materials produced by hot pressing active sintering method was investigated. Pre-alloyed Al6061 metal powder with 0 %, 5 %, 10 % and 15 % (wt) B4C ceramic particle reinforcing elements were mixed in the turbula device for 45 minutes. The mixture powder was compressed in the die with dimensions of 40 mm x 60 mm at a pre-compressing pressure of 200 MPa at room temperature. Subsequently, wax debinding process was applied for 45 minutes at 400 ºC under argon atmosphere in the same die block. Then, MMCp materials were produced by applying hot pressing (HP) active sintering under argon atmosphere for 1 hour under pressure of 100 MPa at 550 ºC. Secondary sintering was performed on these samples by applying supersolidus liquid-phase sintering (SLPS) for 1 hour at 610 ºC and 620 ºC. Microstructures and physical properties of the MMCP materials produced; characterized by metallographic examination, hardness and density measurements, transverse rapture strength (TRS) test and fracture surface analysis by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) studies. At the end of the SLPS process, the samples were cooled fast in water (W) and slow in the furnace (F), and the effect of the cooling rate was also investigated. Due to the pores formed by the SLPS process, partial decreases were observed in the density of MMCp materials produced with HP. This effect is more especially in samples that are left for slow cooling in the furnace. However, as a result of the SLPS process, there was a significant increase in the hardness and TRS values of the samples cooled in water. In the fracture surface SEM examinations, an increase in the matrix-particle interface bonds was also determined with the increasing sintering effect in the matrix of composite materials applied SLPS treatment.