Farklı yön ve büyüklükte uygulanan düzgün elektrik alan altında katılaştırılan alüminyumbakır ve alüminyumnikel ötektik alaşımların mikroyapı ve mekanik özelliklerinin elektrik alana bağlılıklarının incelenmesi
Investigation of the microstructure and mechanical properties dependences on electrical field for aluminium copper and aluminium nickel alloys solidified under different direction and magnitude of electric field
Yazar: SERCAN BASİT
Danışman: PROF. DR. NECMETTİN MARAŞLI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Ötektik katılaştırma = Eutectic solidification

Özet:
Son  yıllarda  metalik  malzemelerin  özelliklerinin  ileri  taşınması  için  mevcut katılaşma  parametrelerinin  (bileşimC0,  sıcaklık  gradyentiG  ve  katılaştırma  hızıV) dışında katılaşmaya etki edecek  başka dış  parametreler araştırılmaktadır. Yapılan çalışmalara  göre  dış  parametre  olarak  göz  önüne  alınan  elektromanyetik  alan, elektrik akımı, elektrik akım pulsu gibi yöntemlerin malzemenin mikroyapısına etki 
ettiği bildirilmiştir. Bu  çalışmada  mikroyapısı  çok  iyi  bilinen  eriyik  Al-Cu  ve  Al-Ni  ötektik  alaşımları herhangi  bir  elektrik  pulsu,  elektrik  arkı  ve  elektrik  akımı  oluşturmaksızın katılaştırma yönüne paralel ve antiparalel yönlerde, farklı büyüklüklerde (610 kV cm 1 ) düzgün  elektrik alan altında katılaştırılmıştır. Bu amaçla öncelikle yenilikçi, bir  katılaşma  sisteminin  tasarımı  yapılmıştır.  Söz  konusu  alaşımlar  bu  deneysel sistem kullanılarak katı-sıvı arayüzeyin büyüme yönünde (E+) ve bu yöne ters (E_) 
olacak şekilde  yüksek  elektrik alan  altında  katılaştırılmıştır.  Durgun  elektrik alan altında katılaştırılan numunelerden ötektik measfe (), ötektik yapının tane boyutu (ÖTB),  sertlikler (HB)  ve  nihai  çekme mukavemeti (NÇM) incelenmiş ve  bunların elektrik alanın yönü ve büyüklüğü ile nasıl değiştiği lineer regrasyon analizleri ile ortaya konmuştur.
Durgun elektrik alanın farklı yön ve büyüklükleri altında katılaştırılan Al-Cu ve AlNi  alaşımlarının  mikroyapı,  mekanik  özellikleri  analizlerinden  elde  edilen  önemli bulgular  şu  şekildedir.  Uygulanan  yüksek  voltaj  etkisiyle  eriyik  atomlar  ve moleküller  pozitif  yükle  yüklenirler  bununla  birlikte  metalik  eriyik  atomları doğrudan  voltaj  uygulamasından  önce  topraklanarak  en  yüksek  enerji seviyelerindeki  elektron  veya  elektronları  kaybederek  pozitif  yükle  yüklenirler. Uygulanan elektrik alan yüklü sıvı atomlar ve moleküller üzerinde bir elektrik alan kuvveti  oluşturur.  Bu  oluşan  kuvvet,  uygulanan  yöne  bağlı  olarak  sıvıdan  katıya geçen atom ve molekül sayısında bir artışa veya azalmaya sebep olur. Buna bağlı olarak uygulanan pozitif(E+) ve negatif(E_) elektrik alan malzemede ötektik mesafe, tane boyutları gibi mikroyapı parametrelerini, sertlik ve gerilme mukavemeti gibi mekanik  özellikleri  artırmış  ve  azaltmıştır.  Yapılan  analizlerden  elektrik  alan 
katılaşma  yönüne  paralel  ve  anti  paralel  olarak  uygulandığında  mikroyapıya  ve diğer mekanik özelliklere çift yönlü bir etki oluşturduğu gösterilmiştir.

Abstract:
Nowadays, in order to carry the properties of metallic materials forward, external parameters which is affect the solidification are investigated apart from the existing solidification  parameters(composition  C0,  temperature  gradient  G  and solidificationrate V). According to recent studies, it has been reported that methods such  as  electromagnetic  field,  electric  current,  electric  current  pulse  affect  the microstructure of the material. 
In this study, the well-known molten Al-Cu and Al-Ni eutectic alloys were solidified under uniform electric field in different directions(±y) and magnitude (6-10 kV/cm) without  generating  any  electric  pulses,  electric  arc  and  electric  current.  For  this purpose, an innovative solidification apparatus was designed to solidify the alloys under uniform high electric field. The alloys in questions were solidified under high electric field in this apparatus, in the direction of growth and reverse of the solidliquid interface. As a control sample, the samples were solidified without electric field  by  maintaining  the  same  solidification  conditions  from  each  group.  Eutectic gaps(),  grain  size(GS),  hardness(HB)  and  ultimate  tensile  strength(UTS)  of  the eutectic  structure  were  examined  and  how  they  changed  with  the  direction  and magnitude of the electric field was revealed by linear regression analysis. The important findings obtained from microstructure, hardness and ultimate tensile strength analysis of Al-Cu and Al-Ni alloys solidified under different directions and magnitude  of  the  static  electric  field  are  as  follows.  The  applied  electric  field generates an electric field force on liquid atoms and molecules. This generated force causes an increase or decrease in the number of atoms and molecules passing from liquid  to  solid  depending  on  the  applied  direction.  Accordingly,  electrical  field 
applied in positive(E+) and negative(E_) increased and decreased the microstructure parameters  such  as  eutectic  gaps,  grain  sizes  and  mechanical  properties  such  as hardness and tensile strength.