Geleneksel ve mikrodalga sinterleme yöntemleri ile seramik katkılı paslanmaz çelik matrisli kompozitlerin üretimi
Production of ceramic reinforced stainless steel matrix composites by conventional and microwave sintering methods
Yazar: ONUR ERTUĞRUL
Danışman: PROF. DR. KAZIM ÖNEL
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu tez kapsamında, hacimce yüzde 5, 10 ve 15 oranlarında TiC, SiC, zımpara tozu ve Al2O3 katkılı TM 316L matris kompozit malzemeler üretilmiştir. 316L paslanmaz çelik tozları ve karışım tozlar tek eksenli preste 700 MPa basınçta sıkıştırılmış ve 1160/1250 santigrad derecede 1 saat süreyle geleneksel ve mikrodalga sinterlenmiştir. Sinterleme atmosferleri, geleneksel sinterleme için yüzde 95 argon - yüzde 5 hidrojen ve mikrodalga sinterleme için yüzde 90 argon - yüzde 10 hidrojen gaz karışımlarıdır. Mikrodalga sinterlemenin yüksek ısıtma hızı sağlaması çekirdeklenme kinetiğini etkileyerek geleneksel sinterlemeden farklı olarak daha temiz tane sınırları ve ikizlerden oluşmuş tamamen yeniden kristallenmiş bir mikroyapı ortaya çıkarmıştır. Halbuki, her iki sinterleme yöntemi de yakın tane boyutuna sahip mikroyapılar ortaya çıkarmıştır. Mikrodalga sinterlemedeki ısıtma hızı da yoğunlaşmayı etkilemektedir. Ayrıca, mikrodalga sinterleme kısmen daha küçük ve daha yuvarlak gözenek yapısı sağlamıştır. İlave olarak, ince 316L ve ince seramik toz kullanımı her iki yöntem ile sinterlenen numunelerde fiziksel ve mekanik özellikleri geliştirmiştir.  Tüm kompozisyonlar arasında en iyi mekanik, aşınma ve korozyon özelliklerini hac. yüzde 5 ince zımpara tozu katkılı kompozit numuneler göstermiştir. Hacimce yüzde 5 kaba zımpara tozu katkısı, yine üstün korozyon özellikleri ve iyi mekanik özellikler ortaya çıkarmış, ancak bu numunelerde aşınma direnci saf 316L numunelerden düşük kalmıştır. Aynı zamanda, hac. yüzde 10 kaba SiC katkılı numuneler kabul edilebilir mekanik özelliklere, ve 316L'den daha iyi aşınma ve korozyon özelliklerine sahiptir. İlave olarak, mikrodalga ısıtmada seramik parçacık katkısı ile parçalar geometriden bağımsız homojen ısınmış, aynı zamanda ısıtma verimi artmıştır.

Abstract:
In this thesis, PM 316L matrix composite materials reinforced with TiC, SiC, emery powder and Al2O3 in amounts of 5, 10 and 15 vol. percent were produced. The powders of 316L stainless steel and mixed powders were compacted by uniaxial press at 700 MPa, and processed at 1160/1250 degree celcius for 1 hour by means of conventional sintering and microwave sintering. The sintering atmospheres were gas mixtures of percent 95 argon - 5 hydrogen for conventional sintering and percent 90 argon - 10 hydrogen for microwave sintering. Microwave sintering induces higher heating rate which affects nucleation kinetics and yields fully recrystallized microstructure with cleaner grain boundaries and twins different from conventional sintering. However, both sintering methods result in microstructures of similar grain sizes. Also, heating rate in microwave sintering affects densification. Besides, microwave sintering provides fractionally smaller pore size and rounded pore structure. Moreover, the use of fine 316L and ceramic powders improves physical and mechanical properties of the samples sintered by both methods. Among all compositions 5 vol. percent fine emery powder reinforced composite samples exhibits the most favourable mechanical, wear and corrosion properties. The samples with 5 vol. percent coarse emery powder reinforcement also show superior corrosion resistance with good mechanical properties, but they have lower wear resistance than pure 316L samples. Also, 10 vol. percent coarse SiC reinforced composite samples had acceptable mechanical properties, and better wear and corrosion properties than 316L. Additionally, in microwave heating, with the addition of ceramic particles the samples have been heated homogenously independent from geometry, and also heating efficiency has increased.