SiC ve Al2O3 takviyeli Al-Mg kompozitin toz metalurjisi yöntemi ile üretiminin araştırılması
Investigation of production of Al-Mg composites reinforced by SiC ve Al2O3 through powder metalurgy method
Yazar: MEHMET KURT
Danışman: DOÇ. DR. GÜL TOSUN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Metal matrisli kompozit (MMK) malzemeler, düşük maliyet, düşük genleşme katsayısı, mükemmel boyutsal kararlılık, yüksek korozyon direnci, yüksek mukavemet ve yüksek sertlik gibi fiziksel ve mekanik özelliklerinden dolayı havacılık, denizcilik, otomotiv ve askeri endüstrilerde yaygın bir kullanım alanına sahiptirler. Yaygın olarak kullanılankompozit malzemelerden biri de alüminyum matrisli kompozit (AMK)'lerdir. MMK malzemelerin üretiminde yaygın olarak kullanılan teknikler toz metalurjisi, eriyik emdirme, basınçlı döküm, karıştırma döküm, bilyeli öğütme, mekanik alaşımlama ve yarı-katı karıştırmadır. Bu yöntemlerdentoz metalurjisi yöntemi, sürecin basitliği, düşük maliyeti ve yüksek mekanik özellikler elde edilmesi nedeni ile daha çok tercih edilmektedir. Al2O3,TiC, MgO ve SiC gibi takviye malzemeleri kullanılarak MMK'lerin üretimi ile ilgili çeşitli araştırmalar yapılmış ve yapılmaya devam edilmektedir. Genelde yapılan çalışmalarda farklı boyutta ve oranlarda partiküller kullanarak üretilen alüminyum esaslı kompozitlerin fiziksel ve mekanik davranışları incelenmiştir.
Bu çalışmada,toz metalurjisi yöntemi ile mikro boyutta SiC ve Al2O3partiküller farklı hacim oranlarında Al-Mg matrisine eklenerek kompozit malzeme üretildi. Takviye olarak, 1 µm boyutlarındaki SiC ve Al2O3partiküllerfarklı hacim oranlarında Al-Mg matrisine eklendi.  Homojen dağılım oluşturmak için Al, Mg, SiC ve Al2O3tozlar 16 dev/dak hızında1 gün boyunca karıştırılmıştır.Karıştırılan tozlar 300 ve 600 MPa basınç altında preslendi.Farklı basınçlardaki üretilen kompozit malzemeler 300-400-500 0C sıcaklıklarda ve 30-60-90 dak sinterleme işlemine tabi tutularak fırın içerisinde soğumaya bırakıldı.Al-Mg/SiC ve Al-Mg/Al2O3kompozit malzemelerin yoğunluk, porozite, mikroyapı ve sertlikgibi özellikleri araştırılarak ve karakterize edildi. Belirlenen numunelerin mikroyapı incelemeleri optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve elektron dağılım spektroskobu (EDX) ile gerçekleştirildi.Üretilen numunelerin Vickers sertlik deneyleri 0,5kg ağırlığında ve 10 sn. batma süresinde yapıldı.
Tüm deney şartları için en yüksek porozite oranı 300 MPa presleme basıncı, 400oC sinterleme sıcaklığı, 90 dakika sinterleme süresinde üretilen %15 SiC takviyeli Al-Mg kompozitinde 17,01795 olarak ölçüldü. En düşük porozite oranı ise 600 MPa presleme basıncı, 400oC sinterleme sıcaklığı, 60 dakika sinterleme süresinde üretilen %30 SiC takviyeli Al-Mg kompozitinde 5,526781 olarak ölçüldü. Mikroyapı incelemelerinde, genel olarak homojen bir mikroyapı gözlemlendi. Her iki takviye çeşidinde de kompozitlerin mikrosertliği takviye parçacıklarının içeriği arttıkça arttı. Yüksek takviye içeriği kompozitin yoğunluğunun artmasına sebep oldu.

Abstract:
Metal matrix composite (MMC) materials are widely used in aerospace, marine, automotive and military industries expressing physical and mechanical properties such as low cost, low expansion coefficient, excellent dimensional stability, high corrosion resistance, high strength and high hardness. One of widely used composite materials is aluminum matrix composite (AMC). Commonly used techniques in the production of MMC materials are powder metallurgy, melt impregnation, pressure casting, mixing casting, ball milling, mechanical alloying and semi-solid mixing. In these methods, the metallurgy method is preferred because of the simplicity of the process, low cost and high mechanical properties. Various researches have been carried out on the production of MMCs for reinforcing materials such as Al2O3, TiC, MgO and SiC and continue to do so. In general studies, physical and mechanical behaviors of aluminum based composites produced by using particles at different sizes or proportions have been investigated.
In this study, SiC and Al2O3 particles were added to Al-Mg matrix at different volume ratios by micro-sized powder metallurgy method and composite material was produced. As reinforcement, 1 μm SiC and Al2O3 particles were added to the Al-Mg matrix at different volume ratios. Al, Mg, SiC and Al2O3 powders were mixed for 1 day at a speed of 16 rpm to form a homogeneous dispersion. The mixed powders were pressed under 300 and 600 MPa pressure. Composite materials produced at different pressures were subjected to sintering for 30-60-90 min at temperatures of 300-400-5000C and allowed to cool in the oven. The properties such as density, porosity, microstructure and hardness of Al-Mg/SiC and Al-Mg/Al2O3 composites were investigated and characterized. Microstructure studies of the specimens were carried out by optical microscope, scanning electron microscope (SEM) and electron dispersion spectroscopy (EDX). Vickers hardness tests of the produced samples was done under 0.5 kg of load and 10 sec of dwell time.
The highest porosity ratio for all test conditions was measured as 17,01795 in a 15% SiC reinforced Al-Mg composite produced at a pressing pressure of 300 MPa, a sintering temperature of 400 ° C, and a sintering time of 90 minutes. The lowest porosity ratio was measured as 5.526781 in a 30% SiC reinforced Al-Mg composite produced at 600 MPa pressing temperature, 400°C sintering temperature and 60 minutes sintering time. In their microstructure studies, a generally homogeneous microstructure was observed. In both types of reinforcement, the micro hardness of the composites increased as the content of reinforcing particles increased. The high reinforcement content caused the increase in the density of the composite.