Yüksek iletken bakır alaşımlarının üretilmesi ve elektrik kontak performanslarının incelenmesi
Production of high conductive copper alloys and investigation of electric contact performance
Yazar: BARIŞ ÜNLÜ
Danışman: PROF. DR. YAHYA ALTUNPAK
Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bakır elektrik iletkenliği açısından gümüşten sonraki en iyi iletkendir. Ancak bakır iletkenlik ve mukavemet gibi özelliklerini yüksek sıcaklıklarda koruyamaz. Soğuk şekillendirilerek dayanımı arttırılsa bile yüksek sıcaklıklarda hemen yumuşar. Bu problem bakırı alaşım veya kompozit yaparak çözülmeye çalışılmaktadır. Bu amaçla elektrik kontakları için geliştirilmiş birçok bakır ve alaşımları yaygın olarak kullanılmaktadır. 
Bu çalışma kapsamında bakır, nikel ve SiC (Silisyum karbür) tozları ve partikülleri farklı oranlarda karıştırılmış ve elde edilen karışımlar 850 MPa basınç altında sıkıştırılarak şekillendirilmiş ve son olarak 950 C'de 2 saat boyunca grafite gömülü halde sinterlenmiştir. Sinterleme işleminden sonra numuneler üzerinde metalografik inceleme, elektrik iletkenliği, sertlik ve yoğunluk gibi ölçümler yapılmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında ise bazı TM kontak numunelerine sinterleme sıcaklığında ayrıca sıcak presleme (SP) uygulanmış ve numunelerin elektriksel iletkenlik, yoğunluk ve sertlik değişimleri tekrar incelenmiştir. Sıcak presleme öncesi ve sonrası elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.
            Yapılan yoğunluk ölçümlerinde bakıra nikel ve silisyum karbür ilavesi yapıldıkça üretilen kontak numunelerin yoğunluğunun azaldığı gözlemlenmiştir. Sertlik ölçümleri Rockwell (HRA) cihazı ile gerçekleştirilmiştir. Bakıra ve bakır-nikel alaşımına silisyum karbür ilave edildiğinde sertliğin önemli ölçüde arttığı görülmüştür. Ayrıca üretilen bakır ve bakır nikel alaşımlarından üretilmiş olan TM numunelerinde SiC partikül oranları arttıkça elektrik iletkenliğinde önemli azalma meydana gelmiştir. Sinterleme sıcaklığında sıcak preslenmiş TM numunelerin yoğunlukları, sertlikleri ve iletkenlik değerlerinde bir miktar daha artış olduğu gözlemlenmiştir. Bu çalışma kapsamında üretilen TM kontak kompozit numuneleri içerisinde en büyük sertlik değeri (HRA93) sıcak preslenmiş (SP) Cu+%4Ni+%5SiC kompozitinde, en yüksek iletkenlik değerini (%76 IACS) ise sıcak preslenmiş (SP) Cu+%1SiC kompozitinde ölçülmüştür. Ancak hem makul bir elektrik iletkenliğine (%70) hem de iyi bir sertlik ölçüm değerine (HRA72,3) sahip olan sıcak preslenmiş Cu+2Ni+2,5SiC kompozitinin daha uygun bir kontak malzemesi olarak kabul edilebilir.

Abstract:
Copper is the best conductor after silver in terms of electrical conductivity. However, copper cannot maintain its properties such as conductivity and strength at high temperatures. Even if its strength is increased by cold shaping, it softens immediately at high temperatures. This problem is tried to be solved by making copper alloy or composite. For this purpose, many copper and its alloys developed for electrical contacts are widely used.
Within the scope of this study, copper, nickel and SiC (Silicon carbide) powders and particles were mixed in different proportions and the resulting mixtures were shaped by compression under 850 MPa pressure and finally sintered while embedded in graphite for 2 hours at 950 C. After the sintering process, measurements such as metallographic examination, electrical conductivity, hardness and density were made on the samples. In the second stage of the study, hot pressing (SP) was also applied to some TM contact samples at the sintering temperature and the electrical conductivity, density and hardness changes of the samples were re-examined. The results obtained before and after hot pressing were compared.
In density measurements, it was observed that the density of the produced contact samples decreased as nickel and silicon carbide were added to copper. Hardness measurements were carried out with a Rockwell (HRA) device. It has been observed that the hardness increases significantly when silicon carbide is added to copper and copper-nickel alloy. In addition, as the SiC particle ratio increased in TM samples produced from copper and copper nickel alloys, a significant decrease in electrical conductivity occurred. It was observed that there was a slight increase in the density, hardness and conductivity values of hot-pressed TM samples at the sintering temperature. Among the TM contact composite samples produced within the scope of this study, the highest hardness value (HRA93) was measured in the hot-pressed (SP) Cu+4%Ni+5%SiC composite, and the highest conductivity value (76% IACS) was measured in the hot-pressed (SP) Cu+1%SiC composite. However, hot-pressed Cu+2Ni+2.5SiC composite, which has both a reasonable electrical conductivity (70%) and a good hardness measurement value (HRA72.3), can be considered a more suitable contact material.