Ark oluşturma yöntemiyle alüminyum nano partiküllerin sentezlenmesi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of aluminum nanoparticles by electric arc discharge
Yazar: BAŞAR YANIK
Danışman: DOÇ. DR. DENİZ UZUNSOY
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Alüminyum = Aluminum ; Karakterizasyon = Characterization ; Nanoteknoloji = Nanotechnology ; Plazma = Plasma

Özet:
Metalik tozların 1 µm' den daha küçük olanları genel olarak iletişim, uzay araştırmaları, otomotiv, elektrik-elektronik, biyoloji, genetik mühendisliği ve savunma endüstrisinde kullanılmaktadır. Tozların partikül boyutu küçüldükçe, elde edilen malzemelerinin dayanımı, sertliği ve aktif yüzey alanı artmaktadır. Bu yüzden, yüksek teknoloji malzemeleri içerisinde en çok ilgi gören grup nano boyuttaki metalik tozlardır. Son yıllarda, mikron altı tozları üretmek için tellerin patlaması, plazma ve sıvı kimyasallar yöntemleri gibi birçok yeni teknoloji geliştirilmiştir. Buna rağmen bu prosesler karışık ve maliyet dezavantajları nedeniyle yüksek oranda nanopartikül üretiminde kullanılmamaktadır.Şu anda; alüminyum tozlar metalurji, kimya, boya ve pigment endüstrisinde kullanılmaktadır. Ancak ultra ince alüminyum tozların; uzay bilimi, patlayıcılar, termal spreyler, toz metalurjisi gibi uzman kullanım alanları vardır. Toz metalurjisi ile üretilen ürünlerde (hafif yapılı parçalar, içten yanmalı motorlar) alüminyum alaşımlarının kullanımında bir artış vardır. Otomotiv endüstrisinde araçların ağırlıklarını azaltmak için kullanılmaktadır. Toz metalurjisi ile elde edilen Al esaslı parçaların mekanik performansını arttırmak için nanoyapıya sahip olması gerekmektedir. Ancak; bu nanoyapıyı, geleneksel gaz atomizasyonu yöntemiyle elde etmek (ortalama boyutu 1µm) zordur. Son zamanlarda, nano alüminyum tozların üretimi ile ilgili geliştirilmekte olan birçok proses bulunmaktadır.Bu çalışmada, metal üzerinde plazma fazı üreten elektrik ark methodu geliştirilmiştir. Bu ark prosesi, ortalama sabit bir akım ve elektrotlar arasındaki mesafeyi otomatik ayarlayan bir kontrol sistemi ile gerçekleşmektedir. Partiküller ark plazması sonucu yer çekimi kuvveti ile soğutma sıvısı içerisinde toplanmaktadır. Elektrik ark deşarjı tekniğiyle farklı ortam (saf su, etilenglikol) ve akımlarda (40-100 A) ortalama partikül boyut aralığı 51-155 nm olan alüminyum nano tozlar sentezlenmiştir. Sentezlenen partiküller, malzeme özellikleri ve üretim parametreleri arasındaki ilişkiyi anlamak için TEM, SEM, XRD, TG/DTA ve Zeta-sizer' da karakterize edilmiştir.

Abstract:
Metallic powders with sizes smaller than 1 µm have been used commonly in communication, aerospace, automotive, electric?electronic, biology, genetical engineering and defence industry. The materials which obtained from smaller particle size, has perfect active surface area, strength and hardness properties. Therefore; nano sized metallic powders are the most popular group of materials among high technology materials. Over the last years, a variety of new technologies have been developed to produce sub-micron powders such as wire explosion, plasma and wet chemicals. However, each of these processes have complexity and cost disadvantages, they were not used for large scale production of nanoparticles.Currently, aluminium powders are used in the metallurgical, chemical and paint & pigment industries . However, ultrafine aluminium (e.g. average size < 40 µm) powders have specialist uses in rocketry, explosives, thermal spray, powder metallurgy. etc. There is an increasing usage of powder metallurgy (PM) products based on aluminium alloys in lightweight structural parts and internal combustion engine components. They are driven by the need of automotive industries to reduce the weight of the vehicles. In order to increase the mechanical performance of Aluminium based PM parts, it is necessary to achieve a nanostructured microstructure. However, this is difficult to achieve using conventional gas atomization method (e.g. average sizes above 1µm). Recently, there have been several emerging processes that can produce nanosized aluminium powders.In this work, a process which generates a plasma phase on metal was developed by electric arc method. The arc process was carried out at constant current and electrod gap which was adjusted by automatic control system. Particles formed after arc-plasma was stored in cooling liquid with the effect of gravitational force. Using electric arc discharge technique, aluminum nano powders whose average particle size ranges from 51 nm to 155 nm were synthesized using different processing parameters such as currents and diverse media (distilled water, ethylene glycol). The synthesized particles were characterized by several techniques like TEM, SEM, XRD, TG/DTA and Nano ZS in order to develop deep understanding for correlation between material properties and fabrication parameters.