Nano parti̇kül takvi̇yeli̇ bakir esaslı fonksi̇yonel derecelendi̇ri̇lmi̇ş elektri̇k kontak malzemeleri̇ni̇n üreti̇mi̇ ve karakteri̇zasyonu
The fabrication and characterizarion of nano particle reinforced-copper matrix functionally graded electrical contact materials
Yazar: TEMEL VAROL
Danışman: DOÇ. DR. AYKUT ÇANAKÇI
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışmanın amacı toz metalurjisi yöntemi kullanılarak nanopartikül takviyeli bakır matrisli fonksiyonel derecelendirilmiş elektrik kontak malzemelerini üretmek, partikül türü ve partikül miktarı ile üretilen elektrik kontak malzemelerinin fiziksel özellikleri, mekanik özellikleri, aşınma direnci ve ark erozyon davranışı arasındaki ilişkiyi araştırmaktır. Nanokompozitlerin fiziksel ve mekanik özellikleri üzerine takviye türü ve takviye oranlarının etkisi, yoğunluk, elektrik iletkenliği ve sertlik değerleri ölçülerek belirlenmiştir. İkinci adımda, en iyi iletkenlik, en iyi aşınma direnci ve en iyi kontak performansını sağlayan nanokompozitler fonksiyonel derecelendirilmiş elektrik kontak malzemelerinin üretiminde katman olarak kullanılmıştır. Sinterlenmiş Cu-grafen nanolevha nanokompozitlerinin elekrik iletkenliği 78.5-61.5 IACs aralığındadır. Cu-nanografit ve Cu-karbon nanotüp nanokompozitlerinin sertliği, Cu-grafen nanolevha nanokompozitlerinin sertliğinden daha düşük bulunmuştur. Bakır esaslı nanokompozitlerin aşınma direncinin takviye malzemesi olarak grafen nanolevha kullanıldığında önemli miktarda arttığı gözlemlenmiştir. Saf bakır ve Cu-karbon nanotüp numunelerle karşılaştırıldığında Cu-nanografit ve Cu-nanolevha nanokompozitleri yüksek iletkenlikleri ve kabul edilebililir aşınma direnci nedeniyle ark erozyon davranışı üzerinde önemli bir iyileşme göstermiştir. FDM'lerin mikroyapı ve özellikleri incelendiğinde katmanlı yapının FDM'lerin elektrik iletkenliği, sertliği, aşınma direnci ve ark erozyon özelliklerinde önemli iyileşmeler sağladığını ortaya koymuştur. FDM'lerin elektrik iletkenliği kalınlık boyunca 73 IACs ile 90 IACs arasında değişmiştir. FDM'lerin sertlik değerleri ise kalınlık boyunca 29 IACs ile 34 IACs arasında değişmiştir. Aşınma ve ark erozyon kayıpları iki ve üç katmanlı FGM kullanımı ile azalmıştır.

Abstract:
The aim of the present work was to study the production of nano particle reinforced Cu matrix functionally graded electrical contact materials using powder metallurgy method and to investigate the relationship of the particle type and particle content with physical properties, mechanical properties, wear resistance and arc erosion behavior of fabricated electrical contact materials. The effects of reinforcement type and weight percentage (wt%) on the physical and mechanical properties of the the composites were determined by measuring the density, electrical conductivity and hardness values. At the second step, the nanocomposites providing the best conductivity, the best wear resistance and the best contact performance was used for the production of functionally graded electrical contact materials. The electrical conductivity is in the range of 78.5-61.5 IACs for sintered Cu-graphene nanosheets nanocomposites. Hardness of Cu-nanographite and Cu-carbon nanotube nanocomposites is lower than that of the Cu-graphene nanosheet nanocomposites. It was observed that the wear resistance of Cu-based nanocomposites has been improved significantly when graphene nanosheet particles are used as reinforcement particles. Compared to monolithic copper and Cu-Carbon nanotube samples, Cu-nanographite and Cu-graphene nanosheet nanocomposites show the remarkable improvement on the arc erosion behavior due to higher electrical conductivity and acceptable wear resistance. Microstructure and properties of functionall graded materials shows that the gradation resulted in a remarkable enhancement of electrical conductivity, hardness, wear resistance and arc erosion properties. The electrical conductivity of FGM samples was changed from 73 IACs to 90 IACs along the thickness. The Brinell hardness of FGM samples was changed from 29 IACs to 34 IACs along the thickness. Wear rate and arc erosion rate were decreased by using two and three layers FGM.