Titanyum/grafen ikili toz takviyeli Al2O3 matrisli kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of titanium/graphene dual powder reinforced Al2O3 matrix composites
Yazar: SAMET YAVUZ
Danışman: PROF. DR. MEVLÜT GÜRBÜZ
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada toz metalurjisi yöntemiyle alümina matrise titanyum ve grafen takviyeleri yapılarak monolitik alümina, Al2O3-Ti ve Al2O3-Ti-Gr kompozitleri üretilmiştir. Farklı oranlarda yapılan Ti ve Gr takviyelerinin yoğunluk, sertlik, kırılma tokluğu, basma dayanımı ve aşınma dayanımı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Yapılan ön deneylerde şekillendirme basıncı olarak 100 bar basınç ve sinterleme prosesi için Ar gaz atmosferinde 10 oC/dk ısıtma oranı, 1550 oC sıcaklık ve 2 saat bekleme süresi optimum değerlerin elde edildiği parametreler olarak belirlenmiştir. Al2O3-Ti kompozitlerinde en uygun takviye oranı %0.5 Ti takviyeli AT005 numunesi olarak belirlenmiştir. Yapılan deneylerde %94 yoğunluk, 14,84 GPa sertlik 7,37 MPa.m1/2 kırılma tokluğu, 1207 MPa basma dayanımı, 4,43x10-5 mm3/Nm aşınma oranı sonuçları ile en yüksek değerler elde edilmiştir. Artan Ti takviye oranıyla mekanik özelliklerin olumsuz etkilendiği belirlenmiştir. Al2O3-Ti-Gr kompozitinde Ti oranı (%0.5) sabit tutulmuş ve en uygun takviye oranı %0.05 Gr takviyeli ATG0005 numunesi olarak belirlenmiştir. Yapılan deneylerde %94 yoğunluk, 19,77 GPa sertlik, 8,15 MPa.m1/2 kırılma tokluğu, 1285 MPa basma dayanımı, 1,07x10-5 mm3/Nm aşınma oranı sonuçları ile hem monolitik hem de Ti takviyeli numunelere kıyasla en yüksek değerler elde edilmiştir. Artan Grafen takviye oranıyla mekanik özelliklerin azaldığı belirlenmiştir. Bunun yanı sıra yapılan SEM ve XRD analizleri ile kompozitlerin mikroyapı analizleri yapılmış ve en yüksek sonuçların elde edildiği karışımlarda tane yapıları, porozite, homojen dağılım yapıları doğrulanmıştır.

Abstract:
In this study, monolithic alumina, Al2O3-Ti and Al2O3-Ti-Gr composites were produced by adding titanium and graphene reinforcements to the alumina matrix using the powder metallurgy method. The effects of Ti and Gr reinforcements at different rates on density, hardness, fracture toughness, compressive strength and wear resistance were examined. In the preliminary experiments, 100 bar pressure as the forming pressure, 10 oC/min heating rate in Ar gas atmosphere for the sintering process, 1550 oC temperature and 2 hours waiting time were determined as the parameters in which the optimum values were obtained. The most appropriate reinforcement ratio in Al2O3-Ti composites was determined as 0.5% Ti reinforced AT005 sample. In the experiments, the highest values were obtained with the results of 94% density, 14,84 GPa hardness, 7,37 MPa.m1/2 fracture toughness, 1207 MPa compressive strength, and 4,43x10-5 mm3/Nm wear rate. It was determined that mechanical properties were negatively affected by increasing Ti reinforcement ratio. In the Al2O3-Ti-Gr composite, the Ti ratio (0.5%) was kept constant and the most appropriate reinforcement rate was determined as the ATG0005 sample with 0.05% Gr reinforcement. In the experiments, the results showed 94% density, 19,77 GPa hardness, 8,15 MPa.m1/2 fracture toughness, 1285 MPa compressive strength,  1,07x10-5 mm3/Nm wear rate, the highest compared to both monolithic and Ti reinforced samples. values have been obtained. It was determined that mechanical properties decreased with increasing Graphene reinforcement ratio. In addition, microstructure analyzes of the composites were made with SEM and XRD analyses, and the grain structures, porosity and homogeneous distribution structures were confirmed in the mixtures where the highest results were obtained.