Partikül takviyeli AA 2014 metal matrisli kompozit malzemenin infiltrasyon yöntemi ile üretimi ve özelliklerinin karakterizasyonu
Investigation on the properties of particulate reinforced AA 2014 metal matrix composite materials produced by vacuum infiltration method
Yazar: ONUR OKUR
Danışman: PROF. DR. SİBEL DAĞLILAR ; PROF. DR. RECEP ÇALIN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Alüminyum matrisli kompozitler = Aluminum matrix composites ; Brinell sertliği = Brinell hardness ; Hibrit malzemeler = Hybride materials ; Metal kompozitler = Metal composites ; Metal matrisli kompozitler = Metal matrix composites ; Vakum infiltrasyon yöntemi = Vacuum infiltration technique ; Yapay yaşlandırma = Artificial aging

Özet:
Son çeyrek yüzyılda, insanoğlunun katlanarak artan ihtiyaçları ve teknolojide yaşanan büyük sıçrayışlar sebebiyle geleneksel malzemeler gelişmelere ayak uydurmakta zorlanmış ve kendilerinden beklenen performansı sergileyememiştir. Bu noktadan itibaren, daha üstün ve özgün özelliklere sahip kompozit malzemeler devreye girmiş ve artan oranda mühendislik tasarımlarında yer bulmaya başlamıştır. Özellikle, metal matrisli kompozit malzemeler, bunların içinde de partikül takviyeli alüminyum matrisli kompozit malzemeler; düşük yoğunluk, yüksek mukavemet ve sertlik, uygun yorulma dayanımı, yüksek sıcaklıklarda boyutsal kararlılık ve makul tribolojik özellikleri nedeniyle otomotiv, havacılık ve savunma sanayinde geniş kullanım alanı kazanmıştır.
Metal matrisli kompozit malzeme üretiminde, dünyada en çok kullanılan matris malzemesi, alüminyum ve alaşımlarıdır. Takviye elemanı olarak genelde, düşük yoğunluğu (2.52 g.cm-3), yüksek kimyasal inertliği, yüksek sıcaklıklarda kararlılığıyla, elmas ve kübik bor nitrürden sonra en sert üçüncü malzeme olan bor karbür ve nispeten düşük yoğunluğu (3.21 g.cm-3),  yüksek ısıl iletkenlik ve düşük ısıl genleşme katsayısının yanı sıra yüksek sertliğe de sahip olmasından ötürü aşınmaya dayanıklı silisyum karbür (SiC) kompozit malzemeler üretmek için kullanılmaktadır.
Partikül takviyeli metal matrisli kompozit malzeme üretimi için basit ve oldukça ekonomik bir yöntem olan ''Vakum İnfiltrasyon Yöntemi'' kullanılmaktadır. Bu yöntemde; sıvı matris, negatif bir basınç uygulanarak, ön şekil verilmiş gözenekli yapı (preform) içerisine emdirilmektedir.
Bu çalışmada; AA 2014 alüminyum alaşımı matris malzemesi, B4C ve SiC partiküller takviye elemanı olarak seçilmiş ve üretim yöntemi olarak vakumlu infiltrasyon yöntemi seçilmiştir. Deneysel çalışmalarda kullanılacak hibrit kompozit malzemelerin toplam takviye hacim oranları %10 olacak şekilde B4C ve SiC partiküller karıştırılmışıtr. Ayrıca karşılaştırma yapmak amacıyla tek tip (monolitik) %10 takviye hacim oranına sahip B4C ve SiC karışımlar hazırlanmıştır. Hazırlanan toz karışımı silindirik kalıbın içerisine yerleştirilmiş ve silindirik kalıp 700 ○C'de sıvı AA 2014 ergiyiğinin içine daldırılmış bu sırada vakum pompası ile kalıba negatif vakum uygulamıştır.
Daha sonra, üretilen numunelere 510 ○C'de 1 saat çözeltiye alma ısıl işlemi uygulanmış ardından 170 ○C ve 190 ○C'de ve farklı sürelerde yaşlandırma ısıl işlemi uygulandıktan sonra numuneler Brinell sertlik testi yapılarak T6 ısıl işleminin sertliğe etkisi belirlenmiştir. Son olarak, numuneler, XRD, SEM ve EDS incelemelerine tabi tutularak yaşlandırma ısıl işleminin mikroyapı ve kimyasal yapıya olan etkileri analiz edilmiştir.

Abstract:
In the last quarter of the century, because of increasing in the humankind's necessity and big leap happened in technology, conventional materials have had difficulty in keeping pace with them and they could not deliver a satisfactory performance. Since then, composite materials, which have superior and more distinctive properties, have been put into use and they have used increasingly in engineering designs. Particularly, metal matrix composites and particulate reinforced aluminium matrix composites amongst them have gained more importance in automotive, aeronautical and defence industries due to their specific properties. These include low density, high strength and stiffness, good fatigue strength, dimensional stability at high temperatures and acceptable tribologic properties.
Aluminium and its alloys are the most widely used matrix materials for metal matrix composites. As reinforcements, Boron carbide (B4C) is the third hardest material after diamond and cubic boron nitride, which possesses a low density (2.52 g.cm-3), a high degree of chemical inertness and high temperature stability properties. Silicon carbide is an excellent material to produce highly wear resistant composite materials, because it has a high thermal conductivity and a low thermal expansion coefficient as well as high hardness in addition to a comparatively low density (3.21 g.cm-3).
One of the most suitable fabrication routes is the vacuum infiltration method which is very simple and, notably, affordable to produce particulate reinforced metal matrix composite. In this method, liquid matrix is saturated into porous reinforcement preform by applying negative pressure.
In this study, AA 2014 was selected as a matrix material, B4C and SiC were selected as reinforcements and the vacuum infiltration route was selected as a production method. 
The reinforcement volume ratios of hybrid composites that were used in the experimental studies were designed by mixing as totally 10% B4C and SiC. Furthermore, powder mixtures which have a 10% B4C and a 10% SiC reinforcement volume ratio were prepared for comparison in order to produce monolithic composites. Prepared mixtures were placed into cylindrical moulds and the moulds were sunk into the melting AA 2014 alloy at 700 ○C ; meanwhile, the vacuum pump applied negative vacuum to the mould 
Afterwards, aging treatment was applied to the specimens at 510 ○C during 1 hour and end of 1 hour it was quenched. Later, specimens were held in heat treatment furnace at 170 ○C and 190 ○C for different period of time. After heat treatment process, the effect of T6 treatment on hardness was determined by using Brinell hardness test on the heat treatment applied specimens. Ultimately, the effects of the aging treatment on microstructure and chemical structure were analysed by carrying out XRD, SEM and EDS analysis on the specimens.