Toz metalurji metodu ile üretilen alüminyum matrisli ve alümina takviyeli kompozit malzemenin abrasiv aşınma davranışının incelenmesi
Investigation of abrasive wear behaviour of aluminum matrix and alumina reinforced composite material produced by powder metallurgy method
Yazar: FURKAN YALÇINKAYA
Danışman: PROF. DR. HALİL ARIK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışmada, sıcak presleme ile alüminyum matrisli, ağırlıkça % 5, 10 ve 15 alümina takviyeli kompozit malzemeler üretilmiş ve pin-on-disk cihazı ile abrasiv aşınma özellikleri incelenmiştir. Bu çalışmanın amacı, alümina parçacık takviyesinin Al metal matrisin abrasiv aşınma davranışına etkilerini araştırmaktır. Takviye malzemesi olarak parçacık boyutu -32 µm ve saflığı % 99,52 olan alumina tozu, matris malzemesi olarak -160 µm boyutta ve % 99, 7 saflıkta alüminyum tozu kullanılmıştır. Alüminyum ve alümina tozlarının birbiri içerisinde homojen dağılımını sağlamak için, bu tozlar 12 mm çapında çelik bilye içeren yüksek enerjili atritörde iki saat boyunca karıştırılmıştır. Alüminyumun bilyelere ve karıştırma tankı duvarlarına sıvanmasını önlemek için yağlayıcı olarak ağırlıkça % 1,5 çinko sterarat karışım toza eklenmiştir. Mekanik karıştırmadan sonra 8 mm çapında ve 18 mm boyunda aşınma testi numuneleri üretmek için 400 MPa basınçta ve 580 °C'de 1 saat süreyle tek yönlü eksenel kalıpta sıcak presleme işlemi gerçekleştirilmiştir. Daha sonra kompozit blok parçaların mikroyapı incelemeleri, yoğunluk ve sertlik ölçümleri yapılmıştır. Abrasiv aşınma testleri pin-on-disk cihazı kullanılarak 200 m mesafede değişen yükler (2-8 N) altında gerçekleştirilmiştir. Aşınma testlerinde aşındırıcı karşı taraf olarak 320-600 mesh arası SiC zımparalar kullanılmıştır. Sonuçlar mekanik karıştırma sonrası matris yapıda alüminanın homojen olarak dağıldığını göstermiştir ve bu durum kompozit malzemenin mekanik özelliklerine pozitif katkı sağlamıştır. Pin-on-disk aşınma testinde sonuçlar ağırlık kayıplarına göre hesaplanmış ve test sonuçları kompozitin aşınma direncinin alüminyum toz metal parçaya göre daha iyi olduğunu göstermiştir. En iyi aşınma testi sonuçları % 15 alümina içeren kompozit numuneden elde edilmiştir. Bu malzemenin 8 N yük altındaki aşınma testlerinde matris malzemeye göre ağırlık kaybının % 65-80 aralığında azaldığı ve sertliğinin % 107 artmış olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this study, aluminum matrix reinforced by adding 5;10 and 15 % wt. alumina composite materials were produced via hot pressing process and its abrasive wear properties using pin-on-disc machine was investigated. This study is an attempt to investigate the effects of adding alumina as reinforcement particles to abrasive wear behavior of Al metal matrix. As reinforcement materials, alumina powder with -32 µm particle size and 99.52 purity and as matrix materials aluminum powder with – 160 µm and 99.7 % purity was used.  To homogenously distribute aluminum and alumina powders in each other, both powders were mixed in a high-energy atritor containing steel ball in 12 mm diameter for two hours. To prevent sticking of aluminum to ball and to wall of the milling tank, 1.5 % wt. zinc stearate was added to the mixture as a process control agent. After the mechanical mixing of powders, to produce wear test sample in 8 mm diameter and 18 mm length hot pressing process was performed under 400 MPa pressure at 580 °C for 1 hour in axial die by using a single action press. Then microstructural examination, density and hardness measurements of composite block samples were done.  Abrasive wear tests using pin-on-disc machine were performed under the varying load for 200 m distance. During the wear tests, SiC sandpapers between 320-600 mesh were used as abrasive materials.  The results showed that after the mechanical mixing, homogenously distribution of alumina in the matrix structure was obtained and this situation positively affected the mechanical properties of the composite material. The results were evaluated based on weight loss in pin-on-disc wear tests and test results have shown that the composite has better wear resistance than aluminum powder metal part. The best wear test results were obtained in composite specimens containing 15% alumina.  The test results show that wear loss of this composite material under the 8 N load is reduced by 65-80 % compared to aluminum matrix material and the hardness value increased by 107 %.