Halloysit nanotüp katkısının karbon-aramid fiber takviyelinanokompozitlerin aşınma özelliklerine etkisinin incelenmesi
Examination of the effect on wear behavior of carbon-aramid fiber reinforced nanocomposites with the halloysite nanotube modification
Yazar: YUSUF BAŞTOSUN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET EMİN ÇETİN
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Halloysit = Halloysite ; Kompozit malzemeler = Composite materials ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Nanotüp = Nanotube

Özet:
Bu tez çalışmasında, karbon-aramid elyaf takviyeli hibrit nanokompozitler, halloysit nanotüp (HNT) katkısıyla modifiye edilmiş epoksi matris kullanılarak vakum destekli bir el yatırma yöntemi ile üretilmiştir. Saf karbon-aramid elyaf takviyeli hibrit kompozitler ve HNT katkılı karbon-aramid elyaf takviyeli hibrit kompozitlerin sertlik ölçümleri ASTM D785-08 standardına göre Brinell sertlik testi kullanılarak, aşınma testleri ASTM G99 standardına göre yapılmıştır. 10N, 15N, 20N yükler altında ve 1 m/s kayma hızında numunelerin tribolojik performansını incelemek için aşınma testleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, hibrit kompozitlerin tribolojik davranışı üzerindeki HNT'lerin etkilerini araştırmak için aşınma hızı ve sürtünme katsayısı sonuçları da kullanılmıştır. Saf ve HNT katkılı numunelerin aşınma mekanizması taramalı elektron mikroskopi (SEM) görüntüleri ile belirlenmiş, aşınmış yüzeylerin element analizi ise enerji dağınımlı X-ışını (EDX) kullanılarak elde edilmiştir. Daha sonra, yüzey morfolojisi 3 boyutlu topografi görüntüleri ile değerlendirilmiş, aşınma üzerinde HNT'lerin ısıl iletkenlik etkisini belirlemek için termal kamera görüntüleri kullanılmıştır.
Aşınma test sonuçları, HNT'lerin kompozite eklenmesiyle birlikte sürtünme katsayısını 10N, 15N ve 20N yükler için sırasıyla %9, %10 ve %11 oranında azalttığını göstermiştir. Aşınma miktarı da aşınma yükleri için ortalama %75 oranında azaltılmıştır. 3 boyutlu topografiden elde edilmiş yüzey form görüntüleri, sürtünme katsayısı ve aşınma miktarı değerlerindeki azalışı desteklemiştir. Termal kamera görüntüleri, temas bölgesindeki ısıl iletkenlik gelişiminin HNT'lerden kaynaklandığını göstermiştir. Ayrıca, HNT'lerin tribofilm oluşturma gibi katı yağlayıcı özelliği, nanokompozitlerin tribolojik performansındaki artışın ana nedeni olarak belirlenmiştir. Son olarak, SEM görüntülerinden yola çıkarak HNT takviyeli karbon-aramid hibrit kompozitlerin aşınma davranışını açıklamak için detaylı bir aşınma mekanizması önerilmiştir.

Abstract:
In this thesis, carbon-aramid fiber reinforced hybrid nanocomposites were produced using a vacuum assisted hand lay-up method using hallocite nanotubes (HNTs) modified epoxy matrix. Hardness measurements of neat carbon-aramid fiber reinforced hybrid composites and HNTs-added carbon-aramid fiber reinforced hybrid composites were performed using Brinell hardness test according to ASTM D785-08 standard, and wear test are performed according to ASTM G99 standard. The wear tests are performed on the ball-on-disk to analyze the tribological effect of neat and HNTs-added specimens at 10, 15, and 20 N loads and 1 m/s sliding speed. In addition, wear rate and friction coefficient results are also provided to explore the effects of HNTs on the tribological behavior of hybrid composites. The wear mechanism of the neat and HNT-added specimens was determined by scanning electron microscopy (SEM) images, and elemental analysis of the worn surfaces was obtained using energy dispersive X-ray (EDX). Then, the surface morphology was evaluated with 3D topography images, and thermal camera images were used to determine the thermal conductivity effect of HNTs on wear.
The wear test results showed that the addition of HNTs to the composite reduced the coefficient of friction by 9%, 10%, and 11% for 10N, 15N, and 20N loads, respectively. The wear rate is also reduced by an average of 75% for wear loads. The surface form images obtained from the 3D topography supported the increase in the friction coefficient and wear rate values, and the thermal camera images showed that the thermal conductivity development in the contact area showed that the HNTs have good thermal properties. In addition, the solid lubricant property of HNTs such as tribofilm formation was determined as the main reason for the increase in the tribological performance of nanocomposites. Finally, a detailed wear mechanism is proposed to explain the wear behavior of HNTs reinforced carbon-aramid hybrid composites based on SEM images