Al/Ni-ÇKKNT kompozitlerin toz metalürjisi ile üretimi, mekanik ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi
Production of Al/Ni-MWCNT composites by powder metalurgy, characterization of mechanical and physical properties
Yazar: FATİH BECERİK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA AKÇİL
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Son yıllarda, alüminyum esaslı metal matris kompozitlere (MMC'ler) ve birçok uygulamada ağırlık tasarrufu potansiyeli nedeniyle çok dikkat çekilmiştir. Karbon nanotüpler (KNT), nanoteknoloji bilimindeki istisnai buluşlardan biridir. Yüksek yüzey/hacim oranı, çekme mukavemeti, ısı iletkenliği ve düşük yoğunluk gibi üstün malzeme özelliklerine sahiptirler. Bütün metallerden daha güçlü ve daha hafiftirler ve bu özellikleri sayesinde onları güçlendirmek için iyi bir adaydır. Bununla birlikte, birçok araştırmacı, bileşiğin monolitten eşit ve bazen önemli derecede daha yüksek oranda aştığı kritik bir yük gözlemlemiştir. Bu gibi sebeplerle karbon nanotüp takviyeli kompozitlerin geliştirilmesine giderek daha fazla ilgi duyulmaktadır ve araştırma sayısı günden güne artmaktadır. Buradaki temel amaç, karbon nanotüplerin olağanüstü mekanik ve fiziksel özelliklerini tüm mühendislik malzemelerine aktararak çok daha üstün özelliklere sahip yeni nesil kompozit malzemeler geliştirmektir.
Bu çalışmada, saf aluminyum tozları içerisine Ni takviyesi için süspansiyonda 45 g/L NiCl2.6H20, 100 g/L C6H5Na3O7.51/2H2O, 50 g/L NH4Cl, 8 g/L NaH2PO2O ve 1 g/L alüminyum parçacıklarından oluşan bir nikel klorür çözeltisi kullanıldı. Ni kaplanarak mekanik özellikleri geliştirilen saf Aluminyum, Al-Ni Core-Shell yapılı kompozitleri elde etmek için farklı miktarda MWCNT'ler (ağırlıkça %1, 5, 10) şarj edildi ve toz numuneler hazırlandı. Hazırlanan tüm numuneler 200 rpm'de 2 saat boyunca mekanik olarak öğütüldü. Mekanik öğütme işlemi için 80 ml paslanmaz çelik kazan, 5 mm paslanmaz çelik bilyalar kullanıldı ve bilya / toz ağırlık oranı 10:1 seçildi. Elde edilen karışımlar mekanik ve tribolojik özellikleri belirlemek için mekanik pres yardımıyla soğuk preslendi. Soğuk preslenmiş numuneler, 2 saat boyunca 600 ° C'de indüksiyon prensibi ile çalışan fırın yardımı ile sinterlendi. Sinterlenen kompozit numuneler sertlik ve aşınma testlerinden önce yüzey morfolojisi analizi için taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak yorumlandı. X-ışını difraktometrisi (XRD) ile kompozitlerin kimyasal bileşimi hakkında incelemeler yapıldı. Sertlik değerlerini görmek için Vicker mikro sertlik cihazı kullanılarak ölçümler kaydedildi. Ardından aşınma testleri için sabit bir yükte dairesel hareketli bilyalı disk aparatı kullanılarak numuneler 0.5, 1, 1.5, ve 2N yük altında 10cm/sn hızında 200 metre boyunca aşındırılmış ve değerleri kaydedilmiştir. Aşınma testi sonrası yine SEM görüntüleri alınmış ve aşınma öncesi SEM görüntüleri ile birlikte yorumlanmıştır. MWCNT miktarının, kompozitlerin tribolojik ve mekanik özellikleri üzerindeki etkisi araştırıldı.

Abstract:
In recent years, much attention has been focused on aluminium-based metal matrix composites (MMCs) and because of the potential for weight savings in many applications. Carbon nanotubes (KNT) are one of the exceptional discoveries in nanotechnology science. They have superior material properties such as high surface / volume ratio, tensile strength, thermal conductivity and low density. They are stronger and lighter than all metals and, thanks to these properties, are a good candidate for strengthening them. However, many reaserchers have observed a critical load above which the composite wears at an equal, and sometimes substantially greater, rate than the monolith. It has been a steadily increasing interest in the development of carbon nanotubes reinforced composites. The motive is to transfer the exceptional mechanical and physical properties of carbon nanotubes to the bulk engineering materials.
A nickel cloride solution, consisting of 45 g/L NiCl2.6H2O, 100 g/L C6H5Na3O7.51/2H2O, 50 g/L NH4Cl, 8 g/L NaH2PO2O and 1 g/L aluminium particles in suspension, were used to produce Al-Ni core-shell composites. The core-shell Al/Ni particles and different amount MWCNTs ( 1, 3, 5 wt. %) were charged in bowl and mechanically milled for 2 h at 200 rpm to produce Al-Ni/MWCNT composites. For mechanical milling process, 80 ml stainless steel bowl and 5 mm stainless steel balls were used and ball to powder weight ratio was chosen 10:1. The resulting mixtures were cold pressed to determine mechanical and tribological properties. The surface morphology of composites, after and before wear tests were characterized using with a scanning electron microscopy (SEM). The chemical composition of the composites carried out with X-ray diffractometry (XRD). The microhardness was observed using a Vicker's microhardness indenter. The wear tests were carried out using by a reciprocating ball-on disk apparatus at a constant load. The effect of the amount of MWCNT was investigated on the tribological and mechanical properties of the composites.