Katmanlı metalik tozlar kullanılarak geliştirilen yeni tür elektrik kontak malzemelerinin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of novel electrical contact materials developed using layered metallic powders
Yazar: ONUR GÜLER
Danışman: PROF. DR. ÜMİT ALVER
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Arayüzler = Interfaces ; Kontak malzemesi = Contact material ; Krom kaplama = Chromium plating ; Metal kaplama = Metal coating ; Nikel kaplama = Nickel plating ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy ; Yüzey kaplama = Surface coating ; Yüzey kaplama malzemeleri = Surface coating materials ; Yüzey kaplama yöntemleri = Surface coating methods

Özet:
Bu çalışmada, katmanlı metalik tozları kullanılarak yeni tür elektrik kontak malzemelerini üretmek amacıyla; bakır tozları üzerine akımsız gümüş, nikel ve krom kaplamalar uygulandı. Elde edilen katmanlı tozlar kullanılarak, toz metalurjisi yöntemiyle fonksiyonel derecelendirilmiş yeni tür elektrik kontak malzemeleri üretildi. Öncelikle, akımsız kaplama kalitesi için en uygun toz morfolojisini belirlemek amacıyla; bakır tozları farklı sürelerde öğütülerek elde edilen bakır tozlarına akımsız gümüş kaplama işlemleri uygulandı. Pulsu olan morfolojinin akımsız kaplama işlemleri için en uygun morfoloji olduğu belirlendi. Akımsız kaplama işlemlerinden sonra, toz metalurjisi yöntemiyle katmanlı tozlar kullanılarak üretilen iki farklı fonksiyonel derecelendirilmiş elektrik kontak malzemesi (FDEKM) üç katmanlı olarak tasarlandı. Her iki FDEKM için alt ve orta tabakalar aynı malzemeleri içermekle birlikte; alt katmanda küresel bakır tozları, orta katmanda gümüş kaplı bakır tozları kullanıldı. İlk FDEKM için üst katmanda; dış, orta ve alt tabakada sırasıyla nikel, gümüş ve bakır içeren üç katmanlı tozlar kullanılırken, ikinci FDEKM için krom, gümüş ve bakır içeren üç katmanlı tozlar kullanıldı. Üretilen malzemeler için fiziksel-mekanik özellik, aşınma performansı ve ark-erozyon direnci araştırması yapıldı. Nikel içeren FDEKM'lerden elde edilen elektriksel iletkenlik değeri yaklaşık 85 %IACS olarak belirlenirken sertlik değerleri yaklaşık 125 HB'ye kadar yükselmiştir. Elektriksel iletkenlik değerleri saf bakıra göre yaklaşık %15 oranında azalma gösterse de sertlik değerleri saf bakıra göre yaklaşık %50 oranında artış göstermiştir. Aşınma ve ark-erozyon dirençleri de saf bakıra göre, sırasıyla yaklaşık 3 ve 10 kat artış göstermiştir.

Abstract:
In this study, in order to produce novel electrical contact materials using layered metallic powders; electroless silver, nickel and chrome coatings were applied on copper powders.  Using the obtained layered powders, functional graded novel electrical contact materials were produced by powder metallurgy method. First of all, in order to determine the most suitable powder morphology for electroless coating quality; Electroless silver coating processes were applied to copper powders obtained by milling copper powders at different times. It was determined that the flake morphology was the most suitable for electroless coating processes. Two different functionally graded electrical contact materials (FGECM) produced by using layered powders by powder metallurgy method after electroless coating processes were designed as three layers. Although the lower and middle layers for both FGECMs contain the same materials; spherical copper powders were used in the bottom layer and silver-coated copper powders were used in the middle layer. For the first FGECM, in the upper layer; 3-layer powders containing nickel, silver and copper were used in the outer, middle and bottom layers, respectively, while 3-layer powders containing chromium, silver and copper were used for the second FGECM. The investigation of physical-mechanical properties, wear performance and arc-erosion resistance was carried out for the produced materials. While the electrical conductivity value obtained from FGECMs containing nickel was determined as approximately 85 IACS%, the hardness values increased up to approximately 125 HB. Although the electrical conductivity values decreased by approximately 15% compared to pure copper, the hardness values increased by approximately 50% compared to pure copper. Wear and arc-erosion resistances also increased approximately 3 and 10 times, respectively, compared to pure copper.