Titanyum diborürün bağlayıcı alaşım ile basınçsız sinterlenmesi ve karakterizasyonu
Pressureless sintering and characterization of titanium diboride with binding alloy
Yazar: NAZLI ÖZDEMİR
Danışman: PROF. DR. HASAN ERDEM ÇAMURLU
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Metal matrisli kompozitler = Metal matrix composites ; Titanyum diborür = Titanium diboride ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy

Özet:
Bu çalışmada TiB2 takviyeli Ni ve Fe alaşım matrisli kompozitler nispeten düşük sıcaklıkta basınçsız sinterleme ile üretilmiştir. TiB2 yüksek sertlik ve korozyon direncine sahip olan bir yüksek sıcaklık seramiğidir. Bağ yapısı ve düşük difüzyon katsayısı nedeniyle TiB2'yi saf halde sinterlemek güçtür. Bu nedenle sinterlenmesi için 1800 oC ve üzerinde sıcaklıklar gerekmektedir. Sinteleme sıcaklığı, metal bağlayıcı eklenerek düşürülebilmektedir. Ni, Fe ve alaşımları TiB2'nin sıvı faz sinterlenmesi için faydalı katkılar olarak bilinmektedir.
Bu çalışmada ağırlıkça % 10, 17,5 ve 25 oranlarında TiB2 içeren Ni, Fe ve alaşımı matrisli kompozitler argon atmosferinde basınçsız sinterleme ile 1375 oC'de üretilmiştir. %10 Ni matrisin, bu sıcaklıkta sürekli bir matris oluşturmak için yeterli olmadığı bulunmuştur. Üretilen kompozitlerde ham bağıl yoğunluklar yaklaşık %65-70 ve sinterlenmiş bağıl yoğunluklar % 88-90 olmuştur. En yüksek sertlik ve eğme dayanımı değerleri, %25 Ni matrisli kompozitte sırasıyla 1556±115 HV0.2 ve 279 MPa değerleri ile elde edilmiştir. PEG kullanımı veya ılık sıkıştırma uygulaması yoğunluğu veya mikrosertliği arttırmada etkili bulunmamıştır. TiB2 parçacıklarının 6-10 mikrometre aralığında olduğu görülmüştür. Bazı deneylerde başlangıç tozlarına WC-Co ortamında bilyeli öğütme uygulanmıştır. Öğütülmüş tozlardan üretilmiş olan kompozitlerin mekanik özellikleri diğerleri ile benzer olmuştur fakat TiB2 parçacıkları 2-4 mikrometre aralığında olarak daha küçüktür. Kompozitlerin öğütme ortamından kaynaklanan WC parçacıklarını içerdiği SEM ve EDS analizleri ile belirlenmiştir. Fe, Fe+Ni ve Fe+Ni+Co matrisli kompozitlerin özellikleri, Ni matrisli kompozitlerden daha düşük olmuştur.

Abstract:
In this study, TiB2 reinforced Ni and Fe alloy matrix composites were obtained through pressureless sintering at relatively low temperature. TiB2 is a high temperature ceramic with high hardness and corrosion resistance. It is difficult to sinter TiB2 in plain form due to its bond character and low diffusion coefficient. Thus, sintering requires high temperatures of over 1800 oC. Sintering temperature can be reduced by introducing metal binders. Ni, Fe and their alloys are known to be fruitful additives in liquid phase sintering of TiB2.
In the present study, composites containing 10, 17.5 and 25 vol.% TiB2 particles and Ni, Fe alloy matrix were prepared by pressureless sintering at 1375 oC in argon atmosphere. 10 % Ni addition was found to be insufficient at this temperature to provide a continuous matrix. In the obtained composites, green relative density values were about 65-70 % and the sintered relative density values were mostly about 88-90%. Maximum microhardness and bending strength values were attained in 25% Ni matrix composite with values of 1556±115HV0.2 and 279 MPa, respectively. Utilization of PEG or warm compaction was not found to be effective in enhancing density or microhardness. TiB2 particles were in 6-10 micrometer range. In some experiments, ball milling of the starting powders was employed in a WC-Co medium. In the composites obtained from milled powders, the mechanical properties were found to be similar to others, however TiB2 particles were finer, in 2-4 micrometer range. In SEM and EDS analyses, composites were seen to contain some WC particles, due to the milling medium. The properties of the composites having Fe, Fe+Ni ve Fe+Ni+Co matrices were inferior to those of Ni matrix composites.