Dolgu malzemesi türü ve oranlarının elyaf takviyeli kompozit malzemelerin aşınma davranışına etkisi
Effect of filler material type and ratio on erosion wear behavior of fiber reinforced composite materials
Yazar: YAVUZ SELİM KILIÇARSLAN
Danışman: PROF. DR. BÜLENT ÖZTÜRK
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Eğitimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Cam elyaf kompozitler = Glass fiber composites ; Cam elyafı = Fiberglass ; E-camı elyafı = E-glass fibre ; Epoksi reçine = Epoxy resin ; Eroziv aşınma = Erosive wear ; Plastik kompozitler = Plastic composites ; Tabakalı kompozitler = Laminated composites

Özet:
Bu çalışmada, farklı tür ve oranda dolgu malzemesi içeren epoksi reçine esaslı cam ve karbon elyaf takviyeli kompozit malzemelerin katı parçacık erozyon aşınma davranışları incelenmiştir. Dolgu malzemesi olarak silis dumanı (mikro silika, SiO2) ve çinko oksit (ZnO) ağırlıkça %0, %8 ve %16 oranlarında kompozit malzemelere ilave edilmiştir. Kompozitler, el yatırma ve vakumlama tekniği ile üretilmiştir. Üretilen numunelerin katı parçacık erozyon performansları 20°, 30°, 45°, 60° ve 90° çarpma açılarında ve 70, 100, 150 ve 200 m/s çarpma hızlarında belirlenmiştir. Erozyon deneylerinde aşındırıcı malzemesi olarak farklı boyutlarda silisyum karbür (SiC) kullanılmış olup aşındırıcının ortalama parçacık boyutları sırasıyla 72, 175 ve 348 µm şeklindedir. 
Elde edilen sonuçlardan kompozit malzemelerin erozyon aşınma değerleri artan çarpma hızı, çarpma süresi ve aşındırıcı parçacık boyutu ile arttığı tespit edilmiştir. Cam elyaf takviyeli kompozit malzemelerde artan çarpma açısıyla erozyon aşınma değerleri artmış ancak karbon elyaf takviyeli kompozitlerin erozyon değerleri 60° çarpma açısına kadar artmış bu değerin üzerinde bir miktar düştüğü belirlenmiştir. Ayrıca, silis dumanı dolgulu kompozit malzemelerin, çinko oksit dolgulu kompozit malzemelere göre daha iyi erozyon direnci göstermiştir. Numunelerin aşınma yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak incelenmiş, numune aşınma mekanizmalarının genellikle matris/elyaf ayrılması, elyaf kırılması ve kopması, matris deformasyonu ve mikro çatlak şeklinde olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this study, solid particle erosion behavior of epoxy resin based glass and carbon fiber reinforced composite materials containing different types and ratio of fillers were investigated. Silica fume (microsilica, SiO2) and zinc oxide (ZnO) as filler materials were added to the composite materials 0, 8 and 16 wt%. Composite materials were fabricated by using vacuum assisted hand lay-up technique. The solid particle erosion wear performances of the samples were determined at impact angles of 20°, 30°, 45°, 60° and 90° and impact velocities of 70, 100, 150 and 200 m/s. Silicon carbide (SiC) abrasive particle with an average particle diameter of 72, 175 and 348 µm, respectively, was used as erodent in erosion test.
The results show that erosion rate increased with increasing impact velocity, impact duration and abrasive particle size in all composite materials. Erosive wear values also increased with increasing impact angle in glass fiber reinforced composite materials, but erosion values increased up to 60° impact angle in carbon fiber based composites and decreased slightly above this value. Silica fume filled composite materials exhibited better erosion resistance than zinc oxide filled composites. The eroded surfaces of the composites were investigated by using scanning electron microscopy (SEM). As a result of the investigation, fiber/matrix debonding, fiber fracture, matrix deformation and microcracks were observed as wear mechanism on the composite materials.