Plazma elektrolitik oksidasyon yöntemi ile yüzeyi oksitlenen alüminyum köpük malzemelere alüminyumun infiltrasyonu ile kompozit malzeme üretimi ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Production and investigation of mechanical properties of composite materials obtained by aluminum infiltrated ceramic coated aluminum foams through plasma electrolytic oxidation process
Yazar: FATİH ÇAVUŞLU
Danışman: PROF. DR. METİN USTA
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies

Özet:
Bu çalışmada açık gözenekli alüminyum alaşımı köpük yüzeyini PEO yöntemi ile seramik kaplamak ve elde edilen seramik kaplamalı köpük yapıya A383 alüminyum alaşımının vakum destekli basınçlı döküm yöntemiyle infiltrasyonu gerçekleştirilerek kompozit malzeme üretilmesi ve mekanik özelliklerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Üretilen kompozit malzemelerin makro yapı ve mikro yapı incelemesi, metal/seramik dönüşüm oranı hesaplaması, yoğunluk ölçümleri ve mekanik testler yapılmıştır. 
PEO yöntemi ile alüminyum köpüklerin yüzeyinde seramik alümina ve mullit fazları oluşturulmuştur. PEO işlemlerinden sonra seramik kaplamalı köpük yapıların bağıl yoğunluğu artarken, gözenekliliği ise azalmıştır. Seramik kaplanan alüminyum alaşımı köpükler bir başlangıç doğrusal elastik (yarı-elastik deformasyon) bölge, genişletilmiş bir plato (durağan) bölgesi ve son olarak yoğunlaşma (sıkıştırma) bölgesini içeren, sünek metal köpük basma gerilme-gerinme eğrisine benzer bir eğri sergilemiştir. Üretilen kompozit levhaların ara kesit SEM ve mikro-CT tekniği ile tahribatsız incelemelerinde A383 alüminyum alaşımının tüm PEO ile seramik kaplanan gözenekli köpüklere başarılı olarak infiltre edildiği görülmüştür. Kompozit levhaların eğilme mukavemeti A383 alüminyum alaşımının eğilme mukavemeti ile karşılaştırıldığında düşük bulunmuştur. 15 J darbe enerjisinde tüm levhalarda geri sekme karakterli darbe davranışı gözlenmiştir. 45 J darbe enerjisinde ise 20 ppi gözenek yoğunluğundaki 90 dakika kaplamalı kompozit levha ile 40 ppi gözenek yoğunluğundaki 60 dakika kaplamalı kompozit levhada darbe ucunun kısmi nüfuz etme durumunun oluştuğu saptanmıştır. Darbe enerji düzeyi 140 J düzeyine artırıldığında, A383 alüminyum alaşımı levhada tam nüfuz etme durumu oluşarak delinme hasarı gerçekleşirken kompozit levhada delinme gerçekleşmeyerek daha iyi darbe direnci göstermiştir. Kompozit levhaların A383 alüminyum alaşımı levha ile karşılaştırıldığında aşınma direncini artmış ve ortalama aşınma hızı azalmıştır.

Anahtar Kelimeler: Alüminyum Köpük, Plazma Elektrolitik Oksidasyon, Basınçlı İnfiltrasyon, Kompozit Malzeme, Darbe Testi, Eğme Testi, Enerji Soğurma

Abstract:
In this study, it is aimed to coat the open porous aluminum alloy foam surface with PEO method and to produce composite material by infiltration of the A383 aluminum alloy to the ceramic coated foam structure by vacuum assisted pressure casting method and to examine its mechanical properties. Macrostructure and microstructure analysis of the produced PEO foams and composite materials, metal/ceramic conversion ratio calculation, density measurements and mechanical tests were carried out.
Ceramic alumina and mullite phases were formed on the surface of aluminum foams by the PEO method. While the relative density of the ceramic coated foam structures increased after PEO treatments, their porosity decreased. The ceramic coated aluminum alloy foams exhibited a curve similar to the compressive stress-strain curve of the ductile metal foam, including an initial linear elastic (semi-elastic deformation) region, an expanded plateau (stationary) region, and a final densification (compression) region. It was observed that the A383 aluminum alloy was successfully infiltrated into the porous foams coated with with PEO by SEM cross-section  and non-destructive micro-CT techniqe examinations of the produced composite plates. The flexural strength of the composite plates was found to be low when compared to the flexural strength of the A383 aluminum alloy. Rebound impact behavior was observed in all plates at 15 J impact energy. It was determined that partial penetration of the impact tip occurred in the 20 ppi pore density PEO coated for 90 minutes and 40 ppi pore density PEO coated for 60 minute composite plates at 45 J impact energy. When the impact energy level was increased to 140 J, full penetration and perforation damage occurred in the A383 aluminum alloy plate, while there was not any perforation at the composite plate and showed better impact resistance. The wear resistance of the composite plates is greater than A383 aluminum alloy plate and the average wear rate is lower than that of the A383 aluminum alloy plate.

Keywords: Aluminum Foam, Plasma Electrolytic Oxidation, Pressure Infiltration, Composite Material, Impact Test, Bending Test, Energy Absorption