Karbon nano tüp ve bor nitrür nano partikül takviyeli karbon/ epoksi nanokompozitlerin aşınmaya etkisinin deneysel incelenmesi ve matematiksel modellenmesi
Experimental investigation and mathematical modeling of carbon nano tube and boron nitride nano particulated reinforced carbon / epoxy nanocomposites
Yazar: MUHAMMED ALİ OKKA
Danışman: PROF. DR. AHMET AVCI
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Yüzey aşınması = Surface wear

Özet:
Bu tez çalışmasında farklı miktarlarda Karbon nanotüp (KNT) ve bor nitrür (BN) takviyeli karbon kumaş epoksi malzemeler üretilmiş ve elde edilen malzemelerin ASTM standartlarına göre çekme mukavemetine ve tribolojik özelliklerine incelenmiştir. Çekme testleri ASTM D 3039 standartlarında gerçekleştirilmiş olup KNT takviyeli malzemeler içinde çekme dayanımı en yüksek olan %1 KNT lü numune çıkmıştır. Onu sırasıyla %2 KNT li ve % 0,5 KNT li malzeme izlemiştir. Ayrıca içinde %1 Nano parçacık içeren malzemelerin çekme deneyleri karşılaştırıldığında; %1 KNT içeren numune en yüksek çekme mukavemetine sahiptir. Onu sırasıyla % 0,5 (KNT+BN) içeren ve %1 BN içeren malzemenin çekme mukavemeti takip etmiştir. İçine nano parçacık katılan her malzeme çekme deneyinde içine nano parçacık katılmayan saf malzemeden daha mukavemetli çıkmıştır.
Üretilen numunelerin ASTM G133 e göre aşınma testleri yapılmış ve tribolojik özelliklerine iki farklı açıdan incelenmiştir. İlk bakış açıs; deney tasarım metodlarından (DTM), tepki yüzey metodolojisi (TYM) ile önceden belirlenen farklı hız (m/s) ve yüklerde (N) ki girdi parametreleri ve önceden belirlenen μ ve aşınma miktarı (gr) gibi çıktı parametrelerine bağlı olarak her malzeme için 13 farklı deney yapılmıştır. İkinci bakış açısı; sabit hız (2m/s) ve sabit yük (20N) altında malzemelerin tribolojik özellikleri incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Sabit yük(N) ve hız(m/s) altında KNT içeren kompozitler karşılaştırıldığında; en düşük ortalama μ değeri %1KNT içeren kompozitlerde elde edilmiştir. Onu sırasıyla saf karbon kompozit, % 0,5 KNT ve %2 KNT içeren karbon kompozit takip etmiştir. İçinde %1 oranında nano partikül içeren kompozitler karşılaştırıldığında; en düşük %1 KNT içeren nano karbon kompozit olmuştur onu saf karbon kompozit ve %1 BN ve % 0,5 (KNT+BN) içeren nano kompozitler takip etmiştir. Aşınma katsayılarında ki yüksekliğe rağmen en düşük aşınma miktarı % 0,5 KNT içeren kompozitte gerçekleşmiştir. Onu sırasıyla %2 KNT içeren nano kompozit, % 0,5(KNT+BN) içeren nano kompozit takip etmiştir. En çok aşınma miktarı saf karbon kompozitte meydana gelmiştir. Bu durumda nano partiküllerin kompozitlerin yüzeyinde aşınma miktarını ciddi anlamda düşürdüğü ve bunu kullanılacak yere göre istenirse düşük μ de istenirse de yüksek μ değerlerinde elde edilebilinir.

Abstract:
In this thesis, different amounts of carbon nanotube (KNT) and boron nitride (BN) reinforced carbon fabric epoxy materials were produced and the tensile strength and tribological properties of the obtained materials were examined according to ASTM standards. Tensile tests were carried out according to ASTM D 3039 standards and KNT reinforced materials had the highest tensile strength of 1% KNT. This was followed by material with 2% KNT and 0,5% KNT respectively. Also compared to the tensile experiments of materials containing 1% nanoparticle inside; The sample containing 1% KNT has the highest tensile strength. This was followed by the tensile strength of the material containing 0,5% (KNT + BN) and 1% BN, respectively. In the tensile test, each material containing nanoparticles was more resistant than pure material without nanoparticles.
The abrasion tests of the produced samples according to ASTM G133 were performed and their tribological properties were examined from two different angles. first point of view: experimental design methods (DOE), response surface methodology (RSM) and the predetermined speed (m / s) and loads (N) of the input parameters and predetermined wear and abrasion amount (gr) depending on the output parameters 13 different experiments were performed for each material. The second perspective; tribological properties of materials under constant velocity (2m / s) and constant load (20N) were examined and compared. Comparing composites containing KNT under constant load (N) and velocity (m / s); the lowest mean μ value was obtained in composites containing 1% KNT. This was followed by carbon composite containing pure carbon composite, 0,5% KNT and 2% KNT, respectively. When compared to composites containing 1% nano particles; nano carbon composites containing the lowest 1% KNT followed by nano composites containing pure carbon composite and 1% BN and 0,5% (KNT + BN). Despite the high wear coefficients, the lowest amount of wear was observed in the composite containing 0,5% KNT. This was followed by nano-composite containing 2% KNT and nano-composite containing 0,5% (KNT + BN). The highest amount of wear occurred in the pure carbon composite. In this case, the nanoparticles can significantly reduce the amount of wear on the surface of the composites and can be obtained at low or high values depending on the place of use.