Seramik katkılı alüminyum esaslı köpük kompozit üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of ceramic reinforced aluminum matrix composite foam
Yazar: EREN ONUKLU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. BİLGE YAMAN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Düşük yoğunluk, yüksek dayanım, iyi enerji sönümleme özellikleriyle son yıllarda oldukça ilgi gören metalik köpüklerin en çok kullanılanı alüminyum esaslı köpüklerdir. Mevcut özelliklerini iyileştirerek potansiyel kullanımlarını geliştirmek için seramik katkı yapılarak kompozit köpükler elde edilebilmektedir. Bu çalışmada, toz metalurjisi yöntemiyle alüminyum ve mekanik alaşımlama ile üretilen alüminyum 2024 alaşımı olmak üzere iki farklı matris malzemesine, kübik bor nitrür (kBN) ve alümina (Al2O3) katkıları yapılarak kompozit köpük üretimi yapılmıştır. Metal köpüklere takviye olarak kBN çalışması literatürde oldukça sınırlıdır. Ayrıca köpürtücü malzeme olarak geleneksel köpürtücü malzemeler yerine borik asit kullanılmıştır.
Matris malzemesine argon ortamında ağırlıkça %2, %5 ve %10 oranlarında seramik ilavesi yapılarak bilyalı değirmende öğütülmüş; elde edilen kompozitler ağırlıkça %50 oranında borik asit eklenip karıştırıldıktan sonra 150 ve 300 barlık farklı basınçlarda preslenmişlerdir. Ayrıca polivinil alkol'un (PVA) bağlayıcı olarak etkisini incelemek için bazı numuneler köpürtücü malzeme ilavesinden önce PVA ile kaplanarak kurutulmuştur. Preslenen numunelerin sinterleme işlemi yapılmış ve borik asidin uzaklaşarak kompozit köpük eldesi sağlanmıştır. Sinterleme sıcaklığı borik asidin termogravimetrik/ diferansiyel termal analizörü sonucuna göre alüminyum için 620ºC, alaşım için 550ºC olarak belirlenmiştir. Üretilen köpüklerin mekanik özellikleri ve karakterizasyon incelenerek takviye yapılmamış köpüklerin sonuçları ve birbirleriyle kıyaslanmışlardır.
Elde edilen sonuçlarla alüminyum köpüğe kBN ve Al2O3 takviyesi literatürle karşılaştırılarak desteklenmiş ve borik asidin köpürtücü malzeme olarak kullanılabilirliği tespit edilmiştir. Özellikle ağırlıkça %10 kBN katkılı alüminyum esaslı köpüklerin mekanik özelliklerindeki gelişme oldukça fazla olmuştur.

Abstract:
With low density, high strength and energy damping properties metallic foams withdraw the attention of many researchers in recent years and most commonly used metallic foam is aluminum - based foam. To develop potential application areas and to improve existing properties of aluminum foams, composite foams can be obtained by adding ceramic reinforcements. In this work, composite foam was produced by two different matrix materials -one is aluminum which was produced by powder metallurgy and the other is aluminum 2024 alloy which was produced by mechanical alloying- reinforced with Cubic Boron Nitride (cBN) and Alumina (Al2O3). The number of studies CBN as reinforcement in literature is very limited. And also in this work as foaming material, instead of traditional foaming materials, boric acid was preferred.
Under Argon atmosphere, different amounts of ceramic powder (2%,5 % and 10 % w/w) were mixed into the matrix material, ball milled in planetary ball mill; after mixing the produced composites with 50% (w/w) amount of boric acid, composites were cold pressed under 150 and 300 bar pressures. Furthermore to analyze the binding effect of polyvinyl alcohol (PVA), some samples were covered and dried with PVA before adding foaming material. Sintering was applied to cold pressed samples therefore leaving boric acid from samples to produce composite foam. Sintering temperature was determined by the result of thermogravimetric/differential thermal analyst as for aluminum 620 C, for alloy 550 C. Mechanical properties of produced samples were evaluated and characterized, and then the results were compared with the non-reinforced foams.
By the results of this work; CBN and Al2O3 reinforcements to aluminum from were compared with previous studies and supported and also this work clearly indicated that boric acid can be used as foaming material. Obviously at 10% (w/w) CBN reinforced aluminum- based foam proved much more improved mechanical properties.