Parçacık takviyeli fonksiyonel derecelendirilmiş alüminyum köpüklerin mekaniksel ve fiziksel özelliklerin araştırılması
Investigation of mechanical and physical properties of particle reinforced functional graded aluminum foam
Yazar: ELİF GÖBELOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. ARİF UZUN
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada boşluk tutucu tekniği ile parçacık takviyeli alüminyum köpükler üretilmiş ve üretilen köpüklerin mekaniksel ve fiziksel özellikleri karşılaştırılmıştır. Köpüklerin üretiminde başlangıç malzemeleri olarak %99,5 saflıkta Al tozu (<44 µm), ortalama çapı 7 µm SiC parçacıkları ve boyutları 1-5 mm arasında değişen üre granülleri kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar alüminyum ve SiC parçacıklarının (ağırlıkça %3, %5 ve %7) karıştırılması ile başlanmıştır. Ardından boşluk tutucu olarak hacimce %75 üre granülleri Al-SiC karışımına ilave edilmiştir. Hazırlanan karışım üç boyutlu bir karıştırıcıda 30 dakika karıştırılmıştır. Daha sonra karışım tek eksenli hidrolik preste 600 MPa basınç altında sıkıştırılmıştır. Preslenmiş kompaktlardaki ürelerin çözünümü için numuneler 80°C'de 3 saat su banyosunda bekletilmiş ve sonrasında 650°C'de 2 saat boyunca fırında sinterleme işlemine tabii tutulmuştur. Üretilen numunelerin sıkıştırma kuvvetleri altında ezilme davranışlarını belirlemek için basma testi uygulanmıştır. Bununla birlikte hücre duvarlarındaki sertlik değişimini belirlemek için mikro sertlik testleri uygulanırken, köpük yapıların gözenek morfolojileri ve yoğunluk değişimleri karakterize edilmiştir. Buna göre her üç köpük türünde de (Al köpük, %5 SiC-Al köpük ve FD-Al köpük) elde edilen gözeneklilik miktarı kullanılan üre miktarıyla oransal olarak (%75) uyum sağlamıştır. Bununla birlikte SiC parçacıklarının köpüklerin hücre morfolojisi üzerindeki etkisi yok denecek kadar azdır. Diğer taraftan mekanik performansın gelişimi açısından oldukça önemli etkiye sahiptir. Çökme gerilimi (4,48 MPa), plato gerilimi (5,01 MPa) ve enerji emme kapasitesinin (2,47 MJ/m3) en yüksek olduğu köpük türü FD-Al köpüklerdir.

Abstract:
In this study, particle (SiC) reinforced aluminum foams were produced using the space holder technique and the mechanical and physical properties of the produced foams were compared. In the production of foams, 99.5% pure Al powder (<44 µm), SiC particles with an average diameter of 7 µm and urea granules with sizes ranging from 1-5 mm were used as starting materials. Experimental studies started with mixing aluminum and SiC particles (3%, 5% and 7% by weight). Then, 75% by volume urea granules were added to the Al-SiC mixture as space holder. The prepared mixture was mixed in a three-dimensional mixer for 30 minutes. Then, the mixture was compressed under 600 MPa pressure in a uniaxial hydraulic press. To dissolve the ureas in the pressed compacts, the samples were kept in a water bath at 80 °C for 3 hours and then subjected to sintering in the oven at 650°C for 2 hours. Compression test was applied to determine the crushing behavior of the produced samples under compression forces. In addition, microhardness tests were applied to determine the hardness change in the cell walls, while the pore morphologies and density changes of the foam structures were characterized. Accordingly, the amount of porosity obtained in all three foam types (Al foam, 5% SiC-Al foam and FD-Al foam) was proportionally compatible with the amount of urea used (75%). In addition, the effect of SiC particles on the cell morphology of foams is negligible. On the other hand, it has a very important effect in terms of the development of mechanical performance. The foam type with the highest collapse stress (4.48 MPa), plateau stress (5.01 MPa) and energy absorption capacity (2.47 MJ/m3) is FD-Al foams.