Nanokristalin alüminyum ve gümüşün çözünen eklenmesiyle stabilizasyonu
Stabilization of nanocrystalline aluminium and silver by addition of solute
Yazar: IŞIN AKAY ERDOĞAN
Danışman: PROF. DR. HAKAN GAŞAN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Nanokristalin malzemelerin tane büyümesinden dolayı mukavemetlerindeki düşüş nedeniyle özellikle yüksek sıcaklıklarda kullanımları uygun olmamaktadır. Saf nanokristalin metallerde, fazla tane sınırı serbest enerjisi, düşük sıcaklıklarda dahi tane büyümesi için oldukça büyük bir itici güç sağlar. Tane büyümesi, nanokristalin tanelerin kabalaşmasına ve böylece mukavemetin düşmesine yol açar. Çözünen eklenmesiyle tane boyutunun kararlılığı sağlanabilmektedir. Bunun için iki ana yaklaşım vardır. Bunlardan birincisi, kinetik mekanizma diğeri ise termodinamik mekanizmadır. Mekanik alaşımlandırma ile geleneksel alaşımlandırma tekniklerindeki sınırlamaların çoğu ortadan kaldırıldığından oldukça dikkat çekici bir yöntemdir. Bu çalışmada Al-%(x)Sb (x=0,5, 1, 2)-%1,5 Stearik Asit; Al-%(x)Zr (x=0,5, 1, 2)-%1,5 Stearik Asit; Al-%(x)W (x=0,5, 1, 2)-%1,5 Stearik Asit; Al-%(x)Ni (x=0,5, 1, 2)-%1,5 Stearik Asit ve Ag-%2Zr-%1,5 Stearik Asit;  Ag-%1W-%1,5 Stearik Asit numuneleri mekanik alaşımlandırma yöntemi ile üretilmiştir. Üretilen toz numuneler preslenerek pelet haline getirilmiş ve cam tüplere konularak Ar atmosferinde farklı sıcaklıklarda ısıl işleme tabi tutulmuşlardır. Numunelerin, mikrosertlikleri ve X-ışını kırınımı ile tane boyutu ve faz analizleri hem ısıl işlem öncesi hem de sonrasında incelenmiştir. Zr miktarı arttıkça kristalit boyutta azalma görülmektedir. %1 ve 2 Zr içeren numuneler benzer değerler göstermiş olsa da hem sertlik düşüş yüzdesi hem de kristalit boyut göz önünde bulundurulduğunda 600°C'de en iyi performansı %2 Zr içeren numune sergilemektedir. W ve Ni, alüminyuma göre daha sert olduğundan bu katkı elementleri ile mekanik alaşımlandırma sonrası sertlik artmıştır; ancak kristalit boyut ve sertlik düşüş yüzdesi açısından diğer katkı elementlerine göre W ve Ni'in yeterince etkili olmadıkları gözlemlenmiştir. Al grubunda en kötü etkiyi gösteren katkı elementi Ni olmuştur. Sb ve Zr birbirine çok yakın değerler sergilemişlerdir. 600°C'de 1 saat ısıl işlem sonunda Zr katkısının etkisi Sb katkısına göre daha etkili olmuştur. Isıl işlemler sonrasında, mekanik alaşımlandırılmamış Ag numunesinin sertlik değeri düşerken hem Zr hem de W katkısı Ag numunesinin sertlik değerleri artmıştır.

Abstract:
Nanocrystalline materials are not suitable for use at particularly high temperatures because of the decrease in strength due to grain growth. In pure nanocrystalline metals, excess grain boundary free energy provides a considerable driving force for grain growth at relatively low temperatures. Grain growth causes the coarsening of the nanocrystalline grains and thus reduces strength. Grain size can be achieved by adding solute. There are two main approaches for this. The first one is the kinetic mechanism and the other is the thermodynamic mechanism. Mechanical alloying is quite remarkable because most of the limitations of conventional alloying techniques have been removed with this method. In this study Al-%(x)Sb (x=0,5, 1, 2)-%1,5 S.A.; Al-%(x)Zr (x=0,5, 1, 2)-%1,5 S.A; Al-%(x)W (x=0,5, 1, 2)-%1,5 S.A; Al-%(x)Ni (x=0,5, 1, 2)-%1,5 S.A ve Ag-%2Zr-%1,5 S.A; Ag-%1W-%1,5 S.A samples were produced by mechanical alloying method. The as-milled powder samples were pressed into pellets and then they were put in glass tubes and subjected to heat treatment at different temparatures under Ar atmosphere. The grain size and phase analysis by X-ray diffraction, micro hardness of the samples were examined both before and after the heat treatment.As the amount of Zr increases, crystallite size decreases. Although samples containing 1% and 2% Zr showed similiar values, the sample with 2%Zr indicates the best performance at 600°C considering both the decrease in hardness and the crystallite size. Since W and Ni are harder than aluminum, the hardness has increased after mechanical alloying with these additives; however, considering the crystalline size and the decrease in hardness, it was observed that W and Ni were not effective enough compared to other additives. The additive element showing the worst effect in the Al group was Ni. Sb and Zr additives showed very close values. After 1 hour heat treatment at 600°C, the effect of Zr additive was more effective than Sb additive. After the heat treatments, while the hardness value of the non-mechanically alloyed Ag sample decreased, hardness values increased with both Zr and W additives.