Alüminyumun içerdiği iz elementlerinin yüzey segregasyonu ve tribolojik özellikleri üzerindeki etkisi
Effect of trace element surface segregation on tribological behaviour of pure aluminum
Yazar: ESMA ŞENEL
Danışman: PROF. DR. KEMAL NİŞANCIOĞLU ; PROF. DR. MUSTAFA ÜRGEN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Alüminyum = Aluminum ; Eser elementler = Trace elements ; Karakterizasyon = Characterization ; Oksitlenme = Oxidation ; Tribolojik özellikler = Tribological properties

Özet:
Ticari saflıkta alüminyum iz elementi mertebesinde empürite içermektedir. Alüminyumun içinde hemen hemen hiç çözünmeyen Pb, In, Sn gibi iz elementleri, alüminyumun 350 °C'nin üzerindeki ısıl işlemi sırasında bulundukları konumlardan ayrılırlar ve yüzeye doğru hareket ederler. Bu olay, iz elementlerinin yüzeyde ve yüzeye çok yakın bir tabakada zenginleşmesiyle sonuçlanmaktadır. Bu çalışmada, düşük (50, 100 ppm) ve yüksek (1000 ppm) konsantrasyonlardaki iz elementlerinin yüzeyde zenginleşmesinin, alüminyumun tribolojik davranışına etkisi incelenmiştir. Öncelikle kurşun, kalay ve indiyum içeren alüminyum numuneler vakuma alınmış ve atmosfere açık ortamlarda ısıl işleme tabi tutulmuştur. Isıl işlemin ardından GD-OES, Taramalı Elektron Mikroskobu, Raman spektroskopisi yardımıyla yapılan yüzey karakterizasyonu sayesinde, zenginleşmenin gerçekleştiği gösterilmiştir. Zenginleşmenin alüminyumun tribolojik davranışına etkisini inceleyebilmek için uygun parametreler belirlenmiş, gerçekleştirilen aşınma testleri sonucunda numuneler, sürtünme katsayıları ve aşınma izleri bakımından birbiriyle karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, vakumda ısıl işlem gören numunelerin saf alüminyuma göre çok daha düşük sürtünme ve aşınma gösterdiği görülmüştür. Açık atmosferde ısıl işlem gören numunelerin aşınma davranışı ise yüzeyde oluşan oksit karakterine göre değişmektedir. Bu açıdan en iyi sonucu 1000 ppm Sn içeren numune vermiştir.

Abstract:
Commercial purity aluminium contain some impurities in order of ppm. Those empurities such as Pb, In, Sn lead a very significant phenomenon during heat treatment of aluminium above 350 °C. They segregate and move towards the surface of aluminium. This fact end up with enrichment of trace elements in a thin layer which is very close to the surface. In this study, enrichment phenomenon of trace elements such as lead (Pb), tin (Sn) and indium (In) was utilized in order to improve tribological behavior of aluminium. Firstly, samples in high (1000 ppm) and low (50, 100 ppm) concentration were heat treated in both vacuum and air media. After heat treatment, characterization of the heat-treated surfaces helped to show enriched state by using GD-OES, FEG-SEM and Raman spectroscopy. Secondly, appropriate parameters for wear testing were determined after optimization experiments. Thirdly, samples were exposed to wear tests and compared with each other as their friction coefficient, wear track depth. Results of wear tests of heat treated samples in vacuum showed that enriched elements are better than pure aluminium for their tribological behaviour. For open air heat treatments, it was 1000 ppm Sn containing samples which showed the best improvement due to its oxide characteristics.