Toz Metalurjisi Yöntemi ile Üretilen Al-Si/B 4 C Kompozit Malzemenin Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerinin Araştırılması

Benzer belgeler
THE EFFECT OF SINTERING PERIOD ON THE WEAR RESISTANCE OF AlMgSi-SiC P COMPOSITES PRODUCED BY POWDER METALLURGY METHOD

Kompozit Malzemeler Metal Matrisli Kompozitler

THE PRODUCTION OF AA5049 ALLOY SHEETS BY TWIN ROLL CASTING

MEKANOKİMYASAL YÖNTEMLE BOR KARBÜR SENTEZİ VE ALÜMİNYUM MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMEDE KULLANILABİLİRLİĞİNİN İNCELENMESİ

Kompozit Malzemeler. Tanım:

METAL MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMELER

AA 2014 Al Matrisli B 4 C Parçacık Takviyeli Kompozitlerin Mikro Yapı ve Aşınma Davranışının Đncelenmesi

Kompozit Malzemeler. Tanım:

TiC-Co Esaslı Çizici Kalem Karakterizasyonu

İki malzeme orijinal malzemelerden elde edilemeyen bir özellik kombinasyonunu elde etmek için birleştirilerek kompozitler üretilir.

Fe Cu Co Sn Matrisli Elmaslı Kesici Takımlara Ti ilavesinin Etkisi E. Çelik 1, M. Kaplan 2 ve S. İnci 3

MALZEME SEÇİMİNİN ÖNEMİ VE MÜHENDİSLİK MALZEMELERİ. Doç.Dr. Salim ŞAHİN

TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR

Borlama İşleminde Kullanılan Bor Tozu Tane Boyutunun Kaplama Tabakası Üzerine Etkisi

Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi

Toz Metalurjik Malzemeler. Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

TOZ MALZEME TEKNOLOJİSİ-10. Yrd. Doç. Dr. Nuray Canikoğlu

Yoğun Düşük sürünme direnci Düşük/orta korozyon direnci. Elektrik ve termal iletken İyi mukavemet ve süneklik Yüksek tokluk Magnetik Metaller

T/M Yöntemiyle Üretilmiş Co Esaslı Co-Cr-Mo Alaşımlarının Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerine Cr Oranının Etkisi

MEKANİK ALAŞIMLAMA/ÖĞÜTME YÖNTEMİYLE ZrO 2 TAKVİYELİ TİTANYUM BAZLI (EX-SİTU) METAL MATRİS KOMPOZİT MALZEMELERİN ÜRETİLMESİ VE KARAKTERİZASYONU

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

T/M YÖNTEMİ İLE ÜRETİLEN Cu-C-Al 2 SiO 5 KOMPOZİTİNİN ABRASİV AŞINMA DAYANIMI Ç. ÖZAY & A. HASÇALIK

Konu: Yüksek Hassasiyetli Yağ Keçelerinin Takviye Bilezik Kalıplarının Üretiminde Kullanılan Takım Çelikleri ve Üretim Prosesleri

TOZ METALURJİSİ YÖNTEMİ İLE ÜRETİLEN Al2024-Si ALAŞIMI KOMPOZİTLERDE Si MİKTARININ VE YAŞLANDIRMA SÜRELERİNİN ETKİSİ

Halil Karakoç a, Hanifi Çinici b,ramazan Çıtak c

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. Basınç Destekli Hacim Yanma Sentezi Yöntemi ile Elde Edilen FeAl ve TiAl Kaplamalar

İNTERMETALİK MALZEMELER. Doç. Dr. Özkan ÖZDEMİR (DERS NOTLARI-4)

T/M İLE ÜRETİLMİŞ AA2014-Al 4 C 3 KOMPOZİT MALZEMELERİN YAŞLANDIRILMASI ÜZERİNE BİR ÇALIŞMA

SÜPER ALAŞIMLAR Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER

KOMPOZİTLER Sakarya Üniversitesi İnşaat Mühendisliği

Zeyfiye TEZEL Mehmet KARACADAĞ

Magnezyum-Yitriyum-Florür Katkı Sistemiyle Silisyum Nitrür Tozlarının Sinterlenmesi

MMM291 MALZEME BİLİMİ

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DERGİSİ

Prof. Dr. HÜSEYİN UZUN KAYNAK KABİLİYETİ

Toz Metalurjisi Yöntemiyle Elektrik Kontak Malzemesi Üretimi ve Kontak Performansının Araştırılması

Tozların Şekillendirilmesi ve Sinterleme. Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

KIRIK YÜZEYLERİN İNCELENMESİ

B 4 C /Al KOMPOZİTLERİN TAKVİYE HACİM ORANINA BAĞLI OLARAK ABRASİF AŞINMA DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ

ÇİNKO ALAŞIMLARI :34 1

TERMOKİMYASAL YÜZEY KAPLAMA (BORLAMA)

Yrd. Doç. Dr. SELDA KAYRAL

KARBON ELYAF TAKVİYELİ POLİAMİT 6 KARMALARIN ISIL VE MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

METAL MATRİSLİ KOMPOZİT ÜRETİMİ İÇİN SiC İÇERİKLİ ÖN ŞEKİL ÜRETİMİ

ELKTRİK AMAÇLI ALUMİNYUM KULLANIMI

Süleyman ÖZKAN tarafından hazırlanan ALÜMİNYUM MATRİSLİ SiC PARÇACIK TAKVİYELİ KOMPOZİTLERİN MEKANİK ALAŞIMLAMA YÖNTEMİYLE ÜRETİMİ VE KURU AŞINMA DAVR

DEMİR ESASLI TOZ METAL PARÇALARIN ELEKTRİK DİRENÇ KAYNAĞINDA OPTİMUM KAYNAK ŞARTLARININ BELİRLENMESİ

MALZEMELERİN MUKAVEMETİNİ ARTIRICI İŞLEMLER

Toz Metalürjisi. Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Notların bir bölümü Dr. Rahmi Ünal ın web sayfasından alınmıştır.

Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Sol-jel Prosesleri Ders Notları

Toz metalurjisi yöntemi ile üretilen ferrobor takviyeli bakır kompozitinin mekanik özelliklerinin belirlenmesi

PLAZMA TRANSFER ARK YÖNTEMİYLE FeCr/FeCr+C TOZUNUN DÜŞÜK KARBONLU ÇELİK YÜZEYİNE ALAŞIMLANMASI. Serkan ÖZEL, Bülent KURT, İlyas SOMUNKIRAN

TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR

2. MİKRO İNCELEME ( PETROGRAFİK-POLARİZAN MİKROSKOP İNCELEMESİ)

Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi Pamukkale University Journal of Engineering Sciences

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

Isıl işlem, katı haldeki metal ve alaşımlarına belirli özellikler kazandırmak amacıyla bir veya daha çok sayıda, yerine göre birbiri peşine uygulanan

1 st INTERNATIONAL ENGINEERING AND TECHNOLOGY SYMPOSIUM (1 st IETS) May, 2018 BATMAN UNIVERSITY

DOĞAL KURŞUN METALİK KURŞUN PLAKALAR

ÜÇ FARKLI ÇELİĞE KATI BORLAMA İŞLEMİ YAPILMASININ İÇ YAPI VE SERTLİK ÜZERİNE ETKİSİNİN İNCELENMESİ ÖZET ABSTRACT

ÇİNKO KATKILI ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKTE HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

ISIL İŞLEM VE YAŞLANDIRMA PARAMETRELERİNİN Al-Cu-Mg TOZ METALURJİSİ ALAŞIMINA ETKİLERİ

TOZ METALURJİSİ Prof.Dr. Muzaffer ZEREN

Characterization of Green Epoxy Matrix Composites Filled with Ceramic Wastes

ÇÖKELME SERTLEŞTİRMESİ

Faz ( denge) diyagramları

Farklı Metalografik İşlem Yazılımlarının Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Küresellik Boyut ve Oran Tayininde Kullanımı

TOKLUK VE KIRILMA. Doç.Dr.Salim ŞAHĠN

Sıcak Presleme Tekniğiyle Üretilen Co Esaslı Co-Cr-Mo Toz Alaşımında Presleme Sıcaklığının Mikroyapı Üzerine Etkisi

AŞINDIRICI PARTİKÜL KARIŞIMLARININ Ti6Al4V ALAŞIMININ KATI PARTİKÜL EROZYON DAVRANIŞINA ETKİLERİ

ÖZGEÇMİŞ. Öğrenim Durumu :

Ön Söz vii Kitabın Türkçe Çevirisine Ön Söz Çevirenin Ön Sözü 1 Sinterleme Bilimine Giriş 2 Sinterleme Ölçüm Teknikleri xiii

GRANÜL BOYUT DAĞILIMININ GRANİT KARO ÜRÜN ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ. Z.Bayer 1,3, N.Ay 1, N.Erginel 2

Cu ALAŞIMI YÜZEYİNE KAPLANAN ZrO 2 +Y 2 O 3 /Al 2 O 3 TABAKALARIN MİKROYAPI VE YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜ

Uğur Aybarç, Hakan Yavuz, Derya Dışpınar, Mehmet Özgür Seydibeyoğlu (CMS Jant, İstanbul Üniversitesi, İzmir Katip Çelebi Üniversitesi)

Genel olarak bir kompozit malzeme, her iki bileşene ait özelliklerin birleşimiyle daha iyi özellikteki kombinasyonlarının elde edildiği çok fazlı bir

ELEKTROLİTİK TOZ ÜRETİM TEKNİKLERİ. Prof.Dr.Muzaffer ZEREN

TOZ METALURJİSİ YÖNTEMİ İLE KOMPOZİT KAM ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

Yrd. Doç. Dr. SELDA KAYRAL

MALZEME BİLİMİ Güz Yarıyılı Kocaeli Üniversitesi Ford Otosan Ġhsaniye Otomotiv MYO. Yrd. Doç. Dr. Egemen Avcu

Kompozit Malzemeler. Polimer kompozit malzemeler reçine (Matrix) ve takviye (Reinforcement) bileşenlerinden oluşur.

SERAMİK MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMELER ve ÜRETİMİ

MMM 2011 Malzeme Bilgisi

Kaynak yöntemleri ile birleştirilen bir malzemenin kaynak bölgesinin mikroyapısı incelendiğinde iki ana bölgenin var olduğu görülecektir:

KROM KATKILI ALUMİNANIN ENJEKSİYON KALIPLAMA İLE ŞEKİLLENDİRİLMESİ

İÇİNDEKİLER BÖLÜM 1 BÖLÜM 2

BA KENT ÜNİVERSİTESİ. Malzemeler genel olarak 4 ana sınıfa ayrılabilirler: 1. Metaller, 2. Seramikler, 3. Polimerler 4. Kompozitler.

ÇELİK YAPILAR (2+1) Yrd. Doç. Dr. Ali SARIBIYIK

İNTERMETALİKLERE GİRİŞ

MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY.

Çimento Bağlayıcılı Kompozitlerde Nano Mineral Katkı Kullanımının Fiziksel ve Kimyasal Etkileri

DOKUMA BAZALT-CAM VE FINDIK KABUĞU TAKVİYELİ POLİMER KOMPOZİTLERİNİN EĞİLME DAYANIMI VE ISI GEÇİRGENLİKLERİNİN İNCELENMESİ

SICAK PRES TASARIMI VE ELMASLI KESİCİ TAKIM ÜRETİMİ

İÇERİSİ BETON İLE DOLDURULMUŞ ÇELİK BORU YAPI ELEMANLARININ DAYANIMININ ARAŞTIRILMASI ÖZET

İKİZ MERDANELİ SÜREKLİ DÖKÜM TEKNİĞİ İLE AA5754 MALZEME ÜRETİMİ. Koray TURBALIOĞLU

İÇERİK Kompozit malzemeler

Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi

AN INVESTIGATION OF DRY SLIDE BEHAVIORS OF Cu/Ni 3 Al METAL MATRIX COMPOSITE

SinterlenmişKarbürler. Co bağlayıcı ~ Mpa Sertlikliğini 1100 ⁰C ye kadar muhafaza eder Kesme hızları hız çeliklerine nazaran 5 kat fazladır.

Transkript:

Fırat Üniv. Müh. Bil. Dergisi Science and Eng. J of Fırat Univ. 28 (2), 259-266, 2016 28 (2), 259-266, 2016 Toz Metalurjisi Yöntemi ile Üretilen Al-Si/B 4 C Kompozit Malzemenin Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerinin Araştırılması Özet Niyazi Yılmaz ÇOLAK 1, Hüseyin TURHAN 2 1 Bitlis Eren Üniversitesi Teknik Bilimler M.Y.O. 13000 Bitlis/Türkiye. 2 Fırat Üniversitesi Teknoloji Fak. Metalurji ve Malzeme Müh. Böl., 23117 Elazığ/Türkiye. *nycolak@beu.edu.tr (Geliş/Received: 02.03.2016; Kabul/Accepted: 28.09.2016) Bu çalışmada, Al-Si/B 4 C metal matrisli kompozit malzeme, toz metalurjisi yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Al- %7Si toz karışımı içerisine ağırlıkça %5, %10, %15 ve %20 oranında B 4 C ilave edilerek toz karışımları hazırlanmıştır. Hazırlanan toz karışımları, 450 MPa basınç altında soğuk presleme işlemine tabi tutulmuş ve argon gazı atmosferinde 590 o C de 60 dakika bekletilerek sinterlenmiştir. Üretilen numunelerin mikroyapıları ve sertlik değerleri irdelenmiştir. Deneyler sonucunda, ilave edilen B 4 C nin mikroyapıları farklı şekilde ortaya çıkmış ve sertlik değerlerinde etkilenme görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Al-Si, B 4 C, MMK, Toz Metalurjisi, The Investigation of Microstructure and Mechanical Properties of Al- Si/B 4 C Composites Produced by Using Powder Metallurgy Method Abstract In this study, Al-Si/B 4 C metal matrix composite material was produced by using at powder metallurgy process. Powder samples were prepared in proportion as 5%, 10%, %15 and 20% B 4 C was added in to Al-%7Si powder mixture. The prepared powder mixtures, cold pressing under 450 MPa argon gas atmosphere 590 o C were finally processed and sintered for 60 minutes. Pressed specimens were investigated hardness and microstructure with microscopy. As a result of experimental studies, the B 4 C added at the different rates were affected the hardness and microstructure of the materials. Keywords: Al-Si, B 4 C, MMC, Powder Metallurgy 1.Giriş Toz metalurjisi imalat tekniğinin kullanımı gün geçtikçe mühendislik malzemelerinin üretiminde artmaktadır. Toz teknolojisindeki gelişmeler, farklı preslenme teknikleri ile kompleks şekilli makine parçalarının yüksek üretim hızında, yüksek kalitede, düşük boyutsal toleransta ve ekonomik olarak üretimine olanak sağlamaktadır [1]. Toz metalurjisi yöntemi ile üretilen parçaların performansına katkı sağlanması amacı ile metal matris içerisine alaşım elementleri veya çeşitli partiküller ilave edilerek, farklı yapılarda ve arzu edilen özelliklere sahip yeni malzemeler de elde edilebilmektedir. Böylece farklı uygulama alanlarına hitap eden yeni ürünlerin elde edilmesi mümkün olabilmektedir [2]. MMK(Metal Matrisli Kompozit) ler bilimsel, teknolojik ve ticari öneme sahiptirler. Çeşitli takviye malzemeleriyle güçlendirilen alüminyum metal matrisli kompozitler düşük yoğunluk, yüksek mukavemet ve iyi aşınma direnci gibi birçok üstünlüğe sahiptirler. Tüm bu özellikleri aynı anda elde etmek, her zaman mümkün olmamaktadır. Buradaki mekanik ve fiziksel özellikleri elde etmede uygun matris-takviye elemanı seçimi büyük rol oynar. Yükün, matristen takviye elamanına iletilmesi, ara yüzey bağı vasıtasıyla olmaktadır. Bu nedenle matris ile takviye elemanı arasındaki ara yüzey bağının güçlü olması gerekmektedir [3]. Takviye elemanlarının bir kompozit malzemede esas fonksiyonları; yükü taşıyarak matrisin rijitlik ve dayanımını artırmaktır. Teorik olarak malzemelerde aranan özellikler; yüksek dayanım ve düşük yoğunluk, kovalent veya kovalent-iyonik bağların karışımına sahip yapı olmasıdır [4]. Alüminyum ve alaşımları düşük yoğunlukları ve yüksek dayanım/ağırlık

Toz Metalurjisi Yöntemi ile Üretilen Al-Si/B4C Kompozit Malzemenin Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerinin Araştırılması özelliklerinden dolayı, birçok uygulama alanında başarı ile kullanılan vazgeçilmez bir malzeme haline gelmiştir. Alüminyum ve alaşımları, aşınma davranışını ve mekaniksel dayanımı geliştirmek için seramiklerle takviye edilirler. Alüminyum ve alaşımlarının, seramik partiküllerinin iyi mekanik ve fiziksel özellikleri ile birleştirilmesi ile elde edilen alüminyum matrisli kompozitlerin kullanımı, gösterdikleri üstün özelliklerinden dolayı hızla artmaktadır [5]. Alüminyumun kolay elde edilebilir olması, düşük yoğunluklu olması ve uygun üretim şartları altında B 4 C ile tepkime oluşturması nedeniyle takviye elemanı olarak B 4 C tercih edilmektedir. Düşük yoğunluklu Al kompozit üretmek amacıyla, rijitliği yüksek ve sert B 4 C ile sünek alüminyum birleştirilir [6]. B 4 C, elmas ve kübik yapılı bor nitrürden sonra bilinen en sert (9,5+Mohs skalasında) üçüncü malzemedir. Nötron absorbsiyonu, sürünme direnci ve darbe dayanımı isteyen uygulamalar için farklı avantajlara sahip, kovelent bağlı seramik yapıdadır. Ayrıca seramiklerin en hafifidir. Bu yüzden kompozitin toplam ağırlığını arttırmadan mekanik özelliklerini geliştirmede kullanılabilir [7]. Bor karbür gelişmiş bir seramik olarak düşük gözenek içeriğine sahiptir. B 4 C - Al karma yapıların üretimi özellikle B 4 C'nin yüksek sertlik ve aşınma özelliklerinden yararlanmak, bunun yanı sıra B 4 C'nin düşük olan kırılma tokluğunu arttırmak amacıyla gerçekleştirilmiştir. B 4 C ile Al arasında meydana gelen kimyasal tepkimeler nedeniyle süreç koşullarına bağlı olarak çok sayıda farklı tepkime ürünleri oluşmaktadır. Oluşan tepkime ürünlerinin kimyasal bileşimleri konusunda farklı yayınlarda farklı bilgiler yer almaktadır. Bunun temel nedenleri ise çok şekilli (polimorfizm) ve Al' nin bu bileşiklerde sahip olduğu yüksek çözünürlüktür [8]. Kennedy [9], Al-Si matrisli B 4 C takviyeli kompozitleri incelemiş ve şu sonuçlara ulaşmıştır. Ergimiş Al içerisine B 4 C parçacıkları ilave etmiş ve Ti-B-C yüzeyde bir koruyucu katman oluşmasını sağlamıştır. Reaksiyon tabakası ısının etkisi ile bozulmadan kalmıştır ve bu tabaka diğer Al-B 4 C kompozitlere göre koruyucu bir etki sağladığı görülmüştür. Takviyenin etkisi ile önemli derecede sertlik artışları gözlenmiştir. Al-TiC benzer güçlü bir 260 ara yüzey bağı oluşmuştur. Kompozite 500 C deki katı hal reaksiyonunda mekanik özelliklerinde küçük değişiklikler oluşmuş ve 700 C de yapılan ısıl işlem sonucu olarak parçacık ve matris arasındaki reaksiyonla sertliğinde artış ve süneklikte azalma görmüştür. Akın [10], yaptığı çalışmada; Al-B 4 C kompozitleri, toz metalurjisi yöntemiyle üretilmiş, aşınma ve korozyon dirençleri araştırılarak optimum üretim parametreleri saptanmaya çalışılmıştır. Yapılan deneylerin sonucunda, B 4 C takviye oranının artması ile aşınma direnci de artmıştır; fakat belirli bir takviye oranından sonra (%9 B 4 C) kompozitin sertliği artmasına rağmen aşınma direnci düşmüştür. %9 B 4 C içeren kompozite uygulanan ara deformasyon ile korozyon direnci artmıştır. B 4 C içeriğinin artmasıyla korozyon direnci azalmıştır. Sertlik kriter alınarak yapılan değerlendirmede; optimum üretim parametrelerine 570 o C de atmosferik ortam koşullarında, 12 saat süre ile yapılan sinterleme neticesinde ulaşılmıştır. Bu çalışmada; alüminyum-silisyum esaslı (ağırlıkça; Al %93, Si %7) matrise %5 B 4 C, %10 B 4 C, %15 B 4 C, %20 B 4 C takviyeli kompozitler üretilmesi ve özelliklerinin incelemesi amaçlanmıştır. Üretilen yeni B 4 C takviyeli Al-Si esaslı kompozitlerin özellikleri, taramalı elektron mikroskobu (SEM), X ışınları kırınımı (XRD) ve X ışını enerji dağılım spektrometresinden (EDS) faydalanılarak irdelenmiştir. Ayrıca numunelerin mikro sertlik değerleri de ölçülerek sonuçlar bunlarla beraber yorumlanmıştır. 2. Deneysel Yöntemler Bu çalışmada kullanılan parçalar toz metalurjisi yöntemi ile üretilmiştir. Deneylerde kullanılan numunelerin üretimi için Tablo 1 de B 4 C tozunun ve Tablo 2 de Al tozunun kimyasal ve fiziksel özellikleri verilmiştir. Bu üretimi gerçekleştirmek için Tablo 3 deki ağırlık oranlarına göre hazırlanan tozları karıştırma işlemi için 88-tipi, kapalı toz hazneli, iki kg toz kapasiteli, üç boyutlu dönebilen bir karıştırıcı kullanılmıştır. 88-tipi karıştırıcının toz haznesi 360 o lik turlarla her yöne dönebilmektedir ve böylece tozların birbiriyle iyice karışması sağlanmaktadır. Yaklaşık 45 dakika boyunca, 20 dev/dak hızda tozlar

Niyazi Yılmaz ÇOLAK, Hüseyin TURHAN karıştırılmıştır. Al-Si/B 4 C kompozit tozları soğuk presleme ile ön şekillendirilmesinde takım çeliğinden yapılmış bir metal kalıp kullanılmıştır. Tozların kolay şekillendirilebilmesi ve kalıp içerisinden şekillendirilen toz kütlelerinin kolay çıkarılabilmesi için kalıp iç yüzeyleri ve zımbalar çinko stearat yağlayıcı ile sıvanmıştır. Tozların ön şekillendirilmesi işlemlerinde 450 MPa yük kullanılmıştır. Şekil 1 de Al-Si/B 4 C kompozit tozların soğuk presleme işleminde kullanılan metal kalıbın şematik görüntüsü verilmiştir. Preslenen numune tozlarının sinterlenmesi işlemi, PROTHERM marka, boru tipi atmosfer kontrollü fırında yapılmıştır. Sinterleme işlemleri tüp fırında, argon gazı ortamında yapılmıştır. Şekil 2 de tüp fırında yapılan sinterleme işleminin şematik gösterimi verilmiştir. Sinterleme işlemi, şekil 3 de sinterleme sıcaklık-zaman grafiğinde görüldüğü gibi numuneler 590 o C ye 30 dk. çıkma süresi 590 o C de 60 dk. bekleme süresi ile yapılmıştır. Daha sonra fırın ortamında numunelerin soğuması beklenmiştir. Üretilen numuneler sırasıyla 400-600-800-1000-1200-2500 ve 3000 mesh lik zımparalar ile zımparalama yapılmıştır. Daha sonra 3 μm, 1 μm lik elmas süspansiyon ve elmas yağlayıcı yardımı ile çuha üzerinde parlatma işlemi yapılmıştır. Çuha ile parlatma kademesinde alkol kullanılmış ve ayrıca tüm parlatma işlemlerinden sonra da numuneler alkolle yıkanmıştır. Daha sonra dağlama işlemine geçilmiştir. Dağlama işlemi için KELLER (1 ml HF, 1,5 ml HCI, 2,5 ml HNO 3, 95 ml H 2 O) dağlayıcısı seçilmiş ve numuneler 30 sn sürede dağlanmıştır. Hazırlanan numunelerin mikroyapı larının tespiti, JEOL JSM 7001F FE-SEM marka Scanning Electron Microscope (SEM) cihazı ve buna bağlı Enerji Dispersive spektocraph (EDS) elementel analiz cihazı kullanılmıştır. Farklı bileşimde üretilen numunelerin sinterlenmeleri sonucunda numunelerde meydana gelebilecek faz ve bileşikleri tespit etmek amacıyla SHIMADSU marka XRD-6000 kullanılarak X- ray diffraction (XRD) analizleri yapılmıştır. Mikrosertlik ölçümleri; LEICA MHF-10 marka mikrosertlik test cihazında HV sertlik skalası ile 200 gr lık yük altında gerçekleştirilmiştir. Sertliğin tam olarak 261 belirlenmesi için numunelerin orta, uç ve ara bölgelerinden sertlik değerleri ölçülmüş ve her bir numuneden toplam 5 adet sertlik değeri alınmıştır. Daha sonra bu değerlerin ortalaması alınarak numunelerin ortalama sertlik değerleri bulunmuştur. Daha sonra bu değerler, bilgisayar ortamına aktarılarak mikrosertlik grafikleri çizilmiştir. Tablo 1. Deney numunelerinin üretiminde kullanılan Bor karbür tozunun kimyasal ve fiziksel özellikleri B: C Oranı 3,85 C % 21,8 N % 0,7 O % 1 Fe % 0,05 Si % 0,15 Al % 0,05 Diğer % 0,5 Spesifik Yüzey Alanı 6-9 m 2 /g Ham Yoğunluk 1,5 1,7 g/cm 3 Boyut Dağılımı: 6,5 μm % 90 2,5 μm % 50 0,4 μm % 10 Tablo 2. Deney numunelerinin üretiminde kullanılan alüminyum tozunun kimyasal ve fiziksel özellikleri Al %97.0 Pb % 0.03 As %0.0005 Fe % 1.0 Tutuşma Sıcaklığı 400 C Çözünürlük (20 C) (reaksiyon) Ergime Noktası 660 C Molar Kütle 26,98 g / mol Yoğunluk 2.70 g / cm 3 (20 C) Kaynama Noktası 2467 C Tablo 3. Üretilen deney numunelerinin toz bileşimleri Numune Kodu % Al (Ağırlıkça) % Si (Ağırlıkça) N1 93 7 - N2 88.35 6.65 5 N3 83.7 6.3 10 N4 79.05 5.95 15 N5 74.4 5.6 20 % B 4 C (Ağırlıkça)

Toz Metalurjisi Yöntemi ile Üretilen Al-Si/B4C Kompozit Malzemenin Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerinin Araştırılması N3, N4, N5 numunelerine ait makroyüzey fotoğrafları incelendiğinde; Al-Si den üretilen N1 numunesinin diğer numunelere kıyasla daha açık renkte olduğu ve yüzeyinde gözle görülür boşluk ve çatlakların olmadığı tespit edilmiştir. Şekil 4. Sinterleme sonrası elde edilen numunelerin fotoğrafı Şekil 1. Kompozit tozların soğuk presleme işleminde kullanılan metal kalıbın şematik görüntüsü Al- Si matrisli ağırlıkça %5, %10, %15, %20 B 4 C takviyeli üretilen N2, N3, N4, N5 nolu kompozit malzemelerde ise yer yer gözle görülür boşlukların oluştuğu fakat malzeme yüzeylerinde herhangi bir çatlağın olmadığı tespit edildi. Bor karbür takviyeli olarak üretilen numunelerin renklerinin karbür oranı ile orantılı olarak daha koyu renkte olduğu ve en koyu görünüme %20 takviye oranına sahip N5 numunesinde olduğu tespit edilmiştir. 3.2. Mikro yapı incelemesi Şekil 2. Sinterleme fırınının şematik gösterimi. Şekil 3. Sinterleme parametresi grafiği 3. Sonuçlar ve Tartışma 3.1. Makro yapı incelemesi Toz metalurjisi yöntemi ile üretilen Al-Si matrisli B 4 C takviyeli kompozitlerin makro yüzey fotoğrafı şekil 4 de verilmiştir. N1, N2, Toz metalurjisi yöntemi ile üretilen Al esaslı Al-Si/B 4 C kompozitlerinin mikroyapı resimleri Şekil 5-9 da verilmiştir. Bu resimler incelendiğinde Al matris içerisine ilave edilen Si ve B 4 C tozlarının homojen bir dağılım sergilediği görülmektedir. Şekil 5 de verilen N1 numunesine ait SEM fotoğrafında sinterleme sonrası Al matrise ilave edilen Si toz tanelerinin birbiri ile birleştiği görülmektedir. N1 numunesi karbür takviyeli numunelere referans numune olarak kabul edilebilir. Numunedeki toz taneciklerinin sıcaklık etkisi ile yapısının bozulduğu, taneciklerin birbirleriyle etkileşiminin arttığı ve bu sebepten tanecik yapısının değiştiği tam anlamıyla görülmektedir. Üretilen numunelere ait SEM fotoğraflarında düşük parçacık oranlarında parçacıkların içyapıda homojen bir şekilde dağıldıkları görüldü. Malzeme yüzeyi incelendiğinde gözenek ve boşlukların bulunduğu; ancak sinterlemenin iyi ve oldukça homojen olarak gerçekleştiği görülmektedir. 262

Niyazi Yılmaz ÇOLAK, Hüseyin TURHAN Şekil 5. N1 Numunesine ait SEM fotoğrafı ( X 500) Şekil 8. N4 Numunesine ait SEM fotoğrafı ( X 1000) Şekil 6. N2 Numunesine ait SEM fotoğrafı (X 1000) Şekil 7. N3 Numunesine ait SEM fotoğrafı (X 1000) Şekil 9. N5 Numunesine ait SEM fotoğrafı ( X 1000) Numunelere ait mikroyapılar incelendiğinde gözenek ve boşlukların parçacık oranına göre artığı söylenebilir. Al ve Si dan oluşan N1 numunesinde porozite en düşüktür. Matris içerisindeki B 4 C takviye oranı arttıkça, parçacıkların daha fazla topaklanmalarının olduğu görülmüştür. Takviye elemanı boyutunun matrisi oluşturan tozlardan küçük olması parçacık topaklanmalarını oluşturmuş ve böylece porozite oranın artmasını sağlamıştır. Çünkü topaklanmalar sonucu, matris malzemesi ile B 4 C parçacıklarını arasında yeterli yüzey bağı oluşamamış ve bu bölümlerde poroziteler oluşmuştur. Takviye oranının artması ve takviye parçacık boyutunun küçük olması sonucu porozite değerleri artış göstermiştir. B 4 C takviye oranına bağlı olarak N1 numunesinden N5 numunesine gidildikçe gözenek miktarı kısmen artmıştır. En düşük gözenek miktarı B 4 C ilavesiz olan N1 numunesinde görülmüştür. 263

Toz Metalurjisi Yöntemi ile Üretilen Al-Si/B4C Kompozit Malzemenin Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerinin Araştırılması Tablo 5. N3 numunesine ait 2 no lu bölgenin EDS analiz sonuçları Element App Intensity Weight% Weight% Atomic% B 0.94 0.0472 23.77 6.17 41.99 C 0.62 0.1590 4.62 0.99 7.34 Al 77.68 1.2980 71.15 5.80 50.35 Si 0.26 0.6666 0.46 0.07 0.32 Totals 100.00 Şekil 10. N3 numunesinin EDS analiz noktalarını gösteren SEM fotoğrafı. Şekil 11. N3 numunesine ait 1 no lu bölgenin EDS analiz grafiği. Tablo 4. N3 numunesine ait 1 no lu bölgenin EDS analiz sonuçları Element App Intensity Weight% Weight% Atomic% B 4.74 0.0644 43.32 2.54 62.62 C 1.48 0.1378 6.33 0.80 8.24 Al 105.89 1.2562 49.59 2.24 28.72 Si 0.98 0.7603 0.76 0.06 0.42 Totals 100.00 Şekil 12. N3 numunesine ait 2 no lu bölgenin EDS analiz grafiği. Şekil 13. N3 numunesine ait 3 no lu bölgenin EDS analiz grafiği. Tablo 6. N3 numunesine ait 3 no lu bölgenin EDS analiz sonuçları Element App Intensity Weight% Weight% Atomic% B 5.17 0.0803 34.48 2.23 49.04 C 1.98 0.1776 5.98 0.62 7.65 O 40.98 0.9144 23.99 0.86 23.06 Al 73.53 1.1235 35.04 1.22 19.97 Si 0.77 0.8050 0.51 0.04 0.28 Totals 100.00 N3 numunesinin EDS analiz noktalarını gösteren SEM fotoğrafı Şekil 10 da verilmiştir. EDS analizleri numune üzerindeki üç farklı noktadan alınmış ve bu noktaların matris ve karbürlere denk gelmesi sağlanmıştır. N3 numunesine ait EDS analiz grafiği Şekil 11-13 de ve sonuçları Tablo 4-6 da verilmiştir. Bu numuneye ait EDS analiz sonuçları incelendiğinde; 1. Bölgede B, C, Al, Si, elementleri, 2. Bölgede B, C, Al, Si elementleri, 3. bölgede B, C, O, Al, Si, elementleri saptanmıştır. Matris ve takviye üzerinden farklı noktalardan alınan EDS analizlerine baktığımızda; yapı içerisinde bor, alüminyum, silisyum, karbon ve oksijen elementleri tespit edilmiştir. Saf bor karbür kristallerinin hafif parlaksı bir yapıda olduğu gözlemlenmiştir. 264

Niyazi Yılmaz ÇOLAK, Hüseyin TURHAN 4. Sonuçlar Şekil 14. N2 numunesine ait XRD analiz grafiği Numunelerden alınan XRD analizi sonuçlarında oluşan faz ve bileşikleri gösteren grafik Şekil 14 de verilmiştir. Numunelere ait XRD grafikleri incelendiğinde Al (Kübik), Al 3.21 Si 0.47, B 4 C (Rhombohedral), AlB 10 (Rhombohedral), Al 8 B 4 C 7 (Hegzanonal), faz ve bileşiklerinin oluştuğu tespit edilmiştir. 3.3. Mikrosertlik Al matris içerisine ilave edilen B 4 C oranına bağlı olarak sertlik değişimini gösteren grafik Şekil 15 te verilmiştir. Grafikte de görüldüğü gibi en yüksek sertlik değeri %20 B 4 C içeren N5 numunesinde 71.3 HV olarak tespit edilmiştir. Grafiğin incelenmesi ile partikül ilave edilmeden sıcak preslenen N1 numunesinde en düşük sertlik değerinin 38.4 HV ölçüldüğü görülmektedir. Matris içerisine B 4 C partikül takviyesi ile numunenin sertlik değeri artmıştır. %5 B 4 C partikül takviyeli N2 numunesinden %20 B 4 C takviyeli N5 numunesine gidildikçe, partikül takviyesinin artmasıyla sertlik değerinin arttığı görülmüştür. Şekil 15. B 4 C takviye oranının sertliğe etkisi 1. Al-Si matrisli ve ağırlıkça %5, 10, 15 ve 20 B 4 C takviye katkılı kompozitler, 450 MPa basınçta soğuk preslenmiş 590 o C de argon atmosferi altında sinterlenerek üretilebilmiştir. 2. SEM incelemelerinde tüm numunelerde matris içindeki takviye dağılımının iyi olduğu görülmüştür. 3. Takviye oranının artması ve takviye parçacık boyutunun küçük olması sonucu porozite değerleri artış göstermiştir. 4. Al-Si üretilen takviyesiz numunenin sertliği ile kıyaslandığında artan B 4 C takviye oranı ile sertlik değerlerinde artış olmuştur. 5. Üretilen numunelerde en yüksek sertlik %20 B 4 C takviyeli N5 numunesinde elde edilmiştir. 6. X ışınları kırınımı (XRD) tayini ile numunelerde B 4 C, Al 3.21 Si 0.47, AlB 10, Al 8 B 4 C 7 bileşikleri tespit edilmiştir. 5. Teşekkür Bu çalışma FÜBAP tarafından 2093 nolu araştırma projesi kapsamında desteklenmiştir. 6. Kaynaklar 1. Özel, S. Çelik, E. ve Turhan, H. (2009). The Investigation of microstructure and mechanical propertıes of Cu-Al/B 4 C composites produced by using hot pres. e-journal of New World Sciences Academy Engineering Sciences, 1A0012, 4, (1), 106-112. 2. Yılmaz, R. ve Gökçe, A. (2006). Toz Metalurjisi ile Üretilen düşük alaşımlı çeliklerde Ferro-Titanyum ilavesinin darbe ve kırılma tokluğuna etkisi. 13. Uluslararası Metalurji ve Malzeme Kongresi. İstanbul, ss:903-909. 3. Bostan, B. (2003). Alüminyum-Karbon Tozlarından Mekanik Alaşımlama ve Sonrası İşlemlerle Al 4 C 3 Sentezlenmesi. Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 1-10. 4. Şahin, Y. (2006). Kompozit Malzemelere Giriş. Seçkin Kitabevi, Ankara, 28, 61-78 5. Çolak, N. Y. (2011). B 4 C Takviyeli Al-Si Alaşımlarının Yarı Katı-Sıvı Aralığında Şekillendirilmesi ve Özelliklerinin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. 265

Toz Metalurjisi Yöntemi ile Üretilen Al-Si/B4C Kompozit Malzemenin Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerinin Araştırılması 6. Yetgin, S.H., Köken, A., Aydın, M., Ünal, R. (2005). Toz Metalurjisi Yöntemiyle Üretilmiş Al-B 4 C MMK lerde Karıştırıcı Tipi ve Takviye Oranının Mekanik ve Mikro yapı Özelliklerine Etkisi, 4. Ulusal Toz Metalurjisi Konferansı, 18-22 Mayıs, Sakarya, 622-631. 7. Lee, B.-S., Kang, S. (2001). Low-temperature Processing of B 4 C-Al Composites ViaInfiltration Technique, Materials Chemistry and Physics, 67:249-255. 8. Zyang, F. (2002). Multi-Layer Graded Boron Carbide-Aluminum Composites, Doktora Tezi, Purdue Universitesi. 9. Kennedy, A. (2002). The microstructure and mechanical properties of Al-Si-B 4 C metal matrix composites. Manufacturing Engineering and Management, University of Nottingham, NG7 2RD, UK 10. Akın, G. (2006). Toz Metalurjisi Yöntemiyle Alüminyum Matrisli Bor Karbür Takviyeli Kompozitlerin Üretilmesi ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü. 266