aluminyum matrisli kompozit malzemelerin toz metalurjusi yontemiyle uretilmesi ve karakterizasyonu...

8/2/2019 Aluminyum Matrisli Kompozit Malzemelerin Toz Metalurjusi Yontemiyle Uretilmesi Ve Karakterizasyonu Synthesis and

1/96

ALMNYUM MATRSL KOMPOZT MALZEMELERN TOZ METALURJUS

YNTEMYLE RETLMES VE KARAKTERZASYONU

Cokun DRTBLK

Zonguldak Karaelmas niversitesi

Fen Bilimleri Enstits

Metal Eitimi Anabilim Dalnda

Bilim Uzmanl Tezi

Olarak Hazrlanmtr

KARABK

Eyll 2006


2/96


3/96

iii

ZET

Bilim Uzmanl Tezi

ALMNYUM MATRSL KOMPOZT MALZEMELERN TOZ METALURJUS

YNTEMYLE RETLMES VE KARAKTERZASYONU

Cokun DRTBLK

Zonguldak Karaelmas niversitesi

Fen Bilimleri Enstits

Metal Eitimi Anabilim Dal

Tez Danman: Yrd. Do. Dr. Dursun ZYREK

Eyll 2006, 78 sayfa.

Bu almada, Mekanik Alamlama (MA) / Mekanik tme (M) ilemiyle atritr ve

titreimli deirmen kullanlarak silisyum karbr (SiC) seramik parack takviyeli

alminyum esasl kompozit malzemeler retilmitir. Deneysel almalarda saf Al, % 5, %10, % 15 ve % 20 SiC takviyeli Al olmak zere be farkl malzeme zerinde allmtr.

Karlatrma amacyla ayn malzemeler atritr ve titreimli deirmenlerde tlmtr.

tme ilemlerinde ilem kontrol kimyasal (KK) olarak % 2 stearik asit ve tc

olarak ta 6 mm apnda elik bilyalar kullanlmtr. MA / M ilemleri atritr deirmende

750 dev/dak ve titreimli deirmende de 750 Hz hzlarnda 10:1 bilya/toz oran

kullanlarak 30, 60, 90 ve 120 dakikalk srelerde yaplmtr. tlen tozlar optik ve

tarama elektron mikroskobunda (SEM) incelenmitir. Ayrca, EDAX ve toz boyut

analizleri de yaplmtr. MA / M tozlar 630 MPa basn altnda souk preslenerek 9 mmapnda ve 5 mm yksekliinde numuneler haline getirilmitir. Bu numuneler daha sonra

530 Cda 30 dakika sreyle sinterlenmitir. Sinterlenen numunelerin younluklar ve

sertlikleri llmtr. Her iki deirmende de takviye eleman oran artka retilen MMK

malzemelerin sertlik ve younluk deerleri artmtr. tme sresi arttka ince taneli

yaplar meydana gelmitir.


4/96

iv

Anahtar kelimeler : Toz Metalurjisi, Mekanik Alamlama, Kompozit Malzemeler,

Aluminyum, Silisyum Karbr.

Bilim kodu : 626.20.01


5/96

v

ABSTRACT

M.Sc. Thesis

SYNTHESIS AND CHARACTERISATION OF ALUMINIUM MATRIX

COMPOSITE MATERIALS BY POWDER METALURGY

Cokun DRTBLK

Zonguldak Karaelmas University

Graduate School of Natural and Applied Sciences

Department of Metallurgy

Thesis Advisor: Asst. Prof. Dursun ZYREK

September 2006, 78 pages.

In this study, aluminium based composites reinforced with SiC ceramic particles were

synthesised using atritor and vibration mills by mechanical alloying (MA) / mechanical

milling (MM). For the experimental studies, five different compositions were prepared.

These are pure Al, 5 %, 10 %, 15 % and 20 % of SiC reinforced Al. For comparisonpurposes, the same compositions were milled using attritor and vibration mills. 2 % stearic

acid as the process control chemical and steel balls of 10 mm diameter as the miller were

used in the milling processes. The atritor mill was run at 750 rpm while the vibration mill

was run at 710 Hz using 10:1 ball/powder ratio for 30, 60, 90 and 120 minutes. The milled

powders were examined under optical and scanning electron microscopes (SEM). In

addition, EDAX and particle size analyses were carried out. These powders were cold

presses under 630 MPa pressure in order to produce small specimens with 9 mm diameter

and 5 mm height. These specimens were then sintered at 530C for 30 minutes. Density

and hardness measurements were made. The results of density measurements showed that

the vibration mill required less time than the atritor mill. The results of the EDAX analyses

showed that minimum powder pollution by oxygen and carbon occurred. Hardness and

density of the specimens were also found to increase with increasing SiC content.

Increasing milling time also resulted in better microstructure.


6/96

vi

Key Words : Mechanical Alloying, Powder Metallurgy, Composite Materials,

Aluminium, Silicon Carbide.

Science Code : 626.20.01


7/96

vii

TEEKKR

Bu tezin ynlendirilmesinde ve almalarm esnasnda her trl destei salayan

danmanm Yrd. Do. Dr. Dursun ZYREKe, almama olan desteklerinden dolay

sonsuz teekkrler sunmay bir bor bilirim.

almam sresince, bana maddi ve manevi katklarda bulunarak yardmc olan

arkadalarma sonsuz teekkrlerimi sunarm.

Bu gnlere gelmemde maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen aileme sonsuz sayg ve

teekkrlerimi sunarm.


8/96

viii

NDEKLER

Sayfa

KABUL........................................................................................................................... ii

ZET................................................................................................................................ iii

ABSTRACT.................................................................................................................. v

TEEKKR.................................................................................................................. vii

NDEKLER.............................................................................................................. viii

EKLLER DZN....................................................................................................... xi

ZELGELER DZN................................................................................................. xvi

SMGELER VE KISALTMALAR DZN.................................................................. xvii

BLM 1 GR.......................................................................................................... 1

BLM 2 MEKANK ALAIMLAMA..................................................................... 3

2.1 TANIMI VE TARHES................................................................................. 3

2.2 MEKANK ALAIMLAMA LEM............................................................... 4

2.2.1 Hammadde.................................................................................................. 4

2.2.2 Deirmen Tipleri......................................................................................... 52.2.3 lem Parametreleri..................................................................................... 7

2.2.3.1 tme Kab............................................................................................ 8

2.2.3.2 tme Hz ............................................................................................. 9

2.2.3.3 tme Sresi.......................................................................................... 9

2.2.3.4 tc Malzemelerin Tipi..................................................................... 10

2.2.3.5 Bilya-Toz Arlk Oran........................................................................... 10

2.2.3.6 Kabn Doluluk Oran................................................................................ 11

2.2.3.7 tme Atmosferi................................................................................... 11

2.2.3.8 lem Kontrol Kimyasallar (KK)........................................................... 12

2.2.3.9 tme Scakl...................................................................................... 12

2.3 MEKANK ALAIMLAMA MEKANZMASI................................................ 12

2.3.1 Snek-Snek Sistemi.................................................................................. 15

2.3.2 Snek-Gevrek Sistemi................................................................................. 16


9/96

ix

NDEKLER (devam ediyor)

Sayfa

2.3.3 Gevrek-Gevrek Sistemi.......................................................................... 17

2.4 TAKVYE ELEMANI....................................................................................... 17

2.4.1 Takviye Elemanlarnn Seimi.................................................................... 182.4.2 Takviye Elemannn ekli........................................................................... 18

2.5 TOZLARIN PRESLENMES............................................................................ 19

2.6 SERTLK............................................................................................................ 21

BLM 3 ALUMNYUM MATRSL KOMPOZT MALZEMELER..................... 22

BLM 4 MALZEME VE METOT............................................................................ 26

4.1 MA/MNN YAPILDII TTREML DERMEN................................... 264.2 MA/MNN YAPILDII ATRTOR DERMEN........................................ 27

4.3 DENEYSEL PARAMETRELER...................................................................... 27

4.3.1 MA/M arj lemi.................................................................................... 27

4.3.2 Matris Malzemesi........................................................................................ 28

4.3.3 Takviye Elemanlar..................................................................................... 28

4.3.4 MA/M Ortam.......................................................................................... 28

4.3.5 tc Bilyalarlar..................................................................................... 28

4.3.6 lem Kontrol Kimyasal (KK).................................................................. 294.3.7 tme Sresi ............................................................................................. 29

4.4 KARAKTERZASYON ALIMALARI........................................................ 29

4.4.1 Numune Hazrlama lemleri...................................................................... 29

4.4.2 Numune Karakterizasyon lemleri............................................................. 29

4.4.2.1 Optik Mikroskop ncelemesi.................................................................... 29

4.4.2.2 Tarama Elektron Mikroskobu (SEM) ve EDAX ncelemesi.................. 29

4.4.2.3 Toz Boyut Analizleri................................................................................ 30

4.4.2.4 Souk Presleme........................................................................................ 304.4.2.5 Sinterleme lemi..................................................................................... 31

4.4.2.6 Younluk lm lemi........................................................................... 31

4.4.2.7 Sertlik lmleri...................................................................................... 31

BLM 5 DENEYSEL SONULARIN DEERLENDRLMES .......................... 32


10/96

x

NDEKLER (devam ediyor)

Sayfa

5.1 BALANGI MALZEMELERNN KARAKTERZASYONU..................... 32

5.2 TAKVYE MALZEMELERNN KARAKTERZASYONU ...................... 33

5.3 TTREML DERMENDE RETLEN MATRS MALZEMESNNKARAKTERZASYONU .............................................................................. 34

5.4 TTREML DERMENDE RETLEN MMK MALZEMELERNN

KARAKTERZASYONU .............................................................................. 37

5.5 ATRTR DERMENDE RETLEN MATRS MALZEMELERN

KARAKTERZASYONU ............................................................................. 52

5.6 ATRTRDE RETLEN MMK MALZEMELERN

KARAKTERZASYONU................................................................................. 55

6 TARTIMA....................................................................................................... 69

BLM 6 SONULAR VE DEERLENDRMELER.............................................. 72

KAYNAKLAR ......... 75

ZGEM.. 78


11/96

xi

EKLLER DZN

No Sayfa

2.1 Mekanik olarak alamlanm rnlerin tipik potansiyel uygulamalar..... 4

2.2 Salnml tip deirmenlere bir rnek.. 5

2.3 Planeter deirmene bir rnek. 6

2.4 Atritr tip deirmene bir rnek... 6

2.5 Ticari tip deirmene rnek . 7

2.6 Tungsten karbrden yaplm SPEX tipi kartrcnn; tme kab, kapak,

conta ve bilyalardan oluan tme hcresi........................... 9

2.7 Glowbox ortamnda yaplan arj ilemi............ 11

2.8 Mekanik alamlama srasnda bilyalar-toz-bilyalar arpmas 13

2.9 MA safhalar..........................................................................................................

2.10 MA kullanlan element balang tozlarnn ve deformasyon karakteristiklerinin

ematik gsterimi .. 14

2.11 tme artlarnda kk paracklarn kaynaklanma eilimleri nedeniyle

birlikte byk paracklar oluturmas ve sonra krlarak kk parack

oluumu.. 15

2.12 MA esnasndaki snek-snek sistem ilem basamaklar ........... 16

2.13 MA esnasndaki snek-gevrek sistem ilem basamaklar..... 17

2.14 Kalpta presleme ileminin ematik gsterimi ..... 20

2.15 Preslemedeki younluk dalm .. 21

3.1 Kompozit malzemeleri meydana getiren malzeme snflar ..... 24

3.2 eitli fiberlerle glendirilerek seilmi MMK ler..........

3.3 Srekli fiber takviyeli iki tr MMK iin ve takviyesiz metaller iin scaklk

sonular 26

4.1 Titreimli MA/M deirmeninin ematik grn 27

4

5

6

6

7

9

11

13

14

14

15

16

1719

21

23

24

25

26


12/96

xii

EKLLER DZN (devam ediyor)

No Sayfa

4.2 (a) S Tipi atritr atritr (b) Hazne .....

4.3 Souk preslemede kullanlan kalp....

4.4 Sinterleme scaklk-zaman grafii.....4.5 Sinterleme ilemi mekanizmas.....

5.1 Deney lem Akemas......

5.2 MA/M ileminde kullanlan Al tozunun optik mikroskop grnts.....

5.3 MA/M ileminde kullanlan Al tozunun optik mikroskop grnts.....

5.4 Drt farkl srede srelerde mekanik tme ilemine tabi tutulan Alnin optik

mikroskopgrntleri.....................................................................................

5.5 30 dakikalk tme sonras elde edilmi saf Alnin ...........

5.6 Saf Alnin tme sresine bal toz boyut sonular...........................

Saf Alnin tme sresine bal sertlik sonular.................

5.8 Saf Alnin tme sresine bal younluk sonular..........

5.9 Belirli srelerde mekanik tlen % 5 SiC takviyeli MMK yapnn optik

mikroskop grnts.....

5.10 30 dakikalk tme sonras elde edilmi % 5 SiC takviyeli MMK yapnn

sonular.................................................

5.11 % 5 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal toz boyut sonular..

5.12 % 5 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal sertlik sonular......

5.13 % 5 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal younluk sonular..

5.14 Belirli srelerde mekanik tlm % 10 SiC takviyeli MMK malzeme

yapsnn optik mikroskop grnts......................................................................

5.15 30 dakikalk tme sonras elde edilmi % 10 SiC takviyeli MMK

yapnn sonular............................................................

5.16 % 10 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal toz boyut

sonular........... 45


tozlarn sonular........................................................


yapnn sonular.........................................................

28

31

3232

34

35

35

36

37

3738

39

40

41

41

42

42

43

44

45

46

46

47

27

30

3131

32

33

33

34

37

3535

36

37

38

39

39

40

41

42

43

43

44

45


13/96

xiii

EKLLER DZN (Devam ediyor)

No Sayfa


tozlarn sonular.........................................................................

5.20 % 10 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal sertlik sonular...5.21 % 10 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal younluk

sonular......................................................................................................

5.22 Belli srelerde mekanik tlm % 15 SiC takviyeli MMK yaplarn optik

mikroskop grntleri........


sonular...

5.24 % 15 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal sertlik sonular...

5.25 % 15 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal younluk

sonular..............

5.26 Belirli srelerde mekanik tlm % 20 SiC takviyeli MMK yaplarn optik

mikroskop grntleri.............................................................................


sonular....................................................................................................

5.28 % 20 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal sertlik sonular..


sonular......................................................................................................

5.30 Belirli srelerde mekanik tlen Alnin optik mikroskop grntleri.. 55

5.31 Saf Alnin tme sresine bal toz boyut sonular..........................................

5.32 Saf Alnin tme sresine bal sertlik sonular........................

5.33 Saf Alnin tme sresine bal younluk sonular.....................

5.34 Belirli srelerde mekanik tlen % 5 SiC takviyeli MMK malzeme yapsnn optik

mikroskop grnts 58


sonular................................................................................................................

46

47

47

48

49

50

50

51

52

52

53

54

54

55

56

57

58


14/96

xiv


No Sayfa

5.36 % 5 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal sertlik sonular.........

5.37 % 5 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal younluk sonular

5.38 Belli srelerde mekanik tlm % 10 SiC takviyeli MMK yapnn optikmikroskop grnts. .... 61


yapnn sonular.................................................


sonular..............

5.41 % 10 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal sertlik sonular


sonular

5.43 Belli srelerde mekanik tlm % 15 SiC takviyeli MMK yaplarn optik

mikroskop grntleri 65


sonular...

5.45 %15 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal sertlik sonular


sonular................

5.47 Belirli srelerde mekanik tlm % 20 SiC takviyeli MMK yaplarn optik

mikroskop grntleri 68


sonular

5.49 % 20 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal sertlik sonular


sonular.....................................................

5.51 Her iki deirmende mekanik olarak tlen MMK malzemelerin tme

sresine bal toz boyut sonular...

58

59

60

61

62

62

63

64

65

65

66

67

68

68

69

70


15/96

xv


No Sayfa

5.52 Her iki deirmende mekanik olarak tlen MMK malzemelerin tme

sresine bal sertlik sonular............................................................................ 71

5.53 Her iki deirmende mekanik olarak tlen MMK malzemelerin tmesresine bal younluk sonular. 72


16/96

xvi

ZELGELER DZN

No Sayfa

4.1 Matris malzemesinin kimyasal bileimi. 28

4.2 tc bilyalarlerin kimyasal bileimi.. 28


17/96

xvii

SMGELER VE KISALTMALAR DZN

Al : alminyum

Al2O3 : almina

Ar : argonBe : berilyum

Bi : bizmut

Co : kobalt

Cu : bakr

Ge : germanyum

He : helyum

KW : kilovat

d : devirdak : dakika

V : volt

mm : milimetre

Mn : mangan

N : azot

Nb : niyobyum

NH3 : amonyak

Si : silisyum

SiC : silisyum karbr

Si3N4 : silisyum nitrit

Ti : titanyum

WC : tungsten karbr

ZrO2 : zirkonyum oksit

m : mikron metre

C : santigrat derece


18/96

xviii

KISALTMALAR

BTO : Bilyalar Toz Oran

M : ngot Metalrjisi

KK : lem Kontrol KimyasalMA : Mekanik Alamlama

MMK : Metal Matris Kompozit

M : Mekanik tme

ODS : Oksit Dalmla Glendirilmi

SEM : Tarama Elektron Mikroskobu

TEM : Geirimli Elektron Mikroskobu

O : arj Oran

TM : Toz Metalrjisi


19/96

1

BLM 1

GR

Malzeme bilimcileri tarafndan yaplan bilimsel aratrmalar malzemelerin performans ve

zelliklerini gelitirmeye ynelik olarak srekli devam etmektedir. Mekanik, kimyasal ve

fiziksel zelliklerdeki nemli gelimeler; geleneksel termal, mekanik ve termomekanik

ilem metotlar ve kimyasal modifikasyonlarla elde edilmektedir. Bununla beraber

geleneksel metodlarla retilen malzemelerden daha gl, daha tok ve daha hafif

zelliklere sahip malzemelerin gereksinimi, ileri malzemelerin dizaynna vegelitirilmesine yol amtr (Suryanarayana, 2001). Bu gelimeler erevesinde geleneksel

alamlamann neden olduu snrlar ortadan kaldrarak, geleneksel metotlarla

retilemeyen ve birbiri ierisinde karmayan malzemelerin retilebilmesi iin mekanik

alamlama (MA) teknii kullanlmaktadr. MA dengeli ve dengesiz fazlarn her ikisinin de

sentezini yapabilen basit ve yararl bir yntemdir (Suryanarayana, 1998).

Toz metalurjisi (TM), ingot metalurjusi (M) ile karlatrldnda MMK malzeme

retiminde baz avantajlar salar. Bu avantajlardan en nemlisi dk retim scakldr ki

matris ile takviye eleman arasndaki istenmeyen reaksiyonlar en aza indirilir ve gl ara

yzey reaksiyonlar nlenir. Ayrca alternatif metotlarla retilemeyen SiC takviyeli

Titanyum (Ti) alamlar gibi malzemeler TM ile retilebilmektedir. Takviye eleman

olarak paracklar ya da whiskerler kullanlan kompozitler dier alternatif metotlardan ok

daha kolay olarak TM metoduyla elde edilmektedir. TMnin bir baka avantaj da takviye

eleman dalmnn dzenli olmasdr (Torralba et al, 2003).

Matris malzemesinin seimi balca scaklk, dayanm, younluk ve maliyete baldr.

rnek olarak Ti ok yksek mukavemet ve normal scaklk gerektiren uygulamalarda

kullanlabilir. Bununla beraber Al dk younluk ve dk maliyetinden dolay Ti yerine

kullanlabilmesine ramen yksek scaklklardaki dayanm ve mukavemeti Ti dan daha

dktr. Matris malzemesinin seiminde dier baz faktrler ise sneklik, krlma tokluu

ve yorulma direncidir (Rhee et al, 2003).


20/96

2

Al alamlarnda takviye eleman olarak seramik paracklar daha fazla tercih edilmektedir.

Al alamlarnda takviye eleman olarak SiC ve Al2O3 paracklar yaygn olarak

kullanlmaktadr. SiC, paracklar retilen kompozit malzemenin ekme dayanmnda ve

elastikiyet modlnde art salar. Ayrca, SiC takviyesi anma dayanmnda da bir artsalamaktadr (Torralba et al, 2003).

MMKlarn zellikleri matris malzemesine, takviye elemanna ve matris-takviye eleman

ara yzeyine baldr. MMK malzeme retimi iin eitli matris malzemeleri

kullanlmaktadr. Havaclk, uzay ve otomotiv endstrilerinde; alminyum ve titanyum

alamlar, hafif ve basn-arlk oranndaki nemli potansiyelden dolay MMK malzeme

retiminde matris malzemesi olarak kullanlmaktadr. Al alamlar dk younluk,

mekanik ve srtnme zelliklerinden dolay eitli endstrilerde kullanlan kompozitmalzeme retimi iin ok elverilidir. Al kompozit retiminde son zamanlarda parack

takviye eleman olarak SiC, Al2O3 ve intermetalik sistemler kullanlmaktadr (Torralba et

al, 2003).

Bu tez almasnda saf Al ile farkl hacim oranlarnda SiC paracklar kartrlarak argon

atmosferinde mekanik tme yaplmtr. tme ilemi titreimli ve atritr tipi MA/M

deirmenlerinde yaplmtr. Elde edilen farkl oranlardaki numunelerin optimum

deerlerinin belirlenebilmesi iin eitli karakterizasyon ilemleri yaplmtr. Bualmann amac, gnmz endstrisinde kullanlmakta olan geleneksel retim

metotlarndan baka metodlar kullanlarak, yksek dayanmda ve dk younlukta

malzeme retmektedir. Bilindii gibi zellikle havaclk, otomotiv, savunma ve uzay

endstrisinde hafif younluklu yksek dayanml malzemelere ihtiya duyulmaktadr.

Daha da iyi sonular elde edilebilmesi iin gelimi lkelerde bu konudaki almalar

hzla srdrlmektedir.


21/96

3

BLM 2

MEKANK ALAIMLAMA

2.1 TANIMI VE TARHES

MA yksek enerjili bilyal deirmende toz paracklarnn souk kaynaklanmas, krlmas

ve tekrar kaynaklanmasn ieren bir toz metalrjisi (TM) tekniidir. Bu metot ilk olarak

oksit dalm ile sertletirilmi (ODS) nikel ve demir bazl malzemelerin ticari olarak

retilmesi iin International Nickel Company Paul D. Merica aratrma laboratuarnda1966l yllarda gaz trbn uygulamalar iin gelitirilmitir (Suryanarayana, 2001).

1981 ylnda yttrium-kobalt intermetalik bileiinin mekanik tme yoluyla dzensiz bir

faz oluumu ve 1983de de harmanlanm elemental toz karmnn bilyalarla tme

yoluyla nikel-niobium sisteminde MA baarl bir ekilde uygulanmtr. 1980lerin

ortalarndan itibaren sre gelen birok incelemeler sonucunda dzensiz alamlar,

kristallemi aradaki benzer fazlar, kristaller ve sper doymu kat kristaller ieren yar

kararl ve kararl fazlarn varyasyonlarnn sentezi uygulanmtr (Suryanarayana, 1998).

Bu sre iersinde geleneksel tekniklerle retimi zor veya snrl olan alamlarda ergime

ve katlama aamasndaki problemleri ortadan kaldrmak iin nemli bir retim teknii

olmutur (Benjamin, 1976; Sudaresan et al, 1987). Basit ama etkin olan bu ilem teknii

metaller, seramikler ve kompozit malzemelerin retiminde uygulanmaktadr

(Suryanarayana, 1998). Mekanik olarak alamlanm rnlerin tipik potansiyel

uygulamalar ekil 2.1de gsterilmitir (Suryanarayana et al, 2001). MA nn nemli

nitelikleri;

nce dalml ikincil faz paracklarnn retilebilmesiKat znrlk snrlarnn geniletilebilmesiTane boyutu takviyesi nanometre boyutunun altnda olmasOrijinal kristal benzeri kristal fazlarnn sentezi


22/96

4

Amorf (cams) fazlarnn gelitirmesiAlam yaplmas zor olan alam elementlerinin alamlandrlabilmesidir(Suryanarayana, 1998).

ekil 2.1 Mekanik olarak alamlanm rnlerin tipik potansiyeluygulamalar (Suryanarayana et al, 2001).

2.2 MEKANK ALAIMLAMA LEM

MA ilemi doru oranda tozlarn kartrlmasyla balar ve orta iddetli tme iledeirmen iersinde genellikle elik bilyalar vastasyla tlr. Bu karm arzu edilen

kararl hale ulaana kadar tlmektedir. MA ileminin nemli bileenleri hammadde,

deirmen ve ilem parametreleridir (Suryanarayana, 2001).

2.2.1 Hammadde

MA ilemi iin kullanlan hammaddeler 1 ile 200 m orannda parack boyutuna sahip

ticari saf tozlardr. Toz parack boyutu tc bilyalar boyutundan daha byk

olmadka nemli deildir. nk toz parack boyutu tme zamanna bal olarakazalr ve birka dakika tmeden sonra birka mikron azalr. Ham tozlar; saf metaller,

ana alamlar, n hazrlanm tozlar ve refrakter bileenler olarak kategorilere ayrlr

(Suryanarayana, 2001).

MekanikAlamlama

Orjinal fazn sentezi, karpitler,nitritler, silikatlar, fiziksel buhar

tortusu, lehim v.s.

Tek tanelimalzemeler

Saf metallerinretimi

Oksit dalmile sertletirilmi

Sper anmalmalzemeler

Hidrojen depolayc, manyetikmalzemeler, sensrler, katalizrler


23/96

5

2.2.2 Deirmen Tipleri

MA ileminde kullanlan deirmen tiplerini; salnml deirmenler, planeter deirmenler,

atritr, ticari deirmenler ve yeni dizayn deirmenler olarak be ana balk altnda

toplayabiliriz. Bu deirmenlerin kapasiteleri ve tme etkileri farkldr, ayrca soutma

sistemleri gibi ilave elemanlara sahiptirler. Salnml deirmenler genel olarak laboratuar

aratrmalar iin kullanlan 10 gr. toz tebilen deirmenlerdir. ekil 2.2de salnml tip

deirmenlerin bir rnei gsterilmitir (Suryanarayana, 1998).

ekil 2.2 Salnml tip deirmenlere bir rnek (Suryanarayana, 1998).

Dier bir deirmen tipi olan planeter deirmenler 100-200 gr tme yapabilen deirmen

eitidir. ekil 2.3de planeter deirmene bir rnek gsterilmitir (Suryanarayana, 1998).


24/96

6

ekil 2.3 Planeter deirmene bir rnek (Suryanarayana, 1998).

Atritrler byk miktarlarda (45 kg. civar) toz tebilen deirmenlerdir. ekil 2.4de

atritr tip deirmene bir rnek gsterilmitir (Suryanarayana, 1998).

ekil 2.4 Atritr tip deirmene bir rnek (Suryanarayana, 1998).


25/96

7

Ticari tip deirmenlerde MA iin kullanlan dier tip deirmenlere oranla daha byk toz

ebatlarnn tlebildii ve yaklak olarak 1.5 ton kapasiteli deirmen tipidir. ekil

2.5de ticari tip deirmene rnek gsterilmitir (Suryanarayana, 1998).

ekil 2.5 Ticari tip deirmene rnek (Suryanarayana, 1998).

Yeni dizayn deirmenler belirlenmi amalar iin gelitirilmi deirmen tipleridir. ubuklu

krc, titreimli deirmenler ve elektrikle starak 300 oC a kadar yksek scaklklarda ve

sv azot pskrterek ok dk scaklklarda tme yaplabilen deirmenler

kullanlmaktadr (Suryanarayana, 2001).

2.2.3 lem Parametreleri

MA yoluyla retilen malzemelerde elde edilmek istenen optimum zelliklerin salanmas

iin baz ilem parametrelerinin kontrol altnda tutulmas gerekir. MA ilem parametreleri

birbirleri ile baml olarak deerlendirilmelidir. MA ilem parametreleri;


26/96

8

tme Kabtme Hztme Zamantc Malzemelerin TipiBilya-Toz Arlk Oran (BTO)Kabn Doluluk Orantme Atmosferilem Kontrol Kimyasallar (KK)tme Scakldr (Suryanarayana, 2001).2.2.3.1 tme Kab

tme kab olarak kullanlan malzeme seiminde, tc bilyalarlarin kabn ieperlerine arparak andrdndan ve ayrca i eperlerden kopan paralar tozun

kimyasal kompozisyonunu deitirdiinden ve kirlettiinden dolay dikkat edilmesi

gerekir. Eer tme kabnn yapmnda kullanlan malzeme, toz malzemesinden farkl

ise, kabn i eperlerinden kopan paracklar tozu kirletir. tme kab yapmnda

kullanlan malzemeler; sertletirilmi elik, takm elii, sertletirilmi krom elii,

temperlenmi elik, paslanmaz elik, tungsten karbr (WC)-kobalt (Co), WC kapl elik ve

yatak elii gibi anmaya kar dayankl malzemelerdir. Belirli amalar iin bakr,

titanyum, sinterlenmi korondum, yitriya ile stabilize edilmi zirkonya, ksmi

kararlatrlm zirkonya-yitriya, safir, akik ta, sert porselen, silisyum nitrit (Si3N4) ve

bakr (Cu)-berilyum (Be) gibi malzemeler de tme kab yapmnda kullanlmaktadr.

tme kabnn yapmnda kullanlan malzeme kadar kabn ekli ve zellikle kabn i

dizayn nemlidir. Hem dz kenarl hem de yuvarlak kenarl tme kaplar

kullanlmaktadr. Alamlama ileminde, dz kenarl kaplar yuvarlak kenar kaplara gre

daha fazla kullanlmaktadr. ekil 2.6da Tungsten karbr den yaplm SPEX tipi

kartrcnn; tme kab, kapak, conta ve bilyalarlardan oluan tme hcresi

gsterilmitir (Suryanarayana, 2001).


27/96

9

ekil 2.6 Tungsten karbr den yaplm SPEX tipi kartrcnn; tme kab, kapak,conta ve bilyalarlardan oluan tme hcresi (Suryanarayana, 2001).

2.2.3.2 tme Hz

Yksek devirli alan deirmenlerde toz enerji girii daha fazla olur. Bu yzden deirmendizaynnda alabilecei maksimum devir snr gz nnde bulundurulur. rnein,

geleneksel bilyal deirmende dnme hz art bilyalarlarn hareket hzn artrr ve belli

bir hzn zerinde, bilyalarlar kabn duvarna yaparak arpma kuvveti ile aa

dmeyecektir. Bu yzden, maksimum hzda, maksimum arpma enerjisini retmek

amacyla bilyalarn maksimum ykseklikten aa dmesi iin kritik hz deerinin biraz

altnda olmaldr.

ok yksek hzlarda kabn scakl daha yksek bir deere ulaabilir. Bu, tozlardahomejenizasyon ve/veya alamlamay salamak iin avantajl olabilir. Ancak, baz

durumlarda scaklk art, dnm ilemini hzlandrr ve ar doymu kat zeltileri

veya tme srasnda oluan dier kararl fazlar bozulurken ayrca ortaya kan yksek

scaklk tozlar kirletebilir (Suryanarayana, 2001).

2.2.3.3 tme Sresi

Toz paracklarnn krlma ve souk kaynak arasnda dzenli bir durum elde etmek iingerekli en nemli ilem parametrelerinden birisi de tme sresidir. tme sresi

kullanlan deirmen tipine, tme younluuna, bilya-toz (BTO) oranna ve tme

scaklna baldr. MA ilem parametrelerinin her bir kombinasyonlarna gre tme

sreleri deiir. Eer tme sresi gereinden daha uzun olursa kirlenme seviyesinin


28/96

10

artmas ve istenmeyen fazlarn olumas gibi beklenmeyen sonular ortaya kabilir. Bu

yzden tozun gerekli sre kadar tlmesi gerekmektedir (Suryanarayana, 2001).

2.2.3.4 tc Malzemelerin Tipi

tc malzeme olarak sertletirilmi elik, takm elii, sertletirilmi krom elii,

temperlenmi elik, paslanmaz elik, WC-Co ve yatak elii gibi malzemeler seilir.

tme malzemesinin younluu, bilyalarn toz zerinde byk arpma kuvveti

oluturmas iin yeterince yksek olmaldr. Ancak, tme kabnda olduu gibi, tme

malzemesi iin de baz zel malzemeler kullanlr. Bunlar: Cu, Ti, niyobyum (Nb),

zirkonyumoksit (ZrO2), akik ta, yitriya ile stabilize edilmi zirkonya, ksmi

kararlatrlm zirkonya + yitriya, safir, silisyum nitrit (SiN4) ve Cu-Be dir. tme kab

ve tme malzemelerinin ayn malzemeden yaplmas tercih edilmektedir(Suryanarayana, 2001).

2.2.3.5 Bilya-Toz Arlk Oran

Bilya-toz oran (BTO), tme ileminde nemli bir deikendir. BTO, farkl

aratrmaclar tarafndan, 1:1 gibi kk deerden 220:1 gibi byk deerlere kadar

deiik oranlarda deitirilmitir. Genellikle, salnml deirmeni gibi kk kapasiteli

deirmenlerde toz tlrken en yaygn kullanlan oran 10:1dir. Fakat tme, atritrgibi byk kapasiteli deirmende yapldnda, 50:1 ve hatta 100:1den daha yksek BTO

kullanlr (Suryanarayana, 2001).

BTO, tlen tozda zel bir faz elde etmek iin gerekli olan tme zamanna nemli bir

etkide bulunmaktadr. Daha yksek BTO tme zamann ksaltr. (rnein, bir SPEX

deirmeninde tlen Ti-% 33 Al toz karmnda amorf fazn oluumu, 10:1 BTO de 7

saatte, 50:1 BTOda 2 saatte elde edilirken 100:1 BTOda 1 saatte elde edilebilmektedir).

Yksek BTOda, bilyalarn arlk oranndaki arttan dolay, birim zamandaki yzdearpma says artar ve sonuta toz paracklarna daha fazla enerji transfer edilir. Bylece

alamlama daha hzl olur. Daha yksek enerjiden dolay, daha fazla s retimi

mmkndr ve bu da toz bileimini deitirebilir.


29/96

11

2.2.3.6 Kabn Doluluk Oran

Bilyalarn ve toz paracklarnn tme kabnda serbeste hareket edebilmesi iin

yeterince boluk olmas gerekir. Bundan dolay, kabn toz ve bilyalarla doluluk oran

nemlidir. Eer bilyalar ve tozlarn miktar ok kkse, o zaman rn miktar da ok azolur. Dier taraftan miktar bykse, o zaman bilyalarn hareketi iin yeterince boluk

olmayacak, bu yzdende arpma enerjisi azalacaktr. Bu nedenle kap ar

doldurulmamal, kap boluunun yaklak % 50si dolu olmaldr (Suryanarayana, 2001).

2.2.3.7 tme Atmosferi

tme atmosferinin esas etkisi tozun kirlenmesi ile alakaldr. Bu yzden, tozlar ya

argon (Ar) ya da helyum (He) gibi asal gaz ile dolu kaplarda tlr. Yksek saflkta Artozlarn oksitlenmesini ve/veya kirlenmesini engellemek iin en yaygn kullanlan atmosfer

ortamdr. Oksitlenmenin, azot atmosferinde genellikle engellenebilecei veya minimize

edilebilecei yaplan aratrmalar sonucunda ortaya kmtr (Suryanarayana, 2001).

Normalde, tozlar kaba yklenmesi ve kaptan boaltlmas atmosfer kontroll glow-

boxlarda gerekletirilir. Bu glow-boxlar genellikle tekrar tekrar boaltlr ve Ar gazyla

doldurulur. ekil 2.7de glow-box ortamnda yaplan arj ilemi gsterilmitir.

ekil 2.7 Glow-box ortamnda yaplan arj ilemi (Drtblk vd., 2003).

zel amalar iin farkl tme atmosferleri kullanlmtr. Nitrit retmek iin azot (N) ve

amonyak (NH3) atmosferi kullanlmtr. Hidrit retmek iin H2 atmosferi kullanlmtr.

zellikle tozlar normal havada reaktif ise, tme kabnn iersinde normal havann olmas


30/96

12

tozda oksitleri ve/veya nitritleri oluturur. Bu yzden, tme srasnda ntr bir atmosfer

kullanlr.

2.2.3.8 lem Kontrol Kimyasallar (KK)

Toz paracklar snek ise tlmesi srasnda ar plastik deformasyondan dolay

birbirlerine souk kaynaklanmaktadr. Gerek alamlama, toz paracklarnn birbirine

souk kaynaklanmas ve krlma arasnda bir denge srdrldnde olabilir. KK, toz

karmn tme srasnda souk kaynak etkisini azaltmak iin ilave edilir. KK kat veya

sv olabilir. KK ounlukla, yzey oksit kimyasallar olarak etki eden organik

bileiklerdir, fakat gerekli deildir. KK toz paracklarnn yzeyine absorbe edilir. Bu

durumda da toz paracklar arasndaki souk kaynak minimize olmaktadr. Ayrca tozlarn

aglomere (topaklanma) olmas nlenir. Parack yzeylerinde abisibe edilen yzey-aktifkimyasallar souk kayna engeller ve kat malzemenin yzey gerilimini azaltr.

Genellikle KK, toplam toz arjnn yaklak % 1-5i kadar kullanlr.

2.2.3.9 tme Scakl

Difzyon ilemi, son rn faz kat zelti, intermetalik faz nano yap veya amorf faz olup

olmadna bakmakszn, alam fazlarnn teekklnde gerekli olduundan dolay,

tme scakl herhangi bir alam sisteminde nemli bir etkiye sahiptir.

tme scakln zerine ok az aratrma yaplmtr. Bu almalar dk scaklk iin

tme kabna ya sv azot damlatlarak ya da tme scakln artrmak iin elektrikle

starak yaplmtr. Bu aratrmalar, kat zlebilirlik seviyelerindeki deimelerde

tme scaklnn etkisini incelemek veya farkl scaklklarda ya amorf faz ya da nano

kristalit yap biimlerini belirlemek amacyla yaplmtr. Nano kristallerin teekkl

srasnda, daha yksek scaklklarda tlen malzemeler iin, malzemede etkili gerilim

daha dk ve toz boyutunun daha geni olduu kaydedilmitir (Suryanarayana, 2001).

2.3 MEKANK ALAIMLAMA MEKANZMASI

MA, tekrarl deformasyon-kaynaklanma-krlma mekanizmas yoluyla homojen alam

elde etmek iin malzeme transferini kapsayan toz karmlarnn birlikte tlmesi


31/96

13

ilemidir (Fogagnolo et al, 2002). ki elik bilyann arpmas esnasnda tozlarn bir ksm

bu bilyalarn arasna kalr. Tipik olarak, toplam arln 0,2 mg si her arpma esnasnda

bilyalarn arasna hapsolur. Bilya-toz-bilya ve bilya-toz-kap duvar arpmalarnda ve

parack krlmalarnda temiz yzeyler ortaya karmaktadr. ekil 2.8de mekanik

alamlama srasnda bilya-toz-bilya arpmas ematik olarak gsterilmitir(Suryanarayana, 2001).

ekil 2.8 Mekanik alamlama srasnda bilya-toz-bilya arpmas (Wojciechowski, 2000).

ekil 2.9 a da grld gibi balang aamasnda, iddetli bir souk kaynaklanmadan

dolay balang toz paracklar katmanlar. ekil 2.9 b de grld gibi hzl krlma

srasnda, krlma ve souk kaynak daha ince kompozit paracklar olumasna neden olur.

Bu safhada, helisel lameller paracklar iinde grlebilir. Hafif souk kaynak srasnda,

lamel alan 1m den daha kk, lameller daha ince ve daha helisel hal almaktadr (ekil

2.9 c). Son safha bir kararl hal pozisyonudur. Bu aama sonunda ilem tamamlanm ve

paracklar son derece deforme edilmi yar kararl yapda olmaktadr (Sundaresan and

Froes, 1987).


32/96

14

ekil 2.9 MA safhalar (Sundaresan and Froes, 1987).

tmenin balangcnda tozlar yumuak olduu iin birbirleriyle kaynaklanma ve byk

tanecik oluturma eilimindedirler. Toz tanecik boyutlar balang tozlarn yaklak

kat kadardr. lem devam ettike tozlarda deformasyon sertlemesi nedeniyle krlmalar

olmaktadr. ekil 2.10da balang tozlar ve deformasyon zellikleri grlmektedir.

ekil 2.10 MA kullanlan element balang tozlarnn ve deformasyon karakteristiklerininematik gsterimi (Suryanarayana, 2001).

Bilya darbeleri etkisinden dolay bu aamada krlma eilimi souk kaynaktan daha yksek

olur ve toz boyutlar daha da klr. ekil 2.11de grl gibi tozlarn incelmesine

ramen paracklarn boyutu ayn kalarak tabakalar aras boluklar azalmakta ve parack

tabakalar ise artmaktadr (zyrek, 2002; Benjamin, 1976).

a. souk kaynaklanma b. krlma c . yenidenkaynaklanma


33/96

15

ekil 2.11 tme artlarnda kk para cklarn kaynaklanma eilimleri nedeniylebirlikte byk paracklar oluturmas ve sonra krlarak kk parackoluumu (zyrek, 2002; Benjamin, 1976).

MAda metal ve alamlarnn farkl kombinasyonu mmkndr. Bunlar; snek-snek,

snek-gevrek ve gevrek-gevrek sistemleridir.

2.3.1 Snek-Snek Sistemi

Snek-snek sistemi MA iin ideal malzeme kompozisyonudur. Benjamin in nerisine

gre, alamn baarl olabilmesi iin en az % 15 snek bileene ihtiya vardr. Doru

alamlama, toz paracklarnn tekrarlanan souk kaynak ve krlma hareketinden dolay

olmaktadr (Suryanarayana, 2001).

lk olarak deformasyon altndaki paracklarn morfolojisi eeksenliden yasslamaya

doru deiir. Sonraki aamada kaynaklanma mekanizmas eeksenel parack oluumuna

neden olur. Bu aamada ynlenmi arayzey snrlar gzlenmektedir. Daha sonra kaynak

ve krlma mekanizmas dengeye ular ve arayzey snrlarnda yada kaynaklanma

ynnde rast gele ynlenmi paracklar oluur. Son aama kararl hal ilemi olarak

adlandrlmaktadr. Bu aamada mikroyapsal incelik devam eder ama parack boyutu

ayn kalr. ekil 2.12de MA esnasndaki snek-snek sistem ilem basamaklar

gsterilmitir (Fogagnolo et al, 2002).

tme sresi (saat)

Parackboyu

tu


34/96

16

ekil 2.12 MA esnasndaki snek-snek sistem ilem basamaklar (Fogagnolo et al, 2002).

2.3.2 Snek-Gevrek Sistemi

tmenin ilk aamasnda gevrek paracklar krlmaya, snek paracklar ise

deformasyona maruz kalrlar. Daha sonra, snek paracklar kaynaklanmaya baladnda

gevrek paracklar bilyalarn arpmas sebebiyle iki veya daha ok snek paracn

arasnda kalr. Sonu olarak, krlm takviye paracklar kaynaklanm metal paracklar

arayzey snrlar iersine yerlemi olacaktr ve gerek kompozit meydana gelecektir.

Souk kaynaklanma MA ileminde etkili bir mekanizmadr ve paracklarn morfolojisi

laminal paracklarn kmelemesiyle deiir. Deformasyon, kaynaklanma ve kat dalm

sertleen malzemede krlma ilemini arttrr ve eeksenli morfoloji oluumuna katkda

bulunur. Kaynaklanma ve krlma mekanizmalar dengeye ulatktan sonra arayzey

snrlarnda rastgele ynelmi kompozit parack oluumunu arttrr. Kararl hal

aamasnda ar incelmeden dolay mikroyap optik mikroskop yoluyla arayzey

snrlarnda tam olarak grlememektedir. ekil 2.13de MA ilemi esnasnda snek-

gevrek sistemin ilem basamaklar ematik olarak gsterilmitir.


35/96

17

ekil 2.13 MA esnasndaki snek-gevrek sistem ilem basamaklar (Fogagnolo et al,

2002).

2.3.3 Gevrek-Gevrek Sistemi

ki veya daha fazla gevrek bileenlerden oluan bir sistemde mekanik alamlama ilemi

baarl olmamaktadr. nk snek bileenin eksiklii souk kaynaklanma olayn

engeller ve alamlama gereklemez. Ancak, silisyum (Si)-germanyum (Ge) ve mangan

(Mn)-bizmut (Bi) gibi gevrek-gevrek bileen sistemlerinde alamlama olduu ve gevrek

intermetalik karmlarnn tlmesiyle de amorf fazlar retildii yaplan almalarda

belirlenmitir (Suryanarayana, 2001).

Gevrek bileenler tme srasnda krlr ve parack boyutu srekli klr. Ancak ok

kk toz paracklar snek davran gsterir ve bundan dolay boyutta klme

olmamaktadr. Bu durum ise ufalanma snr olarak isimlendirilmektedir (Suryanarayana,

2001).

2.4 TAKVYE ELEMANI

Kompozit malzemelerde takviye eleman olarak seramik elyaflar yada paracklar

kullanlmaktadr. Bir kompozit malzemede takviye elemannn esas grevi, yk tayarak

matrisin rijitliini ve dayanmn artrmaktr. Takviye eleman, kompoziti oluturan en


36/96

18

nemli elemanlarndan biri olup kompozit zerine gelen ykn byk bir ksmn

tamaktadr (ahin, 2000).

MMKlarda takviye eleman olarak kullanlan baz refrakter malzemeler; refrakter

metaller, karbrler, nitrrler, boridler, oksitler, slfitler, intermetalikler ve silikatlardr.Refrakter metal malzemelerin yksek scaklklarda dayanmlarn muhafaza ettikleri ve

tamamen sert olduklar bilinmektedir.

2.4.1 Takviye Elemanlarnn Seimi

Seramik takviye paracklar; rijitlik, dayanm, sertlik, gibi iyi mekanik zelliklere sahip

olmaldr. Ayrca sinterleme srasnda reaksiyon faz olmakszn tane snr ara

yzeylerinde ekillenmelidir. TiC, TiN, TiB2, SiC, B4C gibi takviye elemanlar iinde bunaen uygun olan TiB dir. Bu malzemeler yksek ergime noktasna sahiptirler. Ayrca bir

takviye eleman seiminde farkl kriterler sz konusudur. Bu kriterler;

Kimyasal bileimErgime noktasYounlukekil ve boyutDifziteElastikiyet modlOluum serbest enerjisi (termal kararllk)Hacim ekmesiretim kolayl, faydas ve kullanmdr (zyrek, 2002).2.4.2 Takviye Elemannn ekli

Takviye elemannn farkl boyut ve ekillerde eitli matrislerde optimum performans eldeetmek iin birbirlerine nasl etki ettiklerini, zellikle sert bir matristeki tokluk deerini

gsteren, kabul edilmi uluslararas bir model belirlenememitir. Bu da kompozitlerin

tokluunun ilem yntemi ve malzemeyi oluturan elemanlarn zellikleri arasndaki

karmak bir etkileimle kontrol edildiini gstermektedir (zyrek, 2002).


37/96

19

2.5 TOZLARIN PRESLENMES

TM paralar genel olarak tozlarn kalba konulmas, sktrma ve sinterleme olmak zere

aamada retilir. Bunlardan presleme ve sinterleme ilemleri ayn anda

yaplabilmektedir. TM paralar birka yntem ile ekillendirilir. Bunlar genel olarak;balayc yardmyla ekstrzyon, enjeksiyon kalplama, bulama dkm, erit dkmdr.

Younlatrma ve ekillendirmenin ayn anda olduu scak izostatik presleme (yksek

scaklkta sktrma) yaygn olarak kullanlan bir tekniktir. Bununla beraber, TM

paralarnn ekillerini koruyabilmeleri amacyla kimyasal balayclar kullanlarak eitli

dk basn metotlaryla da gerekletirilebilir.

Bu metotlarn tmnde temel ama tozlar istenilen ekillerde birletirmektir.ekillendirme/ birletirme metodunun seimi; kullanlan tozun tipi (kresel, snger), tozun

kimyas, rijit veya esnek kalplarn kullanlmas, balayc veya yalayc kullanm, direk

olarak tozlar birletirmek iin direk toz sprey kullanm gibi etmenlere baldr.

Tozlar eitli metotlarla yksek basn altnda sktrlr. Uygulanan kuvvet tozlar

paketler ve gzenei azaltr. ekillendirme metotlarndan farkl olarak sktrma teknikleri

parack deformasyonuna neden olmaktadr. eitli sktrma yntemleri kullanlmakla

beraber TM paralar retimi iin en ok tercih edilen rijit eksenli bir sktrma ekil2.14de grlmektedir.

Toz

ekil 2.14 Kalpta presleme ileminin ematik gsterimi (Dax et. al, 1998).


38/96

20

Ancak sktrma yntemleri doal olarak farkl llere sahip son sinterlenmi parada

younluk farkllklar da oluturmaktadr. Bu durum toz paracklar boyunca kuvvet

iletiminin niform olmamasndan kaynaklanr.

ekil 2.14de grld gibi, kalp boluu metal tozlar ile doldurulur. Bir veya dahafazla zmbann eksenel hareketi ile 350-700 MPa yk uygulanr. Yk, metal toz

paracklarn mekanik olarak kilitler ve retimi istenen parann son haline yakn ekilde

ve llerde porozite oran yksek para elde edilir. Elde edilen ham malzemeden

kullanlacak para elde etmek iin malzemenin trne gre 1120-1200 oC scaklklarda 30-

120 dakika sinterlenir. Mhendislik paralarnn imalat iin kullanlan kalp sktrma

tekniinin baz sakncalar sz konusudur. Bunlar;

Geometrik ekilli paralarn retimi, zmbalarn eksenel hareketinden dolay snrldr. Toz paracklar ile kalp duvarlar arasndaki srtnme, metal tozlarnn niform olarak

birlemesine engel olduu iin younluk fark olumaktadr.

Ham paradaki younluk fark, sinterleme srasnda niform olmayan bir boyutdeiimine neden olmaktadr.

Sinterlenen paralarn mekanik zellikleri, blgesel younluk deiimlerinin birilevidir.

Rijit kalplarda souk presleme en yaygn kullanlan sktrma ilemidir. Fakat kalp

duvar srtnmesi sonucu sktrmada younluk gradyant olur. En yksek younluk

zmba yzeylerine yakn blgede olmaktadr. Hareketli bir kalp tablas, kalbn srtnme

hareketini dengeleme hareketiyle younluk gradyantn azaltr.

Kalpta sktrlan paralar iin tipik ham younluk tam younluun % 75-85i kadardr.

Ham younluk ounlukla uygulanan yk ile ilgilidir. stenilen seviyede younluk elde

etmek iin gerekli olan sktrma yk; toz ekli, parack ebad ve ebat dalm, tozkimyas, yalama ilemine baldr (Ferguson et al, 1998).

ekil 2.15de grld gibi rijit kalpta presleme ile retilen ham paralarda tozlar

boyunca kuvvet iletimi ve younluk dalm, izostatik preslemeye gre ok daha az

niform dalm gstermektedir. zel ilemlerle iki ilem tek bir kademede yaplabilir.


39/96

21

Kalba yerletirilen tozun younluu tozun zelliklerine ve vurma veya titreim ieren toz

yerletirme metoduna baldr.

ekil 2.15 Preslemedeki younluk dalm (Ferguson et al, 1998).

2.6 SERTLK

Sertlik, malzemenin anmaya kar gsterdii direntir. eitli ilemler malzemenin

dayanm ve sertliinde art salar. Sertlik; Brinell, Rockwell yada Vickers sertlik

lmlerinden biriyle llmektedir (Norton, 2000 ).

TM de mikro ve makro sertlik olmak zere iki tip lm yaplmaktadr. Mikro sertlik

malzemenin her bir paracnn sertliidir . Makro sertlik genel olarak malzemenin yzey

sertliidir. Makro sertlik MPIF standart 43e gre llmektedir. Bu prosedrde basit

olarak;

Numuneler yeterli kalnlkta ve paralel konfigrasyonda olmalentik ac alet iin numuneler yeterli genilikte olmalNumunelerin her bir yzeyi kumlanmal ve numune yzeyinde apak bulunmamalNumune zerinden en az be farkl sertlik testi de yaplmaldr.

Mikro sertlik ise MPIF standart 51e gre yaplmaktadr. Mikro sertlik makro sertlie gre

yaplmas ok daha zordur ve zel ekipmanlar gerektirir (Norton, 2000).


40/96

22

BLM 3

ALMNYUM MATRSL KOMPOZT MALZEMELER

Gelitirilmi mekanik zelliklerinin yannda, malzeme ve enerji kazanc bakmndan hafif

olmalar nedeniyle metal matrisli kompozitler (MMK) yeni malzemeler olarak dikkat

ekmektedir. Ayrca iyi srtnme ve anma zellikleri, bu malzemelerin anmaya kar

uygulamalarda srtnen ve anan blgelerin veya parann tamamnn bu malzemelerden

yaplmasn zorunlu klmaktadr (Agyekum et al, 1986). zellikle havaclk ve savunma

sanayinde hafif ve buna karn dayankl malzemelere olan ihtiya toz metalurjisi (TM) ileretilen metal matrisli kompozit kompozit malzemelere olan ilginin son on ylda

katlanarak artmasna sebep olmutur (Sanders et al, 1986).

Kompoziti oluturan bileenler, genelde farkl kimyasal bileime sahiptirler ve birbirleri

ierisinde znmezler. Yapsal olarak kompozitlerde tek bileenli alamlarla

baarlamayan gerekli zellikleri salamak zere bir metal alaml matris iinde srekli

veya sreksiz olmak zere iki ana grupta toplanmaktadr. ekline gre takviye malzemesi

be alt gruba ayrlmaktadr (Huda, 1995);

i. Srekli fiberlerii.Sreksiz (Ksa) fiberleriii.Wiskersiv.Paracklarv. Teller (Metal)Kompozit malzemeler, yapsal bileenlerin ekline ve matris yapsna gre;

i. Takviye edildikleri yapsal bileenlerine greSrekli fiber takviyeli kompozitler

Sreksiz parack takviyeli kompozitler

Wiskers veya sreksiz fiber takviyeli kompozitler

Levhasal kompozitler

Doldurulmu (veya iskelet) kompozitler

Tabakal kompozitler


41/96

23

ii.Matris malzemesine greSeramik matrisli kompozitler (SMK)

Polimer matrisli kompozitler (PMK)

Metal matrisli kompozitler (MMK)

eklinde snflandrlmaktadr. ekil 3.1de kompozit malzemeleri meydana getirenmalzeme snflar gsterilmektedir (Schwartz,1984; Ashby, 1993).

Elastomerler

Seramikler Camlar

Polimerler

Kompozit

Malzeme

Metaller

ekil 3.1 Kompozit malzemeleri meydana getiren malzeme snflar (Ashby, 1993).

Bu adan, gnmzde elde edilebilen MMK ler balca gruptan birinde yer

almaktadr:

a. Katln ve ounlukla da mukavemetin artmasyla sonulanan, bir balayc matrisiine tane eklindeki katk maddelerinin ilavesiyle oluturulan parack esasl

kompozitler,

b. Yksek uzunluk/ap (L/D) oran nedeni ile daha byk yk iletimi yeteneine sahipdolaysyla yksek dayanml wiskers, ksa fiber veya lamel esasl kompozitler,

c. Fiberin yksek yeterlikli tm zelliklerini tayan srekli fiber esasl kompozitlerdir.

Alminyumun hafif bir metal olmas nedeni ile son yllarda alminyum matrisli

kompozitler zerinde youn aratrmalar yaplmaktadr. Bu almalarda ama hafif olan

ve stn zelliklere sahip yaplar elde etmektir. Alminyum ierisine ilave edilen SiC,

TiC, Al2O3 vb. takviye elemanlar ekme dayanm, elastikiyet modl, ama dayanm ve


42/96

24

zellikle yksek scaklk dayanm gibi zellikleri olumlu ynde etkilemektedir (Silcock,

1989).

Metal matrisler de alminyuma odaklanma zellikle MMK lerin ticari almalaryla

artmtr. Birletirmelerdeki hafiflii, evre koullarna direnci ve faydal mekanikzellikleri alminyum alamlarn ok popler hale getirmitir. Hem de, deiik takviye

elemanlaryla takviye edilebilir. Bu takviye elemanlar srekli fiber olanlar bor, Al2O3,

SiC ve grafit fiberler ve eitli paracklar, ksa fiberler ve wiskerslerdir. eitli

alminyum matris MMK lerin yaplar ekil 3.2de gsterilmektedir.

ekil 3.2 eitli fiberlerle glendirilerek seilmi MMK ler (ASTM HandbookCommittee, 1988).

Ana metal ile, kompozitin gstermi olduu 260 C (500 F) zerindeki scaklklardaki

dayanm ekil 3.3de gsterilmektedir. Bu malzemelerin uygulama eitliliinin

programlanmas ve gelitirilmesi zerinde durulmaktadr (ASTM Handbook Committee,

2001).


43/96

25

Scaklk C

425 540

Scaklk F800 1000

1380

205 315-20 950

Saf Alminyum

SiC / Al MMK

690

345

1035

Saf Titanyum

400 6000 2001725

200

870 980650 7600

Dayanm,

ksi

100

50

150

1600 18001200 1400

SiC / Ti MMK

250

Dayanm,

MPa

ekil 3.3 Srekli fiber takviyeli iki tr MMK iin ve takviyesiz metaller iin scaklksonular (Aydn, 1995; Akar, 1998).


44/96

26

BLM 4

MALZEME VE METOT

4.1 MA/M NN YAPILDII TTREML DERMEN

MA/M ilemlerinde, tasarm ve imalat Z.K. Karabk Teknik Eitim Fakltesi atelye

ve laboratuarlarnda yaplm olan titreimli MA/M deirmeni kullanlmtr.

ekil 4.1de deneyin yapld titreimli MA/M deirmeni ematik olarak verilmektedir.

Cihaz 380 Vluk elektrik motorunun miline sk geme ile taklan kay-kasnak hareketi ile

almaktadr. Titreim, devinimi gerekletirecek krank miline ve oradan da yine sk

geme ile monte edilmi kasnaa iletilir. Krank miline bal olan biyel kolu dairesel

hareket dorusal harekete evirerek titreim hareketini gerekletirir. Cihaz; profil gvde,

380 Vluk motor, kasnaklar, krank mili, biyel kolu, kafes ve hazne olmak zere yedi

ksmdan olumaktadr.

ekil 4.1 Titreimli MA/M deirmeninin ematik grn.


45/96

27

4.2 MA/MNN YAPILDII ATRTOR DERMEN

ekil 4.2de deneysel almalarn yapld atritr gsterilmektedir. Set (kartrc kollar)

birbirine dik alarda ilerler. Kartrma kollar bilyal arj enerjilendirir. Bu enerji bilyalar

arasndaki, bilya-kap duvarlar arasndaki ve bilya-kartrma mili-kartrc kollar

arasndaki arpmalardan dolay toz boyutunun klmesine sebep olmaktadr.

Paracklar aras arpma ve bilya kaymas ile toz boyutunda bir miktar klme

grlmektedir. Gl bir elektrik motoru, kap iindeki elik bilyalara hareket veren

kartrma milini dndrmektedir.

ekil 4.2 Deneysel almalarn yapld atritr.

4.3 DENEYSEL PARAMETRELER

4.3.1 MA/M arj lemi

MA/M ileminin yaplaca deirmene yerletirilen tme haznesine toz ve bilya arj,

glow-box ierisinde, argon ortamnda yaplmtr. Mekanik tme ilemi tamamlanan

numuneler tekrar glow-box ierisine alnm ve tme kab ve bilyalar argon ortamnda

alnmtr.


46/96

28

4.3.2 Matris Malzemesi

MA/M deirmeninde matris eleman olarak kullanlan Al tozu, su ve gaz atomisazyonu

yntemiyle Gazi niversitesi toz metalurjusi laboratuarnda retilmitir. izelge 4.1de

matris malzemesinin kimyasal bileimi verilmektedir.

izelge 4.1 Matris malzemesinin kimyasal bileimi.

Malzeme Fe Cu Cr Ni Mn Si Na K Kalan

Al 0.14 0.032 0.007 0.007 0.007 0.142 0.844 0.333 Al

4.3.3 Takviye Elemanlar

Deneysel almalarda her iki tip deirmende de hacim baznda % 5, % 10, % 15 ve % 20

oranlarnda SiC paracklar kullanlmtr.

4.3.4 MA/M Ortam

Tozlarn arj glow-box ierisinde argon ortamnda yaplmtr. Bylece MA/M

esnasnda meydana gelebilecek olan oksidasyon problemleri giderilmeye allmtr.

4.3.5 tc Bilyalar

Titreimli MA/M deirmeninde 6 mm apnda yksek kromlu elik bilyalarl

kullanlmtr. retici firma bilgilerine gre bilyalarn sertlikleri 60-64 Rc olarak

belirtilmitir. Deneysel almalarda 10:1 bilya-toz oran sabit parametre olarak

kullanlmtr. izelge 4.2de MA/M ileminde kullanlan bilyalarn kimyasal bileimleri

verilmektedir.

izelge 4.2 tc bilyalarn kimyasal bileimi.

C Mn Si P S Cr Fe

0,95 0,50 0,15 0,025 0,025 1,30 Kalan

1,10 Max 0,35 Max Max 1,60


47/96

29

4.3.6 lem Kontrol Kimyasal (KK)

Btn MA/M ileminde ilem kontrol kimyasal (KK) olarak % 2 stearik asit

kullanlmtr.

4.3.7 tme Sresi

Deneysel almalarda 30, 60, 90 ve 120 dakika olmak zere drt farkl tme sre

kullanlmtr.

4.4 KARAKTERZASYON ALIMALARI

MA/M ilemine tabi tutulmu numunelerin ekil, boyut ve dalmlarn ve balang

numunelerinin eklini ve boyutunu incelemek amacyla eitli metalografik incelemeler

yaplmtr.

4.4.1 Numune Hazrlama lemleri

Souk gmme yntemiyle hazrlanan numunelerde STRUERS in rettii acryfix kit

kullanlmtr. Hazrlanan numuneler 300 d/dak hzda 1200 nolu zmpara ile

zmparalanarak 3 m almina pasta ile parlatlmtr. Dalama ileminde 12 ml HCl, 6 ml

HNO3, 1 ml HF, 1 ml H2O (Poultan reaktifi) kullanlarak tane yaps ortaya kartlmtr.

4.4.2 Numune Karakterizasyon lemleri

4.4.2.1 Optik Mikroskop ncelemesi

Optik mikroskop almalar Z.K.. Karabk Teknik Eitim Fakltesi Metalografi

laboratuarnda bulunan MEIJI marka optik mikroskopta yaplmtr.

4.4.2.2 Tarama Elektron Mikroskobu (SEM) ve EDAX ncelemesi

ERDEMR bnyesindeki Kalite Kontrol Laboratuarnda bulunan POLARON SC 7620

SPUTTER COATER kaplama cihaznda 90 sn anot malzemesi: AuPt alam olan

kaplama malzemesi ile numuneler kaplanm ve ardndan numuneler JEOL JSM5600

tarama elektron mikroskobunda (SEM) incelenmilerdir. MA/M tlm tozlarda


48/96

30

oluan tme sonundaki paracklarda hangi elementlerin var olduunu ve oluabilecek

oksijen kirliliinin belirlenmesi iin EDAX teknii ile numuneler incelenmitir.

4.4.2.3 Toz Boyut Analizleri

TBTAK/MAM Malzeme Blm Toz Metalurjisi Laboratuarnda bulunan MALVERN

X marka laser diffraction prensibine gre alan tane boyut lm cihaznda, deneylerde

kullanlan tozlarn tme ncesi ve sonras toz boyut analizler yaplmtr. Cihazn lm

kapasitesi 0.16-2000 m boyut aralndaki tozlardr.

4.4.2.4 Souk Presleme

retilen Al + SiC kompozit tozlar sinterleme ncesi ekil 4.3de verilen kalp kullanlarak

9 mm apnda ve 5 mm yksekliinde silindirik paralar elde edilecek ekilde souk

preslenmitir.

ekil 4.3 Souk preslemede kullanlan kalp.

Souk presleme ilemi Z.K.. Karabk Teknik Eitim Fakltesi Metal Eitimi Blmbnyesinde bulunan 40 ton kapasiteli Hidroliksan marka pres ile yaplmtr ve her bir

numune iin 1 gr toz kullanlmtr.


49/96

31

4.4.2.5 Sinterleme lemi

ekil 4.4de sinterleme scaklk-zaman grafiinde grld gibi numuneler, 10oC/dak

lk scaklk artyla 560oCye kartlm ve bu scaklkta 30 dakika bekletildikten sonra

frn ierisinde oda scaklna soutulmutur. ekil 4.5de sinterleme ilemi ematik

olarak gsterilmektedir.

ekil 4.4 Sinterleme scaklk-zaman grafii.

ekil 4.5 Sinterleme ilemi mekanizmas.

4.4.2.6 Younluk lm lemi

Souk preslenmi ve sinterlenmi numunelerin younluu, arimet prensibine gre alan

1/10000 hassasiyetli Presica XB 220-A younluk lm cihaznda belirlenmitir.

4.4.2.7 Sertlik lmleri

Vickers sertlik lmleri AFFRI VRSD 251 isimli sertlik lme cihaznda HV 2 yk

altnda yaplmtr.

Frnda soutma

Scaklk

530C30 dk

10 C/dak

Zaman

Ar Tp

SinterlenmiAl2O3 tp

460Cde Arsaflatrma CuKab

Frn

Numune

Sv Kab


50/96

32

BLM 5

DENEYSEL SONULARIN DEERLENDRLMES

Bu almada titreimli ve atritr tip MA/M deirmenleri kullanlarak, matris malzemesi

ve takviye elemannn harmanlanmas sonucu meydana gelen kompozit malzemenin

karakterisazyonu incelenmitir. izelge 4.2de verilen matris-takviye elemanlarnn

oranlar ve tme srelerinde malzeme retimleri yaplmtr. Bu tez almasnda deney

ilem akemas ekil 5.1de gsterilmitir. izelge 5.1de titreimli deirmen, izelge

5.2de ise atritrde belli srelerde tlen malzemelerin toz boyutlar verilmitir.

ekil 5.1 Deney ilem akemas.

5.1 BALANGI MALZEMELERNN KARAKTERZASYONU

ekil 5.2 MA/M ileminde matris malzemesi olarak kullanlan Al tozunun optik

mikroskop grnts gsterilmektedir.

Al + SiC Bileim hazrlama

MA/MO DeirmeniMA tozlar

Souk gmme

Optik inceleme

SEM

EDAX

Toz boyut analizi

Sertlik

Souk presleme

Sinterleme


51/96

33

ekil 5.2 MA/M ileminde kullanlan Al tozunun optik mikroskop grnts.

Bu grntlerin daha iyi analiz edilebilmesi iin numunelerin toz boyut analizleri

yaptrlmtr. Toz yzeylerindeki takviye elemanlarnn daha iyi grlebilmesi iin SEM

grntleri ve herhangi bir kirlenme veya oksitlenmenin olup olmadn belirlemek iin

de EDAX analizleri yaplmtr. Numunelerin sertlik deerlerinin belirlenmesi iin sertlik

lme ilemleri yaplmtr. Sinterleme sonras numunelerin younluk younluklar

llmtr.

5.2 TAKVYE MALZEMELERNN KARAKTERZASYONU

ekil 5.3de MA/M ileminde matris malzemesi olarak kullanlan SiC tozunun optik

mikroskop grntsne yer verilmitir. ekil 5.3den grld gibi parlak bir yzeye

sahip olan SiC paracklar keskin kelere sahiptir.

ekil 5.3 MA/M ileminde kullanlan SiC tozunun optik mikroskop grnts.


52/96

34

5.3 TTREML DERMENDE RETLEN MATRS MALZEMESNN

KARAKTERZASYONU

30, 60, 90 ve 120 dakikalk tmeler sonunda elde elden saf Al tozlarnn optik

mikroskop grntleri ekil 5.4de verilmektedir. 30 dakikalk tme sonunda kaba taneli

bir grnt ortaya kmtr. Toz yzeyine yapm daha kk taneli tozlar ve geliigzel

olumu toz geometrileri grlmektedir.

a. 30 dak. b. 60 dak.

c. 90 dak. d. 120 dak.

ekil 5.4 Drt farkl srede mekanik tme ilemine tabi tutulan Alnin optikmikroskop grntleri.

ekil 5.5de 30 dakika sre ile mekanik tlen saf Alnin SEM grntleri ve EDAX

analiz sonucu verilmektedir. SEM grntleri 30 dakikalk tmenin sonucunda kaba

taneli bir yapnn olutuunu ve iri tozlar zerine kk toz paracklarnn souk

kaynaklandn gstermektedir (ekil 5.4 a). Ayrca ekil 5.4 bdeki EDAX analizi

sonucundan malzemede ok az bir oksijen kirlenmesi olduu gzlenmektedir.


53/96

35

a. SEM grntleri

b. EDAX analiziekil 5.530 dakikalk tme sonras elde edilmi saf Alnin sonular.

ekil 5.6da 30, 60, 90 ve 120 dakikalk tmeler sonucunda matris malzemesi olan saf

Alnin tme sresi-toz boyut sonular verilmektedir.

63

8187

47

30

45

60

75

90

0 30 60 90 120

tme sresi (dak.)

Tozboyutu(m)

ekil 5.6 Saf Alnin tme sresi-toz boyutu sonular.


54/96

36

30 dakikalk tme sonrasnda 63 m olan toz boyutu, 60 dakikalk tme sonrasnda

tozlarn souk kaynaklanmaya maruz kalmasndan dolay daha da byyerek 81 m ye

kmtr. Bu durum hala mekanik alamlama/tme aamalarnn balang (souk

kaynaklanma) aamasnda olduunun bir gstergesidir.

ekil 5.4 cde 90 dakika mekanik tlen Alnin optik mikroskop grnts

verilmektedir. Daha nceki tmelerde gzlenen tane iriliinde pek fazla bir deime

grlmemekle birlikte, ortalama toz boyutunun 81 m den 87 m ye kt

belirlenmitir. Bu durum bize 90 dakika tme sonunda souk kaynaklanma aamasnn

hala aktif olduunu gstermektedir. 120 dakika mekanik tlen Al tozlarnn optik

mikroskop grnts, daha kk taneli bir yapnn meydana geldiini gstermitir.

Yaplan toz boyutu analizi sonucu ortalama toz boyutunun 87 m den 47 m ye indii

belirlenmitir.

ekil 5.7de 30, 60, 90 ve 120 dakikalk tmeler sonucunda matris malzemesi olan saf

Al nin tme sresine bal olarak sertlik sonular verilmitir. 30 dakikalk tme

sonrasnda sertlik deeri 60 HV iken, bu sertlik deeri artan tme zaman ile doru

orantl olarak 60 dakikalk tme sonrasnda 69 HV, 90 dakikalk tme sonrasnda 80

HV ve 120 dakikalk tme sonrasnda da 88 HV olarak llmtr. Bu grafik bize

tme sresi artna paralel olarak sertlik deerinin de arttn gstermektedir.

60

80

88

69

55

65

75

85

0 30 60 90 120

tme sresi (dak.)

Sertlik(Vickers)HV2

ekil 5.7 Saf Alnin tme sresine bal sertlik sonular.

ekil 5.8de tme sresine bal olarak younluk lmleri sonular verilmitir. Bu

sonular incelendiinde tmeler sonras saf Al tozlarnn aluminyumun bilinen


55/96

37

younluundan (2,7 g/cm3) dk olduu grlmektedir. Saf Al tozlarnn 30, 60, 90 ve

120 dakikalk mekanik tmeleri sonrasnda younluk sonular tme sresine bal

bal olarak art ya da azal sergilememilerdir. Drt farkl tme zamannda elde

edilen sonu 2,5 g/cm3tr.

2,5 2,5 2,52,5

2,3

2,4

2,5

2,6

0 30 60 90 120

tme sresi (dak.)

Younluk(g/cm3)

ekil 5.8 Saf Alnin tme sresine bal olarak younluk lm sonular.

5.4 TTREML DERMENDE RETLEN MMK MALZEMELERN

KARAKTERZASYONU

Mekanik alamlama/mekanik tme yoluyla retilen Al bazl MMK malzemelerin

retimini drt farkl srede (30, 60, 90 ve 120 dak.) ve hacim baznda % 5, % 10, % 15 ve

% 20 SiC takviye eleman kullanlarak gerekletirilmitir.

ekil 5.9da belirli srelerde tlen % 5 SiC takviyeli MMK yapnn optik mikroskop

grnts gsterilmitir. % 5 SiC takviyeli MMK yap 30 dakikalk tme sonrasnda

kaba taneli bir grnm sergilemitir. SiC paracklar Al matrisin kenarlarna

kaynaklanmtr (ekil 5.9 a). 60 dakikalk tme sonrasnda kaynaklanma ve krlma

ileminin devam etmesi sonunda SiC paracklar matris yapnn ierisine yerlemitir

(ekil 5.9 b). 90 dakikalk tme sonrasnda matis ierisindeki SiC paracklar krlma

gstermilerdir (ekil 5.9 c). 120 dakikalk tme sonrasnda ise ksa sreli tmelere

oranla daha kk taneli SiC paracklar grlmektedir.


56/96

38

a. 30 dak. b. 60 dak.

c. 90 dak. d. 120 dak.ekil 5.9 Drt farkl srede mekanik tlen % 5 SiC takviyeli MMK yapnn optik

mikroskop grntleri.

ekil 5.10da 30 dakikalk tme sonras % 5 SiC takviyeli MMK yapnn SEM

grntleri ve EDAX analizi sonular verilmitir. SEM grntleri incelendiinde kaba

taneli yap net bir ekilde grlmektedir. Ayrca SiC paracklarnn matris malzemesi

zerinde grlmtr. ekil 5.10 bdeki EDAX analizi incelendiinde yapda Al ve

SiCden baka oksijen kirlenmesinin de var olduu grlmektedir.

SiC


57/96

39

a. SEM grntleri

b. EDAX analizi

ekil 5.10 30 dakikalk tme sonras elde edilmi % 5 SiC takviyeli MMK yapnnsonular.

ekil 5.11de % 5 SiC takviyeli MMK malzemelerin yapsnn tme sresine bal

olarak toz boyutu sonular verilmitir. Grafik incelendiinde tme sresi arttka toz

boyutunun dt grlmektedir.

58

45

4036

30

45

60

0 30 60 90 120

tme sresi (dak.)

Tozb

oyutu(m)

ekil 5.11 % 5 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal olarak toz boyutu

sonular.

SiC


58/96

40

30 dakikalk tme sonrasnda 58m olan toz boyutu, 60 dakikalk tme sresi

tamamlandnda MMK yap daha ince taneli bir grnm sergilemi ve toz boyutu 45 m

olarak llmtr. 90 dakikalk tme sonras elde edilmi % 5 SiC takviyeli MMK

tozlar deformasyondan kaynaklanan krlmalarn devam etmesinden dolay ok daha incetaneli bir grnm sergilemektedir. 90 dakikalk tme sonras ortalama toz boyutu 40

m olarak llmtr. 120 dakikalk tme sonrasnda toz younluu azalmaya devam

etmitir ve ortalama toz boyutu 36 m olarak llmtr.

ekil 5.12de % 5 SiC takviyeli MMK malzeme yapsnn tme sresine bal olarak

sertlik deerleri verilmitir. Grafik incelendiinde takviye eleman ekleyip tme

zamann arttrdka MMK malzemelerin sertliinin art grlmektedir. 30 dakikalk

tme sonrasnda 70 HV olan sertlik deeri, 60 dakikalk tme sonrasnda 85 HV, 90dakikalk tme sonrasnda 121 HV ve 120 dakikalk tme sonrasnda ise 141 HV

olarak llmtr.

70

121

141

85

60

80

100

120

140

0 30 60 90 120

tme sresi (dak.)

Sertlik(Vickers)HV2

ekil 5.12 % 5 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal olarak sertlik

sonular.

ekil 5.13de % 5 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal olarak

younluk sonular verilmitir. 30 dakikalk tme sonrasnda 2,6 gr/cm3

olan deer, 60dakikalk tme sonrasnda 2,5 gr/cm3, 90 dakikalk ve 120 dakikalk tme sonrasnda

ise 2,6 gr/cm3 olarak llmtr.


59/96

41

2,6 2,6 2,6

2,52,5

2,6

2,7

0 30 60 90 120

tme sresi (dak.)

Younluk(g/cm3)

ekil 5.13 % 5 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal olarak younluksonular.

ekil 5.14de 30, 60, 90 ve 120 dakikalk srelerde tlen % 10 SiC takviyeli MMKtozlar grlmektedir. Optik mikroskop grntleri incelendiinde Al matris toz zerine

gmlen SiC seramik paracklar grlebilmektedir. Metal tozlarn MA/M ileminde

yumuak snek matris eleman tmenin ilk aamasnda souk kaynaklanma etkisiyle toz

boyutunda bir art gsterirken, sert takviye eleman tme nedeniyle srekli olarak

krlmaktadr. ekil 5.14de bu durum gzlenmektedir. 30 dakika mekanik tlen

kompozit toza batan SiC paracnn olduka iri iken (ekil 5.14 a) tme sresi 120

dakikaya ktnda (ekil 5.14 d) tmenin etkisiyle olduka kld anlalmaktadr.


60/96

42

a. 30 dak. b. 60 dak.

c. 90 dak. d. 120 dak.

ekil 5.14 Belirli srelerde mekanik tlm % 10 SiC takviyeli MMK malzemeyapsnn optik mikroskop grntleri.

ekil 5.15de 30 dakikalk tme sonras elde edilmi %10 SiC takviyeli MMK

tozlarn SEM grntleri ve EDAX analizi sonular verilmitir. SEM mikroyap

grntleri, yapnn kaba taneli olduunu daha net bir ekilde gstermektedir. EDAX

analiz sonular incelendiinde tozlarn oksijen kirlenmesine maruz kald anlalmaktadr

(ekil 5.15 b).

SiC


61/96

43

a. SEM grntleri

b. EDAX analizi sonular.

ekil 5.15 30 dakikalk tme sonras elde edilmi % 10 SiC takviyeli

MMK yapnn sonular.

ekil 5.16da % 10 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal olarak elde

edilen toz boyut sonular verilmitir.

52

36

3429

25

40

55

0 30 60 90 120

tme sresi (dak.)

Tozboyutu(m)

ekil 5.16 % 10 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresi-toz boyutu sonular.


62/96

44

Yaplan toz boyutu lmleri sonucunda 30 dakikalk tme sonras % 10 SiC takviyeli

MMK yapnn ortalama toz boyutu 52 m olarak belirlenmitir. 60 dakikalk tme

sonrasnda 36 m, 90 dakikalk tme sonrasnda 34 m ve 120 dakikalk tme

sonrasnda 29 m olarak deimektedir. Verilen grafik incelendiinde tme zaman

artka toz boyutunun azald anlalmaktadr. % 5 SiC takviyeli MMK ler ile % 10MMK ler karlatrldnda takviye eleman oran artka toz boyutunun dahada azald

grlmektedir.

ekil 5.17de 60 dakikalk tme sonras elde edilmi % 10 SiC takviyeli MMK

yapnn SEM grntleri ve EDAX analizi sonuu verilmitir. SEM grntlerinde

tozlarn kk taneli olduu ve EDAX analizi sonularnda malzemede bir miktar

oksidasyon problemi olduu ve EDAX analizinden SiC paracn matrise gmld

anlalmaktadr.

a. SEM grntleri.


ekil 5.17 60 dakikalk tme sonras elde edilmi % 10 SiC takviyeliMMK tozlarn sonular.


63/96

45

ekil 5.18de 90 dakikalk tme sonras elde edilmi % 10 SiC takviyeli MMK

yapnn SEM grntleri ve EDAX analiz sonular verilmitir.

a. SEM grntleri.

b. EDAX analizi sonular.ekil 5.18 90 dakikalk tme sonras elde edilmi % 10 SiC takviyeli

MMK tozlarn sonular.

ekil 5.19da 120 dakikalk tme sonras elde edilmi % 10 SiC takviyeli MMK

yapnn SEM grntleri ve EDAX analizi sonular verilmitir.


64/96

46

a. SEM grntleri.


ekil 5.19 120 dakikalk tme sonras elde edilmi % 10 SiC takviyeliMMK tozlarn sonular.

EDAX analizlerinden anlald gibi yaplar oksijen kirlenmesine maruz kalmlardr.

ekil 5.20de % 10 SiC takviyeli MMK malzemelerin yapnn tme sresine bal

olarak alnan sertlik deerleri verilmitir. Grafik incelendiinde 30 dakikalk tme

sonrasnda 86 HV olan sertlik deeri, 60 dakikalk tme sonrasnda 116 HV, 90

dakikalk tme sonrasnda 132 HV ve 120 dakikalk tme sonrasnda 144 HV olarak

llmtr. Dolaysyla tme sresi artka MMK malzemelerin sertliinin arttgrlmektedir.


65/96

47

86

132

144

116

80

110

140

0 30 60 90 120

tme sresi (dak.)

Sertlik(Vic

kers)HV2

ekil 5.20 % 10 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal olarak elde

edilen sertlik sonular.

ekil 5.21de % 10 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal olarak llen

younluk deerleri verilmitir. %10 SiC takviyeli tozlarn 30, 60, 90 ve 120 dakikalk

mekanik tmeleri sonrasnda younluk sonular tme sresine bal bal olarak art

ya da azal sergilememilerdir. Drt farkl tme zamannda elde edilen sonu 2,6 g/cm3

tr. Younluk saf Al ve %5 SiC takviyeli MMK tozlara gore daha yksek sonular

vermitir.

2,6 2,6 2,62,6

2,5

2,6

2,7

0 30 60 90 120

tme sresi (dak.)

Younluk(g/cm3)

ekil 5.21 % 10 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal olarak llen

younluk sonular.

ekil 5.22de 30, 60, 90 ve 120 dakikalk tmeler sonras elde edilmi % 15 SiC

takviyeli MMK tozlarn optik mikroskop grntleri verilmektedir. lk 90 dakikalk

tme sonrasnda alnan optik grntlerde SiC paracklarnn oldukca iri olduu,


66/96

48

tme sresi 120 dakikaya karldnda ise SiC paracklarn tme etkisiyle

kld grlmektedir.

a. 30 dak. b. 60 dak.

c. 90 dak. d. 120 dak.

ekil 5.22 Drt farkl srede mekanik tlen % 15 SiC takviyeli MMK tozlarnoptik mikroskop grntleri.

ekil 5.23de 30, 60, 90 ve 120 dakika mekanik tlen % 15 SiC takviyeli MMK

tozlarn toz boyut analiz sonular verilmitir.

SiC


67/96

49

38

30 29

19

15

30

0 30 60 90 120

tme sresi (dak.)

Tozboy

utu(m)

ekil 5.23 % 15 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresi-toz boyutu sonular.

Bu grafiklerden tme sresi ve takviye oran arttka toz boyutunun kld

anlalmaktadr. 30 dakikalk mekanik tme sonras toz boyutu 38 m, 60 dakikalk

tme sonras toz boyutu 30 m, 90 dakikalk tme sonras toz boyutu 29 m ve 120

dakikalk tme sonras ise 19 m olarak llmtr. Burada tme sresi artka toz

boyutunun dt grlmektedir.

ekil 5.24de % 15 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine gre sertlik

lmleri sonucu verilmektedir. Grafik incelendiinde tme zaman artka MMK

malzemelerin sertliinin art grlmektedir. Grafik incelendiinde 30 dakikalk tme

sonrasnda 76 HV olan sertlik deeri, 60 dakikalk tme sonrasnda 125 HV, 90

dakikalk tme sonrasnda 153 HV ve 120 dakikalk tme sonrasnda 225 HV olarak

llmtr. Dolaysyla tme zaman ve takviye oran artka MMK sertlik deeride

artnaktadr.


68/96

50

76

153

225

125

70

100

130

160

190

220

0 30 60 90 120

tme sresi (dak.)

Sertlik(Vic

kers)HV2

ekil 5.24 % 15 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine gre sertlik sonular.

ekil 5.25de % 15 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal olarak llenyounluk grafii sonular verilmitir. 30 dakikalk tme sonrasnda 2,6 gr/cm3 olan

younluk deeri, 60, 90 ve 120 dakikalk tme sonrasnda 2,7 gr/cm3 olarak

llmtr. Artan takviye eleman oran younluk deerlerini ykseltmektedir.

2,6

2,7 2,72,7

2,6

2,7

2,8

0 30 60 90 120

tme sresi (dak.)

Younluk(g/cm3)

ekil 5.25 % 15 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine gre younluksonular.

ekil 5.26da 30, 60, 90 ve 120 dakikalk tmeler sonras elde edilmi % 20 SiCtakviyeli MMK tozlarn optik mikroskop grntleri verilmitir. Optik grntler

incelendiinde matris toza bilyal tmenin etkisiyle gmlen SiC tozlarnn tme

sresine bal olarak kld grlmektedir.


69/96

51

a. 30 dak. b. 60 dak.

c. 90 dak. d. 120 dak.ekil 5.26 Belirli srelerde mekanik tlm %20 SiC takviyeli MMK tozlarn

optik mikroskop grntleri.

ekil 5.27de % 20 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme srelerine gre toz boyut

sonular grlmektedir. Grafik incelendiinde tme sresi arttka toz boyutunun

azald anlalmaktadr. 30 dakikalk tme sonras toz boyutu 42 m, 60 dakikalk ve

90 dakikalk tme sonras toz boyutu 30 m ve 120 dakikalk tme sonras ise 25 m

olarak llmtr.

SiC


70/96

52

42

30 30

25

20

35

0 30 60 90 120

tme sresi (dak.)

Tozboyu

tu(m)

ekil 5.27 % 20 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal toz boyut

sonular.

ekil 5.28de % 20 SiC takviyeli MMK malzemelerin yapnn tme sresine bal

olarak llen sertlik deerleri verilmitir.

105

192

227

143

100

130

160

190

220

0 30 60 90 120

tme sresi (dak.)

Sertlik

(Vickers)HV2

ekil 5.28 % 20 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine gre sertlik sonular.

ekil 5.28 incelendiinde 30 dakikalk tme sonrasnda 105 HV olan sertlik deeri, 60

dakikalk tme sonrasnda 143 HV, 90 dakikalk tme sonrasnda 192 HV ve 120

dakikalk tme sonrasnda 227 HV olarak llmtr. Dolaysyla tme zaman ve

takviye oran artka MMK malzemelerin sertliinin art grlmektedir.

ekil 5.29da % 20 SiC takviyeli MMK malzemelerin tme sresine bal younluk

deerleri verilmektedir.


71/96

aluminyum matrisli kompozit malzemelerin toz metalurjusi yontemiyle uretilmesi ve karakterizasyonu...

Documents