Magnezyum alüminat esaslı seramik-metal kompozit üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu tez çalışmasına, takviye malzemesi olarak belirlenen magnezyum alüminat spinel seramik malzemenin geleneksel seramik üretim tekniği ile tozunun üretilmesi ile başlandı. Daha sonra matris malzeme seçimi için çeşitli metal malzemeler ile bu seramik malzeme arasındaki ıslatma özelliğinin incelenmesi açısından ıslatma denemeleri yapıldı. Bu denemeler sonucunda uygun ıslatma kabiliyetinin Mg33Al67 alaşımında olduğu tespit edildi. Bu denemelerin ardından kompozit toz üretimine geçildi. Tozlar, alaşım miktarı %5, %10, %15, %25, %32,5, %40 ve %60 oranlarında olacak şekilde yüksek enerjili değirmende 300 rpm'de 2 saat karıştırılarak hazırlandı. Kompozit üretimi için kurulan entegre sıcak pres sisteminde 490°C ve 730°C çalışma sıcaklıklarında ve 0,6 MPa yük altında kompozit numuneleri üretilmiştir. Üretilen numunelerin, X-ışını kırınımı ile faz analizleri, Arşimet prensibi ile yoğunluk ölçümleri, Taramalı Elektron Mikroskobu ve optik mikroskop ile mikroyapı analizleri ve mikrosertlik cihazı ile sertlik ölçümleri yapılmıştır. Yapılan faz analizleri sonucunda numunelerde genel olarak aynı fazların oluştuğu gözlenmiştir. Mikroyapı analizlerine bakıldığında, numunelerdeki alaşım miktarındaki artış matriste belirgin olarak tespit edilebilmektedir. Bu artış ile beraber matris malzemesi homojen bir dağılım ve bir süreklilik göstermektedir. Yoğunluk ve sertlik değerleri genel olarak alaşım miktarındaki artışla beraber artmaktadır. Alaşım miktarı arttıkça seramik parçacıklarının arasına giren sıvı metal miktarı artmakta ve bununla beraber yoğunluk artmaktadır. Üretim esnasında %40 ve %60 alaşım miktarına sahip numunelerde metal kaybı yaşandığı için yoğunlukta bir düşme söz konusu olmuştur.To this study, it was started by producing the magnesium aluminate spinel (MgAl2O4) material powder which is determined to be the reinforcing material for the composite body by the traditional ceramic manufacturing technique. Following that in order to make a decision for choosing the matrix material for the composite the wetting experiments were carried out for investigating the wetting behaviour between various metals and this reinforcing ceramic material. At the end of these experiments, it was determined that the suitable wetting capability was obtained with the alloy having an alloy formulation of Mg33Al67. After these experiments the production of composite powder was initiated. Powders with having an alloying contents of 5%, 10%, 15%, 25%, 32,5%, 40% and 60% were prepared by mixing in a high energy mill for 2 hours with a rotating speed of 300 rpm. The composite specimens were obtained by using integrated hot press system which is especially designed for the composite production at working temperatures and pressure of 490°C and 730°C and 0.6 MPa, respectively. The phase analysis and density measurements of the prepared specimens were carried out by x-ray diffraction method and Archimedean principle, respectively. The microstructures of composite specimens were investigated by employing both optical and scanning electron microscopy techniques. The hardness of specimens was determined by microhardness tester. At the end of phase's analysis study it was observed that generally the same phases developed in the microstructures of specimens. When the microstructure results were analysed it was possible to be able to clearly determine the increase in alloying contents in the matrix of specimens. Together with this increase, the matrix material shows homogeneous distribution and continuity in the microstructure. The density and hardness values generally increase with the increase in alloying contents. As alloying content increases the quantity of liquid metal that penetrates through ceramic particles also increases and as a result of this density improves too. During the preparation of specimens that would have an alloying content of either 40% or 60% obvious decrease in density came into question due to experiencing the metal loss.