Alüminyum matrisli ikincil faz ve seramik partikül takviyeli kompozit malzemenin üretimi ve karekterizasyonu

Abstract

Alüminyum matrisli kompozitler, alüminyuma göre üstün mekanik özellikleri ve alternatif mühendislik malzemelerine göre düşük yoğunlukları ile çok sayıda araştırma konusu olmuşlardır. Bir diğer yaklaşım ise alüminyumun yüzey özelliklerinin geliştirilmesi için yüzey modifikasyon tekniklerinin uygulanmasıdır. Bu çalışmada hedeflenen seçilen alüminyum alaşımının yüzey modifikasyonu ile daha iyi yüzey özelliklerine sahip alüminyum esaslı malzemenin geliştirilmesidir. Çalışmada hurda niteliğindeki lamel grafitli dökme demir talaşı alüminyum matris A356 alaşımı içerisine katkılandırarak yeni nesil bir takviye malzemesi olarak kullanılması amaçlanmıştır. Dökme demir talaşı ve alüminyum matris kompozit malzemelerde yaygın olarak kullanılan SiC parçacık takviye karşılaştırmak amacıyla ayrı %2.5, %5, %10 hacim oranlarında sıkıştırmalı döküm yöntemi kullanılarak numuneler üretilmiştir. Numunelerin mikroyapısal karakterizasyonu için optik mikroskop, SEM-EDS, XRD analizleri ve mekanik özellikler için Vickers sertlik, çekme dayanımı ve aşınma deneyi yapılarak sonuçlar incelenmiştir. Ayrıca aşınma deneyleri sonrasında numunelerin SEM analizlerine yapılarak aşınma yüzeyleri incelenmiştir. Optik mikroskop ve SEM analizinde takviye fazlarını homojen olarak dağıldığı, XRD sonuçlarına göre katkı fazlarının alüminyum ile reaksiyona girmediği, istenmeyen fazların oluşmadığı gözlenmiştir. Beklendiği gibi artan takviye oranı ile her iki katkı içinde sertlik değerlerinde artış meydana gelmiştir. Lamel grafitli dökme demir talaşı takviyeli numuneler ile SiC parçacık takviyeli numunelerin aşınma deneyleri sonrasında ağırlık kayıplarının birbirine yakın olduğu ve SEM analizlerinde görülen aşınma yüzey izlerinin benzer yapıda olduğu görülmüştür. Sonuçlarımız yüzey modifikasyonu için dökme demirin SiC'e göre daha düşük maliyetli bir takviye olabileceğini düşündürmektedir. Bu çalışma aşınma direncinin özellikle yüzey özelliklerinin önemli olduğu uygulamalarda sıkıştırma döküm yöntemiyle yüzeyi modifiye edilmiş aşınma direnci daha yüksek alternatif bir malzemenin üretilmesine dair önemli bir veri vermiştir.

Aluminum matrix composites have been the subject of many researches with their superior mechanical properties compared to aluminum and low densities compared to alternative engineering materials. Another approach is the application of surface modification techniques to improve the surface properties of aluminum. The aim of this study is to develop an aluminum-based material with better surface properties by surface modification of the selected aluminum alloy. In the study, it is aimed to use the scrap lamellar graphite cast iron shavings as a new generation reinforcement material by doping into aluminum matrix A356 alloy. In order to compare the SiC particle reinforcement, which is widely used in cast iron shavings and aluminum matrix composite materials, the samples were produced separately using the squeeze casting method at volume ratios of %2.5, %5 and %10. Optical microscope, SEM-EDS, XRD analyzes for microstructural characterization of the samples and Vickers hardness, tensile strength and wear tests for mechanical properties were performed and the results were examined. In addition, after the wear tests, SEM analyzes of the samples were made and the wear surfaces were examined. In the optical microscope and SEM analysis, it was observed that the reinforcement phases were homogeneously dispersed, according to the XRD results, the additive phases did not react with aluminum, and undesirable phases did not occur. As expected, the hardness values of both additives increased with increasing reinforcement ratio. It was observed that the weight losses of the lamellar graphite cast iron shavings reinforced samples and the SiC particle reinforced samples were close to each other after the wear tests, and the wear surface traces observed in the SEM analyzes were similar. Our results suggest that cast iron may be a lower cost reinforcement than SiC for surface modification. This study has given important data on the production of an alternative material with higher abrasion resistance modified by compression casting method in applications where wear resistance is especially important.