Hassas döküm yöntemiyle alüminyum A356 alaşımdan açık gözenekli (hücreli) metal köpük üretimi ve ısı eşanjörüne uygulanması

Abstract

Bu çalışmada; metal köpük üretim metotları arasında yer alan hassas döküm yöntemiyle, alüminyum A356 (AlSi7Mg0,3) alaşımından 10 PPI gözenek yoğunluğunda açık gözenekli alüminyum köpük üretimi gerçekleştirilmiştir. Hassas döküm yöntemi kullanılarak 10 ppı gözenek boyutundaki açık gözenekli alüminyum köpüklerin üretimi Türkiye'de ilk defa TÜBİTAK MAM Malzeme Enstitüsü tarafından başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Üretilen alüminyum köpüklerin karakterizasyonu (makro-mikro yapı analizleri) ve EDS analizleri yapılmıştır. Ticari ürün ile karşılaştırma yapabilmek için Mayser firmasının 10 PPI gözenek yoğunluğunda açık gözenekli alüminyum köpüklerine sertlik ve basma testleri yapılarak üretilen alüminyum köpükler ile karşılaştırılmıştır. Sertlik testleri sonucuna göre Mayser firmasının alüminyum köpüklerinin ortalama sertlik değerleri 42,8 HV, üretilen alüminyum köpüklerinin ortalama sertlik değerleri 59,4 HV olarak ölçülmüştür. Basma test sonuçlarına göre Mayser köpükleri basma dayanımları 0,25 MPa, üretilen alüminyum köpükleri basma dayanımları 0,14 MPa olarak ölçülmüştür. Üretimi gerçekleşen açık gözenekli alüminyum köpükler, yüksek yüzey alanına (yaklaşık 400-450 m2 / m3) ve yüksek ısıl iletkenliğine (yaklaşık 160-170 W/mK) sahiptir. Bu tez çalışmasında bu amaca yönelik, ev tipi kombilerde kullanılan birincil ısı eşanjöründeki kanatçıklar yerine, üretilen bu açık gözenekli alüminyum köpükler yerleştirilerek ısıl performans testleri yapılmıştır. Türkiye'de ilk defa A356 alaşımdan açık gözenekli alüminyum köpüklü ve bakır borulu ısı eşanjörünün hassas döküm yöntemiyle birlikte üretimi gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen alüminyum köpüklü ısı eşanjörünün ısıl performans testleri, TÜBİTAK UME' de mevcut rüzgar tünelinde gerçekleştirilmiştir. Bakır boru ile alüminyum köpük arasındaki mikro boşluklardan kaynaklanan temas problemlerinden dolayı oluşan ısıl dirence rağmen, ümit verici ısıl performans sonuçları elde edilmiştir.In this study; Open pore aluminum foam was produced from aluminum A356 (AlSi7Mg0,3) alloy with a pore density of 10 PPI (pore per inch) by investement casting method which is one of the metal foam production methods The production of open-pore aluminum foam of 10 ppi pore size using a investment casting method was carried out successfully the first time by the Institute TÜBİTAK MAM in Turkey. Characterization of the produced aluminum foams (macro-micro structure analysis) and EDS analysis were performed. In order to make comparison with commercial product, hardness and compression tests were performed on open pore aluminum foams with M-Pore 10 product code of 10 PPI pore density of Mayser company and compared with produced aluminum foams. According to the results of the hardness tests, the average hardness value of the Mayer foams was 42.8 HV and the average hardness values of the produced aluminum foams was 59.4 HV. According to the compression test results, compressive strength of Mayser foams was measured 0.25 MPa and produced aluminum foams were measured 0.14 MPa. The open porous aluminum foams produced have high surface area (about 400-450 m2 / m3) and high thermal conductivity (about 160-170 W / mK). In this thesis, thermal performance tests were carried out by replacing the fins in the primary heat exchanger used in household type combi boilers with these open porous aluminum foams produced. Production method of investment casting with open-pore foamed aluminum and copper alloy tube heat exchangers of the first A356 was performed in Turkey. The thermal performance tests of the developed aluminum foam heat exchanger were carried out in the existing wind tunnel at TÜBİTAK UME. Despite thermal resistance due to contact problems caused by microcaps between copper tube and metal foam, promising thermal performance results have been achieved.