ALÜMÝNYUM KOMPOZÝTLERÝN ÜRETÝMÝ, …

28 Mühendis ve Makina Cilt : 47 Sayý: 554

Fevzi BEDÝR

Süleyman Demirel Üniversitesi, Makine Mühendisliði Bölümü

ÖZET ABSTRACT

Alüminyum metal anayapýlý kompozitler (Al-MAK) aðýrlýkça Aluminium matrix composites (AMCs) refer to the class of

light weight high performance aluminium centric material hafif, yüksek performansa sahip alüminyum merkezli

systems. The reinforcement in AMCs could be in the form of malzeme sistemleri içinde yer almaktadýr. MAK'larýn mekanik

continuous/discontinuous fibers, whisker or particulates, in özelliklerini artýrmak amacý ile anayapý içerisine sürekli veya

volume fractions ranging from a few percent to 70%. süreksiz yapýda fiberler veya parçacýk takviyesi yapýlabilir.

Properties of AMCs can be tailored to the demands of Takviye miktarý hacimsel olarak en küçük miktarlardan %70 different industrial applications by suitable combinations

oranlara kadar çýkabilir. Al-MAK'larýn özellikleri anayapýnýn of matrix, reinforcement and processing route. Presently

uygun kombinasyonuna,takviyeye ve farklý üretim several grades of AMCs are manufactured by different

yöntemlerine göre çeþitli endüstriyel talepleri karþýlayabilir. routes. Three decades of intensive research have provided

Günümüzde farklý yöntemler kullanýlarak birkaç çeþit Al-a wealth of new scientific knowledge on the intrinsic and

MAK'lar üretilmektedir. Son otuz yýldan bu yana, Al-MAK'larýn extrinsic effects of ceramic reinforcement vis-à-vis

fiziksel, termo-mekanik ve tribolojik özellikleri üzerine seramik phys ical , mechanical , thermo-mechanical and

katký fazýnýn etkisi ile ilgili birçok araþtýrma yapýlmaktadýr. Son tribological properties of AMCs. In the last few years, AMCs

birkaç yýldýr da Al-MAK'lar uzay, savunma, otomotiv ve ýsý gibi have been utilized in high-tech structural and functional

teknolojik yapý ve fonksiyonel uygulamalarda kullanýlmaktadýr. applications including aerospace, defense, automotive,

Bu çalýþmada Al-MAK'larýn üretimi, mikroyapýsal özellikleri ve and thermal management areas. This paper presents an

endüstriyel uygulamalarý üzerine genel bir deðerlendirme overview of AMC material systems on aspects relating to

yapýlmýþtýr. processing, microstructure, properties and applications.

Anahtar Kelimeler: Al-MAK, Al-MAK'larýn üretim yöntemleri, Keywords: AMCs, production methods of AMCs, mechanical

mekanik özellikleri, endüstriyel uygulama alanlarý properties, industrial applications

ALÜMÝNYUM KOMPOZÝTLERÝN ÜRETÝMÝ, KARAKTERÝSTÝK

ÖZELLÝKLERÝ VE ENDÜSTRÝYEL UYGULAMALARI

Giriþ

Kyerleþtirilmiþ yapýdýr ve genel olarak SiC, Al O , B C ve TiC 2 3 4

Kompozit genel olarak anayapý içerisinde gibi seramik özellikli kuvvetlendirici faz olarak görev yapar.

daðýlým gösteren anayapýdan farklý takviye fazý Kompozitin özelliði takviye fazýnýn karakteristik özelliðine ve

ile bütünleþmesinden meydana gelen bir hacimsel katký oranýna göre deðiþir. Al-MAK'lar diðerlerine

malzeme sistemini oluþturmaktadýr. Takviyenin özelliði, göre; yüksek mukavemet, iyileþtirilmiþ rijitlik, daha düþük

geometrisi, daðýlýmý ve farklý takviyelerin tane sýnýr yoðunluk, yüksek sýcaklýk özellikleri, kontrollü ýsýl genleþme

özellikleri malzemenin farklý özellikler göstermesine neden katsayýsý, elektriksel özellikleri, iyileþtirilmiþ aþýnma ve

olur[1-4]. Kompozit malzemeler genel olarak anayapýnýn abraziv özellikleri, özellikle kütle kontrolü ve iyileþtirilmiþ

fiziksel veya kimyasal yapýsýna göre polimer esaslý, metal sönümleme kapasite özellikleri açýsýndan avantajlara

esaslý ve seramik esaslý kompozitler olmak üzere sahiptir[5-8]. Belirtilen avantajlarý daha iyi kullanabilmek

sýnýflandýrýlýrlar. Bu çalýþma MAK'lar ve daha çok Al-MAK'lar için deðerlendirme yapýlabilir. Örneðin saf alüminyum,

üzerinde yoðunlaþýlmýþtýr. Al-MAK'larda anayapýyý ve hacimsel olarak %60 a kadar fiber takviyesi ile elastik

sistemi oluþturan alüminyum/alüminyum alaþýmýdýr. modülü 70 GPa dan 240 GPa kadar artýrýlabilir. Diðer

Diðeri ise alüminyum/alüminyum alaþýmý içerisine taraftan saf alüminyum içine hacimsel olarak %60

Mühendis ve Makina Cilt : 47 Sayý: 554 29

alümine fiber takviyesi malzemenin genleþme katsayýsýný daha üstün mekanik özelliklere sahiptir. Kompozitler

o o24 ppm/ C den 7 ppm/ C e düþürür. Benzer þekilde Al- izotropik özellik gösterir ve ekstrüzyon, haddeleme ve

%9Si-%20 SiC kompozitin aþýnma direnci gri dökme dövme iþlemleri gibi ikincil operasyonlara maruz

demirin özelliliðinden daha iyi olabilmektedir. Bütün bu kalabilirler [9]. Þekil 1a'da Al-SiC kompozitin farklý

örnekler göstermektedir ki alüminyum/alüminyum alaþýmý hacimsel takviye miktarýndaki mikroyapý resimleri

uygun takviye fazlarý ile desteklendiðinde özellikleri iki gösterilmiþtir.

veya üç kata kadar iyileþtirilmektedir[9].

Al-MAK malzeme sistemi tek fazlý sistemlere göre

üstün özelliklere sahip olmasýndan dolayý avantajýný Ýhtiva ettiði katký fazý en-boy oraný 5 den daha büyük

korumaktadýr. Al-MAK'larýn kullanýmýnda performans, ve anayapý içerisinde süreksiz bir yapý ihtiva eden

ekonomiklik ve çevre etkileri açýsýndan önem arz kompozitlerdir. Alüminyum anayapý kýsa alümine fiber

etmektedir. Al-MAK'lar bazý uygulamalarda alüminyum ile kuvvetlendirilmiþ ve genellikle pistonlarda kullanýlan

alaþýmlarýnýn, demir alaþýmlarýnýn, titanyum alaþýmlarýnýn en önemli ve bilinen MAK'lardýr. Bu tip kompozitler

ve polimer esaslý kompozitlerin yerini tutacaðý basýnçlý infilitrasyon yöntemi ile üretilirler. Þekil 1b kýsa

düþünülmektedir [10,11]. Geniþ ölçekte Al-MAK'larýn tek fiber takviyeli mikroyapýyý göstermektedir. Whisker

fazlý malzemelerin yerine tutmasý mühendislik takviyeli kompozitler veya PM yöntemi ile veya

sistemlerinin tekrar gözden geçirilmesi aðýrlýk ve infilitrasyon yöntemi ile üretilirler. Whisker takviyeli

hacimsel kazaným elde edilmesi nedeni ile gerekliliðini kompozitlerin mekanik özellikleri parçacýk takviyeli veya

ortaya koymaktadýr. Bu çalýþmada Al-MAK'larýn üretimi,

kýsa fiber takviyeli kompozitlerle karþýlaþtýrýldýklarýnda mikroyapýsý özellikleri ve endüstriyel uygulamalarý üzerine

daha üstündür. Ancak whiskerin MAK'larda takviye bugüne kadar yapýlan çalýþmalar deðerlendirilmiþ ve

olarak kullanýmý son yýllarda saðlýða verdiði zarardan yaptýðýmýz çalýþmalarla bütünleþtirilmiþtir.

dolayý yavaþlamýþ ve böylece bu kompozitlerin ticari

kullanýmý sýnýrlandýrýlmýþtýr. Kýsa fiber takviyeli MAK'lar

Al-MAK'ler ihtiva ettiði takviyeye baðlý olarak parçacýk sürekli fiber ve parçacýk takviyeli MAK'lar arasýnda

takviyeli, whisker/süreksiz fiber takviyeli ve sürekli fiber özelliklere sahiptir [9].

takviyeli olarak sýnýflandýrýlýrlar. Ýlaveten tek tip filament

takviyeli Al-MAK'larýn üretim yöntemi diðerlerinden

farklýdýr. Bu tip takviyeler alümine, SiC, veya sürekli karbon

fiber formunda bulunurlar. Fiber çaplarý 20 µm den

daha küçüktür. Kompozit üretiminden önce bu fiberler Bu tip kompozitler genel olarak eþ eksenli ve

paralel, dokunmuþ veya örülmüþ olabilir. %40 kadar nispeten homojen büyüklükteki seramik parçacýklarý

hacimsel fiber ihtiva eden MAK'lar basýnçlý infilitrasyon ihtiva etmektedir. Seramik parçacýklar genel olarak

tekniði ile üretilirler. Son geliþmelerle %60 alümine fiber oksit, karbür veya bor bileþenleri olabilir ve yapýsal ve

takviyeli sürekli fiber kompozitler geliþtirilmiþ ve 1500 MPa aþýnmaya dayanýklý uygulamalarda katký miktarý %30

çekme mukavemeti ve 240 GPa elastik modüle civarýndadýr. Genelde Al-MAK'lar toz metalürjisi ya da

sahiptirler [9]. Bu kompozitler basýnçlý infilitrasyon yöntemi sývý yöntemle üretilebilirler. Parçacýk takviyeli Al-

ile üretilmektedir. Þekil 1c sürekli fiber takviyeli MAK'leri MAK'larýn üretimi fiber takviyeli kompozitlere göre daha

göstermektedir. ekonomik olmasýnýn yanýnda fiber takviyeli kompozitler

Whisker veya Süreksiz Fiber Takviyeli Al-MAK'lar

Al-MAK Tipleri

Parçacýk Takviyeli Al-MAK'lar

Sürekli Fiber Takviyeli Al-MAK


Al-MAK'larýn Üretim Yöntemleri

Katý üretim Yöntemi Sývý Üretim Yöntemi

ile 0.5 arasýnda deðiþebilir. Ýnce oksit parçacýklarý

Endüstriyel ölçekte Al-MAK'larýn üretim yöntemleri katý dispersiyon-sertleþmesi etkisi gösterebilir ve genellikle ýsýl

üretim yöntemi ve sývý üretim yöntemi olarak iki ana iþlem esnasýnda anayapý özelliði üzerinde kuvvetli etkiye

gruba ayrýlmaktadýr. sahiptir.

Alüminyum alaþým tozu ile seramik esaslý kýsa Karýþtýrma Döküm

fiber/whisker parçacýk karýþýmý MAK'lar için en bilinen Yöntem seramik parçacýklarýn sývý alüminyum içine

üretim tekniðidir. Karýþým kuru ve sývý süspansiyon içinde karýþtýrýlmasý ve karýþýmýn katýlaþmasý sürecini ihtiva

etmektedir. Burada en önemli olay toz parçacýklarý ile yapýlýr. Karýþtýrma iþlemini genellikle soðuk sýkýþtýrma,

sývý alüminyum arasýnda iyi bir bað oluþmasý yani sývý fazýn kutulama, gaz tahliyesi ve yüksek sýcaklýkta pekiþtirme,

katý fazý ýslatabilmesidir. Bilinen en basit ve ticari olarak HIP ve ekstrüzyon iþlemlerinden oluþmaktadýr. PM

en çok kullanýlan teknik vorteks veya karýþtýrma yöntemi ile üretilmiþ Al-MAK'lar genellikle oksit

dökümdür. Vorteks tekniði bir karýþtýrýcý yardýmý ile ergimiþ parçacýklarý ihtiva eder. Bu takviye fazýnýn hacimsel oraný

metalin içine seramik parçacýk ilavesi ile yapýlmaktadýr. tozun geçmiþine ve üretim yöntemine baðlý olarak 0.05

(a) Al-%30SiC *750[12] (b) Kýsa fiber morfolojisi[13]

c) AA6061-%50Al2O3 fiber takviyeli kompozit numunenin optik mikroskoptaki üç boyutlu görünüþü[14].

Þekil 1. Farklý Morfolojiye Sahip Al-MAK'larýn Mikroyapý Görünüþleri


Bu yöntem ilk defa Surappa ve Roghati (1881) %5-10 civarýndadýr. Bu tip üretimde kompozitin

tarafýndan Hindistan Bilim Enstitüsünde geliþtirilmiþtir[9]. tamamen güçlendirilmesi bir sonraki aþamada

saðlanmaktadýr. PY genellikle sürekli fiber takviyeli Al-Mikroyapýsal düzensizlik sývý içerisinde ve katýlaþma

MAK'larýn üretimine uygundur. Fiber arasý mesafeyi esnasýnda parçacýklarýn belirli bölgelerde yýðýlmasý ve

kontrol etmek için fiberler silindirik bir çubuk etrafýna sarýlýr toparlanmasý veya birikmesinden kaynaklanabilir.

ve ana metal bu fiberlerin üzerine püskürtülürler. Kompozit içerisinde katký fazýnýn düzensiz daðýlýmý,

Böylece tek tip kompozit oluþturulur. Kütle kompozitler katýlaþma esnasýnda sývý faz içinde hareketli seramik

tek tip kompozitlerin sýcak preslenmesi ile oluþturulur. parçacýklar ile sývý fazýn arayüzey etkileþmesi sonucu bir

Fiberin hacimsel oraný ve daðýlýmý fiber açýklýðý ve problem teþkil edebilir. Genel olarak 5 ile 100 mm

tabakalarýnýn sayýsýna göre kontrol edilebilir. Al-MAK'lar büyüklüðünde seramik parçacýklarýn sývý alüminyum

püskürtme yöntemle üretimi, karýþtýrmalý döküm ile PM alaþýmý içerisinde katýlýmý %30 kadar olmaktadýr. Sývý-

yöntemi arasýnda bir maliyette olup nispeten pahalý bir parçacýk çamuru katýlaþma tamamlanmadan önce

yöntem deðildir. direk olarak kalýba dökülür veya çamur karýþýmý kütük

veya çubuk þeklinde katýlaþtýrýlarak daha sonra çamur

formuna gelinceye kadar ýsýtýlýr ve sonraki iþlemlerde

tekrar kalýplanarak kullanýlabilir. Bu yöntem mikron altý

çok küçük seramik parçacýklarýn üretiminde uygun %10 ve daha fazla seramik katký fazý Al-MAK'larýn

deðildir. davranýþ lar ýn ý üret im aþamasýnda, ýs ý l iþ lem

aþamasýnda ve daha sonra mamul olarak

kullanýmýnda tamamen deðiþtirebilir. Bu deðiþim

Al-MAK'larý üretmek için sývý alüminyum alaþýmý kompozitin hem mikroyapýsý hem de yüzeysel ve

sürekli fiberlerin/kýsa fiberlerin veya parçacýklarýn dýþyapýsý ile ilgili özellikleri ihtiva eder.

arasýndaki boþluklara infilitre (emdirme) edilir. Katký

fazýn karakterine ve hacimsel oranýna baðlý olarak

vakum veya basýnç altýnda kompozite infilitre edilir. Mikroyapýsal deðiþimler, ýsýl iþlem karakteristikleri ve ýsýl

Hacimsel olarak %10 dan %70 kadar katký fazlý Al-gerilmeleri ihtiva eder. Bu deðiþimler esas itibari ile

MAK'lar farklý infil itrasyon yöntemi kullanýlarak alüminyum alaþýmlarýnýn fiziksel, mekanik ve tribolojik

üretilebilirler. Parçanýn bütünlüðünü saðlamak için sýnýrlarýný deðiþtirir ve geniþletir. Seramik parçacýklar,

baðlayýcý olarak silika ve alümine esaslý karýþýmlarýn kompozitin içi ile ilgili göze çarpan etkileri þu þekilde

kullanýlmasý gereklidir. Ýnfilitrasyon yöntemi ile üretilen özetlenebilir.

Al-MAK'larda katký fazýnýn içinde bir miktar gözenek ve

daðýlýmlarý genellikle dikkat çeker. Yöntem, parçacýk

takviyeli, sürekli fiberli, kýsa fiberli Al-MAK'larýn

Seramik parçacýklarýn mevcudiyeti alüminyum üretiminde oldukça yaygýn olarak kullanýlmaktadýr.

alaþýmýnýn katýlaþma davranýþlarýný deðiþtirebilir. Seramik

katký fazý erimiþ sývýnýn ve ýsýnýn yayýnmasýnda, sývý eriyiðin

heterojen çekirdeklenmesini katalize etmede, sývý Katký fazlarýnýn enjekte edilerek Al-MAK'larýn

eriyiðin akýþ yayýnýmýný sýnýrlanmada ve katý-sývý arayüzey üretilmesinde PY oldukça geniþ bir þekilde araþtýrýlmýþtýr.

morfolojik kararsýzlýðýn oluþmasýnda bir set gibi görev Ancak bu yolla üretim seramik parçacýklarýn homojen

olmayan daðýlýmýný göstermektedir. Gözenek, genellikle yapabilir ( Þekil 2).

Seramik Katký Fazýný Al-MAK'larýn Davranýþlarý

Üzerine Etkisi

Ýnfilitrasyon Yöntemi

Mikroyapýsý ile Ýlgili Etkiler

Al-MAK'larýn Katýlaþmasý

Püskürtme Yöntemi (PY)

Seramik parçacýklarýn üzerinde oluþan birincil fazýn • TM Al-Cu-SiC kompozitin oda sýcaklýðýndaki p

heterojen çekirdeklenmesi anayapý tane büyüklüðünü yaþlanma davranýþý döküm veya ektrüze kompozite

azalttýðý iyi bilinir. Ancak tane büyüklükleri parçacýk veya göre oldukça farklýdýr.

fiberin çapýndan daha büyüktür ve bu durum döküm • 6061 alüminyum alaþýmýnýn yaþlanma karakteri

alüminyum kompozitlerde gözlemlenmektedir. fiberlerin varlýðýna göre önemli ölçüde deðiþir.

Anayapý tane büyüklüðü katký parçacýklarýndan büyük • TiC parçacýklarý 7075 Al alaþýmlarýnýn yaþlanma

olmasý gösterir ki fiberler katýlaþma esnasýnda birincil faz kinetiðini geciktirirler.

çekirdeklenmesi oluþturmazlar. Al-4.5Cu'ýn tane

büyüklüðü SiC veya alümine fiber tarafýndan etkilenmez. Seramik fazýn birleþmesinden kaynaklanan Al

Ancak, gözenekli yapýya sahip TiC kompozitin alaþýmlarýnýn yaþlanma karakterindeki bu deðiþimler bir

sinterlenmesi anayapýnýn tane büyüklüðünü belirli dereceye kadar dislokasyon yoðunluðundan

istikamette ve büyüklükte sýnýrlar. Benzer þekilde birincil kaynaklanmaktadýr. Seramik parçacýk ile Al alaþým

fazýn heterojen çekirdeklenmesi alümine katkýlý Al-Cu-Ti anayapý arasýndaki genleþme katsayýsýnýn uyumsuzluðu

alaþýmýnda gözlenmektedir[15]. dis lokasyon yoðunluðunun artmasýna neden

olmaktadýr. Artan bu yoðunluk ve sonrasýndaki al

alaþýmýn yaþlanma davranýþýndaki deðiþimler katký

fazýnýn kompozitin içyapýsý ile ilgili etkisi açýsýndan Alüminyum alaþýmlarýnýn yaþlanma sertleþmesi

önemlidir[16-18]davranýþý genel olarak katký fazý ile deðiþtirilebilir. Bu

deðiþim anayapýya, parçacýk büyüklüðüne, morfolojiye,

katký fazýnýn hacimsel oranýna ve üretim yöntemine oAl-MAK'ler genellikle 500 C den daha fazla üretim

baðlýdýr. Bu deðiþimler þu þekilde sýralanabilir. sýcaklýklarýna maruz kalýrlar ve soðuma esnasýnda büyük

• Al-Cu-Mg anayapýlý kompozitler takviyesiz alaþýmlara ýsýl gerilmelere maruz kalýrlar. Isýl gerilmelerin büyüklüðü

göre daha hýzlý yaþlanma gösterirler. katký fazýna, hacimsel oranýna ve tane büyüklüðüne

• Çökelme sýcaklýðý hacimsel katký fazý artýkça azaldýðý

baðlýdýr. Örneðin, Al-%30SiC kompozitlerde ýsýl p tespit edilmiþtir.

Seramik Fazýn Alüminyum Alaþýmýnýn Yaþlanma

Sertleþmesi Davranýþýna Etkisi

Artýk termal Gerilmeler


Yerel katýlaþma zamaný

Ýkin

cil

faz,

dent

riti

kya

pý

I II III

Ýkincil faz

Fiberler arasý mesafe

Þekil 2. Al-4.5Cu-Alümine Fiber Kompozitin Fiberler Arasý Bölgede Mikroyapý Oluþumu.Birincil Faz Morfolojisi ve Ýkincil

Fazýn Daðýlýmý Fiberler Arasý Mesafeye Baðlýdýr. Mikroyapýlar Grafik Olarak Üç Durum da Gösterilmektedir.


gerilmeler 200 MPa dan daha büyüktür. Al-MAK'larýn

Al-MAK'lar birçok uygulama alanlarýnda yüksek mekanik özellikleri ýsýl gerilmelerden tamamýyla etkilenir.

teknolojik malzemeler olarak kullanýlmaktadýr. Al-MAK'lar Katký fazýnýn neden olduðu artýk gerilmeler kompozitin

kullanýmda, ömür, yüksek verimlilik, enerji kazanýmý, yorulma ve çatlama özelliklerini etkiler.

düþük bakým maliyeti, düþük gürültü seviyesi, çevreye

daha az emisyon ve kirlilik, gibi faydalar saðlar. Al-

Pin-on disk deney sistemi ile sertleþtirilmiþ çeliðe karþý MAK'larýn mühendislik uygulamalarda canlýlýðýný

yapýlan deneylerde kompozitin aþýnma direncini katký korumaktadýr. Whisker/parçacýk/kýsa fiber/sürekli fiber gibi

fazý ile önemli ölçüde artar. Bu ayný zamanda seramik farklý takviye maddelerine sahip olan katý veya sývý üretim

fazýn mikroyapýya etkileri ile de ilgilidir. Son yýllarda SiC p yöntemi ile üretilen Al-MAK'lar birçok pratik uygulamalar

paçacýklarýn dýþ etkisi Al-MAK'dan mamul fren pabuç- için bir kullanýlmaya uygundur. Farklý tip Al-MAK'larýn

fren disk çifti için faydalý olarak kullanýlýr. Al-MAK' fren birkaç yeni ve canlý uygulamalarý þu þekilde verilebilir.

pabucu fren diski üzerinde kayarken temas bölgelerinde

ikili tribolojik ara yüzey tabakalarý oluþtururlar. Böylece

Endüstriyel kullanýmda parçacýk katkýlý Al-MAK'lar ara yüzey tabakalarý diskin aþýnma direncini daha fazla

büyük bir miktarý oluþturur. Parçacýk katkýlý Al-MAK'lar artýrýr. Ýkili tabaka oksit karýþýmý ihtiva ediyorsa kayma

endüstriyel seviyede TM karýþtýrma döküm, ergitme esnasýnda pabuçtan Al-MAK fren diskine doðru

infilitrasyon, püskürtme, doðal üretim yöntemleri ile malzeme transferi meydana gelir. Malzeme transferi ve

üretilmektedir. SiC, Al O , TiC, TiB , B C seramik tribolojik tabaka çitlerinin oluþumu SiCp etkisi ile 2 3 2 4

parçacýklarý katký faz olarak kullanýlýr. Parçacýk katkýlý Al-oluþmaktadýr. Böylece tribolojik tabaka oluþumu SiC'ün

MAK'lar otomotiv, uzay, mekanik ve ýsýl parçalarda dýþyapýya etkisi olmaktadýr. Þekil 3a'da otomobil fren

baþarýlý olarak kullanýlmaktadýr. Parçacýk katkýlý Al-MAK pabucunun disk yüzeyi ile oluþturduðu tribolojik tabaka

fren rotorlarý ve kampanalar döküm yöntemi ile çifti görülmektedir. Þekil 3b ise Al-MAK', Al-Si alaþýmý ve

üretilmektedir. Al-Mg ve Al-Si anayapýlý kompozitler hem dökme demirin fren diski olarak çizilmiþ aþýnma oranlarý

SiC hem de Al O parçacýk katkýsý ile en az %20 hacimsel görülmektedir. Þekil 3a ve b, ulaþým sistemlerinde hafif 2 3

oranda takviye edilir. Birçok otomobilin fren fren disk malzemesi olarak Al-MAK'larýn kullanýmýnda

elemanlarýnda kullanýlmaktadýr (Þekil 4)[19]. önemli bir potansiyel olduðunu gösterir [9].

Al-MAK'larýn Endüstriyel Uygulamalarý

Katký Fazýnýn Dýþyapýya Etkileri

Parçacýk Katkýlý Al-MAK'lar

29.7

24.7

19.7

14.7

9.7

4.7

Al-13Si alaþýmý

Al-9Si-%20SiC kompozit

Dökme demir

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4Kayma hýzý

Þekil 3. Al-MAK Disk ile Fren Pabucu Arasýnda Oluþan Tribolojik Yaðlama Çifti, Fren Pabucuna Karþýlýk Takviyesiz Al Alaþýmý, Al-SiC Kompozit, Dökme Demir

-33

a)

Aþý

nm

mik

tarý

(10

mm

/m

Parçacýk katkýlý Al-MAK'lar helikopterlerin pervane

kanat kollarýnda, uçuþ kontrol hidrolik manifoltlar %40 SiC

katkýlý kompozitlerde üretilmekte ve baþarýlý bir þekilde

kullanýlmaktadýr. En büyük taneli ve hacimsel katkýlý

kompozitler tren ve arabalarýn fren sistemlerinde

kullanýlmaktadýr. Al-MAK fren diskleri genellikle Avrupa

demir yollarýnda kullanýlmaktadýr. Amerika'da ise bazý

özel yolcu arabalarýnda kullanýlmaktadýr. Avrupa'nýn en Karbon fiber takviyeli Al-MAK'lar Hubble Uzay

büyük otomobil üretici firmasý 2004'e kadar Al-MAK' disk Te leskopunun anten dalga k ý lavuzu o larak

frenler sürmeyi planlamaktadýr. Potansiyel olarak kullanýlmaktadýr. Burada kompozit yüksek boyutsal

otomobil uygulamalarýnda valflar, krank mili, diþli hassasiyet, yüksek ýsý ve elektrik iletkenliði göstermektedir.

6061 Al-Boron fiber kompozitler uzay mekiðinin ana parçalarý ve süspansiyon kollarý bulunmaktadýr.

kargo bölümlerde destek olarak kullanýlmaktadýr (Þekil6).

Seramik whiskerlerin elle taþýnmasý ile ilgili olarak çok

büyük saðlýk riskleri oluþturduðundan bu tip kompozitlerin

üretimini sýnýrlamýþtýr. Ancak güvenli ölçümlerle SiC whisker'li

Al-MAK'lar geliþmiþ askeri tanklarda ayak paleti olarak

kullanýlmakta ve üretilmektedir. Bu þekilde tankýn aðýrlýðýný

azaltmada önemli rol oynamaktadýr. Kýsa fiber takviyeli Al-

MAK'lar piston ve silindir uygulamalarýnda kullanýlmaktadýr.

Þekil 5'te Al-MAK kompozit silindir gömleði karbon ve Al O 2 3

fiber takviyeleri ergimiþ Al anayapý içerisine emdirilerek orta

basýnçlý döküm yöntemi üretilmektedir.

Sürekli Fiber Takviyeli Al-MAK'lar

Whisker ve Kýsa fiber Takviyeli Al-MAK'lar


Þekil 4. Al-MAK'lardan Mamul Otomobil Fren Elemanlarý[20]

Þekil 5. Fiber Takviyeli Al-MAK Silindir Gömleði[20]

Þekil 6. Al-Boron Fiber Takviyeli Al-MAK Destekler[20]


Composites”, Journal of Materials Processing Technology Hatta son zamanlarda alümine fiber takviyeli Al-

Volume 166, Issue 2, (2005), Pages 173-182.

MAK'lar geliþtirmiþtir. Fiber takviyeli Al-MAK'lar çelikle Particle Reinforced Aluminium and Magnesium

Matrix Composites. International Materials Reviews karþýlaþtýrdýklarýnda yoðunluðu yarýsýndan az olmasýna 1994;39(1):1-23.

raðmen eþit dayanýmda kompozitler üretilmektedir. Tribological Properties of Al Alloy o Particle Composite. J. Metall 1987;39(11):22-26.Hatta mukavemeti 300 C ve üstünde çelikle eþit

Wear Mechanism of Aluminium olmaktadýr. Kompozitler çeliðe göre dört kat ve saf

Based Meal Matrix Composite Under Rolling And Sliding

alüminyumun göre yarý elektrik iletkenlik özelliðine Contraction In Technology of Composite Materials.In:

Rothagi PK, Ian PJB, Yune CS Editors, ASM International sahiptir. 1990;93-101.

"SiCp Katkýlý Al Kompozitlerin Sertlik, Mikroyapý ce

Aþýnma Özelliklerinin Ýncelenmesi", 11. International

Conference on Machine desing and Production, (UMTÝK 2004),

Aluminyum kompozitler aðýrlýkça hafif olmasýnýn Conference proceedings, 979-988, 2004. Antalya-TURKEY

“Aluminium Matrix Composites: Challenges and yanýnda yüksek performansa sahip olmasýndan dolayý Opportunities”, Sadhana, Academy Proceedings in

son yýllarda endüstriyel uygulamalarda ilgi çekmektedir. Engineering Sciences, Printed in India, Vol. 28, Parts 1 & 2,

Yüksek teknolojik malzeme olarak kullanýlan Al-MAK'lar February/April 2003, pp. 319334.

Developments in Particulate and Short Fibre ömür, yüksek verimlilik, enerji kazanýmý düþük bakým

Composites in New Light Alloys. AGARD Lecture Series maliyeti, düþük gürültü seviyesi, çevreye daha az 1990;144:1-21.

emisyon ve kirlilik, gibi faydalar saðlar. Bu nedenle Al-S. An Experimental and

MAK'lar mühendislik uygulamalarda canlýl ýðýný Numerical Study of Deformation in Metal-Ceramic

Composites. Acta Metall 1989;37:3029-3050.korumaktadýr. "Al-Cu-SiC ve Al-Cu-B4C Kompozitlerin Sýcak Presleme

Al-MAK'lar ihtiva ettiði takviyeye baðlý olarak Yöntemi Ýle Üretimi ve Aþýma Özelliklerinin Araþtýrýlmasý",

karakteristik özellikleri deðiþmektedir. Genelde Al-MAK'lar Danýþman:F.Bedir., S.D.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, 2004.

“Microstructures toz metalurjisi ya da sývý yöntemle üretilebilirler. Parçacýk and Mechanical Properties Engineered Short Fibre

takviyeli Al-MAK'larýn üretimi fiber takviyeli kompozitlere Reinforced Aluminium Matrix Composites”, Matrial Science

göre daha ekonomik olmasýnýn yanýnda fiber takviyeli and Engineering,A335(2002)207-216.

kompozitler daha üstün mekanik özelliklere sahiptir. Fiber

takviyeli Al-MAK'lar çelikle karþýlaþtýrdýklarýnda yoðunluðu

yarýsýndan az olmasýna raðmen eþit dayanýmda o “(1998), Solidification Processing of Reinforced kompozitler üretilmektedir. Hatta mukavemeti 300 C ve

Metal (Trans Tech. Publ.).üstünde çelikle eþit olmaktadýr. Kompozitler izotropik

“Pepaperation and Properties of özellik gösterir ve ekstrüzyon, haddeleme ve dövme Alüninium Alloy Ceramic Particle Composites, Journal of

Material Science, 1981, v 16, pp983-993.iþlemleri gibi ikincil operasyonlara maruz kalabilirler.

Microstructure and mechanical behaviour of AlSiMg alloys

reinforced with TiAl Intermetallics. Journal of Materials

Processing Technology 2003;143-144:605-611.2000, "TiC ve SiC Katkýlý Kompozitlerin Azot Bandyopadhyay S. Effect of Al2O3 Atmosferi Altýnda Sýcak Preslenmesi", Uluslararasý Met. Malz.

Particulates on the Precipitation Behaviour of 6061 Kong.Bildiri Kitabý, c3, 1713, Ýstanbul.Aluminium-Matrix Composites. Journal of Materials Science Metal Handbook, Vol. 2 (1992.

1996;31(20):5351-5361.An Introduction to Metal Matrix

ASM Handbook, v21, Composites, ASM International, Printed Composites, Cambridge University Press(1995) pp. 459470.

in USA, 1992. “An Estimation of

A s s e s s m e n t o f M e t a l M a t r i x C o m p o s i t e s , Three-Dimensional Finite Element Crystal Geometry Model

Applications,http://mmc-assess.tuwien.ac.atFor The Strength Prediction of Particle-Reinforced Metal Matrix

5. Lloyd DJ.

6. Prasad SV, Rohatgi PK.

7. Pan YM, Fine ME, Chang HS.

8. F.Bedir, B.Ögel,

Sonuç

9. K Surappa,

10. Harris SJ.

11. Christman T, Needleman A, Suresh

12. Köksal,F.,

13. H.X Peng, Z.Fan.,D.S.Mudher, J.R.G.Evans.,

14. C.M.Cady, G.T.Gray III,

15. Asthana,R.,

16. Surappa,M.K., Rohatgi, P.K.,

17. Salvador MD, Amigó V, Martinez N, Busquets DJ.

Kaynakça

1. Bedir,F., Ögel,B., 18. Das T, Munroe PR,

2. ASM,

3. T.W. Clyne and P.J. Withers,

19.

4. C.G. Kang, J.H. Lee, S.W. Youn, J.K. Oh,

20.

“Influence of Strain Rateon the

Deformation and Fracture Response of a 6061-T6 Al-50 vol.%

Al2O3 Continuous-Reinforced Composite”, Material Science

and Engineering, A298,(2001), 56-62.

Documents

ALÜMÝNYUM KOMPOZÝTLERÝN ÜRETÝMÝ, …