Engin Firat Kilic Tez

8/3/2019 Engin Firat Kilic Tez

1/111

ALUMNYUM ALAIMLI SiC PARACIK TAKVYELKOMPOZTLERN TOZ METALURJS YNTEMYLE RETM ve

AINMA DAVRANILARININ NCELENMES

Engin Frat KILI

YKSEK LSANS TEZ

MAKNE ETM

GAZ NVERSTES

FEN BLMLER ENSTTS

EYLL 2007

ANKARA


2/111

Engin Frat KILI tarafndan hazrlanan ALUMNYUM ALAIMLI SiC

PARACIK TAKVYEL KOMPOZTLERN TOZ METALURJS

YNTEMYLE RETM ve AINMA DAVRANILARININ NCELENMES

adl bu tezin Yksek Lisans tezi olarak uygun olduunu onaylarm.

.

Prof.Dr. YUSUF AHN

Tez Yneticisi

Bu alma, jrimiz tarafndan oy okluu ile MAKNE ETM Anabilim

Dalnda Yksek lisans tezi olarak kabul edilmitir.

Bakan : Prof.Dr. Cemil ETNKAYA

ye : Prof. Dr. Ahmet ZDEMR .

ye : Prof.Dr. Mahmut ZCLER .

ye : Prof.Dr. Yusuf AHN .....

ye : Do.Dr. Halil ARIK ..

Tarih : 07/09/2007

Bu tez, Gazi niversitesi Fen Bilimleri Enstits tez yazm kurallarna

uygundur.


3/111

TEZ BLDRM

Tez iindeki btn bilgilerin etik davran ve akademik kurallar erevesinde elde

edilerek sunulduunu, ayrca tez yazm kurallarna uygun olarak hazrlanan bu

almada orijinal olmayan her trl kaynaa eksiksiz atf yapldn bildiririm.

Engin Frat KILI


4/111

iv

ALUMNYUM ALAIMLI SiC PARACIK TAKVYEL KOMPOZTLERN

TOZ METALURJS YNTEMYLE RETM ve AINMA

DAVRANILARININ NCELENMES

(Yksek Lisans Tezi)

Engin Frat KILI

GAZ NVERSTES

FEN BLMLER ENSTTS

Eyll 2007

ZET

Bu almada, SiC parack takviyeli alminyum alaml metal matrisli

kompozitler toz metalurjisi yntemiyle retilmitir. retilen

kompozitlerde SiC takviye eleman oranlar arlka %5, %10 ve %15

olarak seilmitir. Toz karmlar 800 MPada tek ynl bir kalpta

preslenerek blok numuneler retilmitir. Elde edilen btn numuneler, 2

saat sreyle 650 C tp frnda argon gaz ortamnda sinterlenmitir.

Sinterleme sonras numunelerin mikro yap incelemeleri, sertlik,

younluk ve gzenek lmleri yaplmtr. Bunun dnda, anma

deneyleri sabit hzda ve farkl yklerde pim-disk tr deney cihaznda

gerekletirilmitir. Ayrca anm yzeylerin karekterize edilmesi iin

tarama elektron mikroskobu (SEM) ve noktasal analizi (EDAX)yaplmtr. Sonular, retilen kompozitte sertliin ve younluun

parack ieriine bal olarak artt grlm ve kompozit malzeme

ierisindeki seramiin tane boyutu kldke anma miktarnn artt


5/111

v

kompozit malzeme ierisindeki seramiin oran arttka anma

miktarnn azald belirlenmitir. Ayrca yk arttka hem matris hemde

kompozitte anma miktar artmtr.

Bilim Kodu : 708.1.094Anahtar Kelimeler : Al-Cu, SiC, toz metalurjisi, MMK, anma

Sayfa Adedi : 93Tez Yneticisi : Prof. Dr. Yusuf AHN


6/111

vi

PRODUCTION OF SiC PARTICLE REINFORCED ALUMINIUM BASED

COMPOSITE WITH POWDER METALLURGY METHOD AND

INVESTIGATION OF ITS WEAR BEHAVIOUR

(M.Sc. Thesis)

Engin Frat KILI

GAZ UNIVERSITY

INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

September 2007

ABSTRACT

In this study, SiC particle reinforced Aluminium alloy based composites

were produced by powder metallurgy method (P/M). The weight

fractions of SiC particles were varied from 5%, 10% and 15% in the

alloy. Aluminium metal powders were mixtured with different amounts

of reinforcements. The mixed powders were pressed under the

pressure of 800 MPa in a cylindrical die and the cylindrical specimens

were produced. The produced samples were sintered at 650 C for 2

hours in a tube type of sintering furnace under a control of argon gas.

Optical microscopic examination, hardness, density and porosity

measurement were carried out. In addition, wear tests were performed

in a pin-on-disc type of wear machine under different loads at a fixedspeed. Furthermore, scanning electron microscope (SEM) and energy

dispersive x-ray (EDAX) analysis were used to characterize the worn

surfaces of the composites. The experimental results indicated that

hardness and density increased with increasing particle contents. It

was found that wear rate of the composite and its alloy increased with

increasing load while it decreased with increasing the particle size. The


7/111

vii

wear rate decreased significantly with increasing SiC content in the

composite. Furthermore, the wear rate also increased with increasing

applied load for both matrix alloy and the composite.

Science Code : 708.1.094Key Words : Al-Cu, SiC, powder metallurgy, MMC, wearPage Number : 93Adviser : Prof. Dr. Yusuf AHN


8/111

viii

TEEKKR

almalarm boyunca deerli yardm ve katklaryla beni ynlendiren

Danmanm Prof. Dr. Yusuf AHNe, yine kymetli tecrbelerinden

faydalandm G..T.E.F., Metal Eitimi Blm, Ekstraktif Eitimi

Anabilimdal retim yesi Do. Dr. Halil ARIKa ve Makine Eitimi Blm

Bakan Prof. Dr. Ahmet ZDEMRe, ayrca Gazi Anadolu Teknik ve Endstri

Meslek Lisesi Mdr Musa SEKMENe ve alma arkadalarma, manevi

destekleriyle beni hibir zaman yalnz brakmayan ok deerli eim Hacer

KILIa ve ocuklarma teekkr bir bor bilirim.


9/111

ix

NDEKLERSayfa

ZET ............................................................................................................. iv

ABSRACT......................................................................................................vi

TEEKKR.................................................................................................. viii

NDEKLER ................................................................................................ ix

ZELGELER LSTES ................................................................................ xiii

EKLLER LSTES ..................................................................................... xiv

SMGELER ve KISALTMALAR ...................................................................xvii

1. GR ..........................................................................................................1

2. ALMNYUM ve ZELLKLER ..................................................................4

2.1. Giri......................................................................................................4

2.2. Alminyumun zellikleri.......................................................................4

2.2.1. Saf alminyum ...........................................................................4

2.2.2. Alminyumun kimyasal zellikleri...............................................4

2.2.3. Alminyumun fiziksel zellikleri..................................................5

2.3. Alminyum Alamlar ..........................................................................5

2.4. Metal Matrisli Kompozitler....................................................................6

2.4.1. Matris malzemeleri ve takviye elemanlar ..................................72.4.2. Metal matrisli kompozit eitleri..................................................9

2.5.Kompozit Malzemelerin retim Yntemleri ........................................11

2.5.1. Sv dvme yntemi..................................................................11

2.5.2. Basnl infiltrasyon yntemi.....................................................12

2.5.3. Basnsz infiltrasyon yntemi..................................................12

2.5.4. Kartrma yntemi ...................................................................12


10/111

x

Sayfa

2.5.5. Hzl katlatrma yntemi .........................................................12

2.5.6. Plazma pskrtme yntemi......................................................13

2.5.7. Toz metalurjisi yntemi.............................................................13

2.6. Kompozit Malzemelerde Islatma........................................................14

3. TOZ METALURJS TEKNOLOJS ..........................................................15

3.1. Giri ....................................................................................................15

3.2. Metal Tozlarn retimi........................................................................15

3.2.1. Mekanik yntemler. ..................................................................16

3.2.2. Elekrolitik ayrtrma yntemi...................................................18

3.2.3. Kimyasal yntemler..................................................................18

3.2.4. Atomizasyon yntemi. ..............................................................18

3.3.Metal Tozlarn Karakterizasyonu ........................................................19

3.3.1. Fiziksel zellikleri.....................................................................19

3.4. Presleme ncesi Yaplan lemler.....................................................20

3.4.1. Tozun snflandrlmas.............................................................21

3.4.2. Harmanlama ve karlmama ...................................................21

3.4.3. Yalayc katma........................................................................213.5. Metal Tozlarnn Sktrlmas............................................................22

3.6. Metal Tozlarn Sinterlenmesi..............................................................23

3.6.1. Sinterleme teorisi .....................................................................23

3.7. T/M Uygulamalar ..............................................................................24

3.8. Alminyum T/M Teknolojisi ................................................................25


11/111

xi

Sayfa

4. SRTNME ve AINMA..........................................................................26

4.1. Giri ...................................................................................................26

4.2. Yzeylerin Srtnme zellikleri.........................................................26

4.3. Anma ..............................................................................................27

4.4. Anma Olayn Oluturan Unsurlar...................................................28

4.5. Anmay Etkileyen Faktrler.............................................................29

4.5.1. Esas srtnme elemanna bal faktrler................................29

4.5.2. Kar elemana bal faktrler ..................................................31

4.5.3. Ortama bal faktrler .............................................................31

4.5.4. letme koullar ......................................................................32

4.6. Anma Mekanizmalar......................................................................32

4.6.1. Adhezyon anmas.................................................................33

4.6.2. Abrazyon anmas .................................................................34

4.6.3.Difzyon anmas ...................................................................35

4.6.4.Oksitlenme anmas ..35

4.6.5.Yorulma ve tabakalama anmas ..........................................35

5. LTERATR TARAMASI...........................................................................366. DENEYSEL ALIMALAR.......................................................................46

6.1. Giri ...................................................................................................46

6.2. Malzeme............................................................................................46

6.3. Test Numunelerinin Hazrlan .........................................................47

6.4.Test Numunelerinin Karekterizasyonu ..............................................49

6.4.1. Younluklarn llmesi ..........................................................49


12/111

xii

Sayfa

6.4.2.Mikroyaplarn incelenmesi......................................................49

6.4.3.Malzemelerin sertlik deerlerinin belirlenmesi ........................50

6.5. Anma Deneyleri ..............................................................................50

6.5.1. Anma Miktarnn lm ..................................................52

7. DENEYSEL BULGULAR ve TARTIMA...................................................54

7.1.Presleme ve Sinterleme Sonras Fiziksel zellikler ..........................56

7.2.Sertlik lm ...................................................................................58

7.3. Kompozitin Mikroyaps .....................................................................59

7.4. Anma Miktar...................................................................................63

7.5. Anma Modellerinin Matematiksel fadeleri ......................................68

7.6.Anm Yzeylerin SEM le ncelenmesi ..........................................69

8. SONU ve NERLER.............................................................................78

KAYNAKLAR ................................................................................................80

EKLER..........................................................................................................86EK-1 Deiik tane boyutlarna sahip farkl oranlardaki SiCp takviyeli

alminyum alaml kompozitlerin farkl ykler altndaki ktlekayb, hacim kayb ve hacimsel anma miktar deerleri................87

EK-2 MMK malzemelerin anma modelleri....89

ZGEM...................................................................................................93


13/111

xiii

ZELGELERN LSTES

izelge Sayfa

izelge 2.1. Saf alminyumun fiziksel zellikleri ............................................5

izelge 2.2. Kompozitlerde kullanlan baz takviye elemanlarnnzellikleri...8

izelge 6.1. Al - Cu tozun kimyasal kompozisyonu (% Arlka) ...............46

izelge 6.2. Deneysel almada kullanlan SiC tozlarnn zellikleri............46izelge 6.3. retilen numune adetleri ..........................................................48

izelge 6.4. z apna gre devir saylar......................................................52

izelge 7.1. Numunelerin sinterleme ncesi ve sonras younluklar. ..........56

izelge 7.2. Numunelerin gzenek miktarlar ...............................................57

izelge 7.3. Al alaml SiC takviyeli MMK malzemelerin

Vickers sertlik deerleri ..59

izelge 7.4. %5 SiC takviyeli MMK malzemelerin tane boyutuna greanma modelleri . ...69

izelge 7.5. %10 SiC takviyeli MMK malzemelerin tane boyutuna greanma modelleri .........69

izelge 7.6. %15 SiC takviyeli MMK malzemelerin tane boyutuna greanma modelleri. ...69


14/111

xiv

EKLLERN LSTES

ekil Sayfa

ekil 2.1. Partikl takviyeli metal matrisli kompozitin,ematik yaps............10

ekil 2.2. Toz metalurjisi yntemi ile kompozit retim aamalar...................13

ekil 2.3. Kat bir malzeme zerine den bir sv damlasnn dmesindeoluan yzey gerilimleri ve slanabilirliin gsterimi ......................14

ekil 3.1. Deirmende tme ile toz retimi................................................17

ekil 3.2. Darbe yntemi ile toz retimi.........................................................17

ekil 3.3. Deiik toz ekillerinin boyut parametreleri ...................................20

ekil 3.4. Metal toz ekilleri...........................................................................20

ekil 3.5. Toz metal sktrma ileminin kademeli olarak gsterilii..............22

ekil 3.6. Sinterleme srasnda birbirine temas eden paralar

balang aamas. .......................................................................23

ekil 3.7. Sinterleme aamalar ....................................................................24

ekil 4.1. Srtnme yzeylerindeki tabakalar ...............................................27

ekil 4.2. Srtnme ncesi-kontak noktalar.................................................27

ekil 4.3. Anmay oluturan unsurlar..........................................................28

ekil 4.4. Temel anma mekanizmalar........................................................32

ekil 4.5. Abrazyon anmas, a) ki ksml abrazyon, b) ksmlabrazyon, c) Erozyon anma farklarn gsterilmesi ....................34

ekil 6.1. Deneysel almada kullanlan kalp ve zmbalar..........................47

ekil 6.2. Sinterlemede kullanlan deney dzenei.......................................49

ekil 6.3. Anma deneylerinde kullanlan disk zerinde pim anmacihaz.............................................................................................51


15/111

xv

ekil Sayfa

ekil 7.1. Al alam ve SiC toz tane boyut lm sonular .........................49

ekil 7.2. Kompozitlerin ierdikleri gzenek miktarnn SiC takviye oranle deiimi ....................................................................................57

ekil 7.3. Kompozitlerin SiC hacim oranlarna gre sertlik deerleri..59

ekil 7.4. Al alaml 33,17 m SiC takviyeli T/M kompozitlerinmikroyaplar a) %5 SiC, b) %10 SiC, c) %15 SiC takviyeeleman ieren kompozit malzeme (x 100)... ................................60

ekil 7.5. Al alaml 14,39 m SiC takviyeli T/M kompozitlerinmikroyaplar a) %5 SiC, b) %10 SiC, c) %15 SiC takviyeeleman ieren kompozit malzeme (x 400)....................................61

ekil 7.6. Al alaml 9,21 m SiC takviyeli T/M kompozitlerinmikroyaplar a) %5 SiC, b) %10 SiC, c) %15 SiC takviyeeleman ieren kompozit malzeme (x 400)...................................62

ekil 7.7. Al alaml 2,87 m SC takviyeli T/M kompozitlerinmikroyaplar a) %5 SiC, b) %10 SiC, c) %15 SiC takviyeeleman ieren kompozit malzeme (x 400)....................................63

ekil 7.8. Al alaml 2,87 m SiC ierikli T/M kompozitlerinuygulanan yke gre anma miktarnn deiimi.........................65

ekil 7.9. Al alaml 9,21 m SiC ierikli T/M kompozitlerinuygulanan yke gre anma miktarnn deiimi....65

ekil 7.10. Al alaml 14,39 m SiC ierikli T/M kompozitlerinuygulanan yke gre anma miktarnn deiimi......65

ekil 7.11. Al alaml 33,17 m SiC ierikli T/M kompozitlerinuygulanan yke gre anma miktarnn deiimi......66

ekil 7.12. Deiik tane boyutlarna sahip, % 5, %10 ve %15 SiCieren kompozitlerin 15 N, 30 N ve 45 N yk altndaki anmamiktarnn deiimi.................67

ekil 7.13. Deiik tane boyutlarna sahip , farkl SiC ieren metalmatris kompozitlerin hacim oranna gre anma miktarlar ...68


16/111

xvi

ekil Sayfa

ekil 7.14. 103,05 m tane boyutundaki matrisin 0,8 m/s kaymamesafesinde anma sonrasndaki SEM fotoraf ....70

ekil 7.15. 103,05 m tane boyutundaki matrisin genelnoktasal analizi....71

ekil 7.16. 103,05 m tane boyutundaki matrisin noktasal analizia) 1 nolu blge, b) 2 nolu blge....72

ekil 7.17. Al alaml 9,21 m SiC takviyeli T/M kompozitin 45 N

yk altnda 0,8 m/sn kayma mesafesinde anmasonrasndaki SEM fotoraflar (%15SiC)....73

ekil 7.18. Al alaml 9,21 m SiC takviyeli T/M kompozitingenel noktasal analizi.......73

ekil 7.19. Al alaml 9,21 m SiC takviyeli T/M kompozitinnoktasal analizi a) 1 nolu blge, b) 2 nolu blge..74

ekil 7.20. Al alaml 33,17 m SiC takviyeli T/M kompozitin 15 Nyk altnda 2,88 km kayma mesafesinde anma

sonrasndaki SEM fotoraflar a) %5 SiC, %15 SiC.....75

ekil 7.21. Al alaml 33,17 m SiC takviyeli T/M kompozitin 45 Nyk altnda 2,88 km kayma mesafesinde anmasonrasndaki SEM fotoraflar a) %5 SiC, b) %15 SiC.....76


17/111

xvii

SMGELER ve KISALTMALAR

Bu almada kullanlm baz simgeler ve ksaltmalar, aklamalar ile birlikte

aada sunulmutur.

Simgeler Aklama

C Santigrad, (derece)

d ap, (mm)

F Yk, (Newton)

g Arlk, (gram)

m Uzunluk, (metre)

n Devir says, (dev/dak)

P Basn, (MPa)

S Yol, (km)V Hz, (m/s)

Ksaltmalar Aklama

Al Alminyum elementi

Al2O3 Alminyum oksitAl-Cu Alminyum bakr alam

Al-Mg Alminyum magnezyum alam

Al-Si Alminyum silisyum alam

BHN Brinell sertlik deeri

Co Kobalt elementi

CO2 Karbon dioksit

Cu Bakr elementi

Fe Demir elementi


18/111

xviii

Ksaltmalar Aklama

MA Mekanik alamlama

Mg Magnezyum elementi

Mg3N2 Magnezyum nitrit

MMK Metal matrisli kompozit

Ni Nikel elementi

SEM Elektron mikroskobu

Si Silisyum elementiSP Scak izostatik presleme

SiC Silisyum karbr

Si3N4 Silisyum nitrr

SiO2 Silisyum oksit

Ti Titanyum elementi

TiC Titanyum karbr

TM Toz metalurjisi

V Vanadyum elementi

Zn inko elementi


19/111

1

GR

Alminyum dnyada olduka byk bir rezerve sahip ve demirden sonra en

fazla retilen ve tketilen metaldir [1]. Alminyumun hafif bir metal olmasnn

yannda kolayca ekillendirilebilmesi, bu metalin endstride birok uygulama

alan bulmasna neden olmutur. Gnmzde retimi ve tketimi, yeni

tketim alanlarnn da ortaya kmasyla birlikte artarak devam eden bu metal

ve alamlarnn en nemli problemi, zelliklerini yksek scaklklarda nemli

lde kaybetmeleridir [2]. Alminyum matrisli kompozit malzeme retiminde,

alminyum matris ierisine, oksit veya karbr gibi seramik fazlarn katlmalar,

sv veya kat olmak zere bilinen iki yntemle mmkn olabilir. Sv yntem,

ergime dereceleri yksek olan oksit veya karbrlerin, sv haldeki alminyum

ierisine katlmak suretiyle, homojen bir ekilde alminyum ile birlikte

katlamasn salamak eklinde olur. Ancak bu yntem, seramik/metal ara

yzeyindeki tepkimeler, paracklarn dallantl yap arasnda birikimi,

mekanik zelliklerdeki geni dalm ve en nemlisi seramik fazn matris

ierisinde homojen bir ekilde dalmnn salanamamas gibi problemleri de

beraberinde getirir [3]. kinci bir uygulama ise toz metalurjisinin uyguland

kat hal metodudur. Bu uygulamada toz haldeki oksit veya karbr, yine toz

haldeki alminyum ile birlikte kat halde homojen bir ekilde kartrlr,

preslenir ve sinterlenir [4-6]. Dier bir metot ise mekanik alamlama ile oksit

veya karbr tipi yaplarn retim esnasinda sentezlenmesidir. Mekanik

alamlama, 1960'l yllarn sonlarnda gelimeye balayan ve bu ynde

yaplan almalarda basit ve iyi sonular verebilen bir kat hal retimtekniidir. Mekanik alamlama ile sv yntemde karlalan, seramik fazn

dalmndaki homojensizlik byk bir oranda giderilmeye allmtr.Mekanik alamlama ileminde, iki veya daha fazla elementel toz belli

oranlarda birbiri ierisine katlarak karm toz elde edilir. Daha sonra bu

karm toz, yksek enerjili atritr ierisine tc bilyelerle birlikte konularak,

mekanik alamlama ilemine tabi tutulur. Karm tozlar arasnda meydana

gelebilecek sentezleme, ya mekanik alamlama esnasnda meydanagelebilir ya da mekanik alamlama ilemi sonrasnda yaplan sinterleme


20/111

2

esnasnda meydana gelir.

Metal matrisli kompozitler (MMK) yksek elastik modl, yksek ekme ve

basma mukavemeti, yksek servis scaklna sahip olmalarnn yannda

metallerin sneklik ve tokluunu, seramiklerin yksek mukavemet ve

yksek elastik modl zelliklerini birletirmelernden dolay son derece

nemli mhendislik malzemeleri haline gelmilerdir [7]. MMK malzemelerde

matris olarak Al, Mg, Ti, Cu, Co ve Ni gibi metal ve alamlar kullanlr.

Takviye eleman olarak Al2O3, SiC, TiC, karbon, Si3N4 gibi elyaf veya

eeksenli paracklar kullanlmaktadr. Srtnme ile ilgili uygulamalarda ise

grafit ve mika gibi yalayc zellik gsteren malzemeler kullanlr [8].

Parack takviyeli MMK malzemelerde, homojen olarak dalm sert

malzeme, yumuak ve daha snek bir matrisle kuatlmtr. Matris metal

olmakla birlikte takviye eleman SiC, Al2O3 gibi sert takviye paracklardr.

Takviye elemannn boyutlar birbirine yaklak olarak eittir. Yap, iki fazl

dlm mukavemetlendirilmi metal alamlarna benzemekle birlikte

kompozitlerde malzemeler faz dnmlerine uramaz. Parack takviyeli

kompozit malzemeler genellikle anma dayanm gerektiren

uygulamalarda kullanlmaktadrlar. Paracklar, en yaygn ve en ucuz

takviye malzemesidirler. Yapsal alanlarda kullanm imkan salayan bu

paracklar MMK malzemelere izotropik zellik kazandrrlar. Balangta,

grafit tozu ile takviye edilmi alminyum alamlarnn retimiyle

denemeler yaplm fakat yalnzca dk hacimsel miktarlarda (< %10)takviye eleman kullanlmtr. Gnmzde daha yksek hacimsel oranlarda

ok eitli seramik paracklardan takviye elemanlar elde edilmektedir [9].

Toz metalurjisi (TM) yntemiyle MMK malzeme retiminde matris ve

takviye elemanlarnn tozlar ncelikle kartrlr ve istenen ekli verebilecek

bir kalbn iine boaltlr. Daha sonra bu karm tozlarn sktrabilmek

amacyla basn uygulanr. Toz paracklar arasndaki birlemeyikolaylatrmak amacyla sktrlm toz karm yeterli miktarda kat hal


21/111

3

difzyonu oluturacak ekilde ergime noktasnn altnda bir scaklkta

sinterlenir. Buna alternatif olarak, tozlar kartrldktan sonra dorudan scak

preslenir. Scak izostatik presleme (SiP) olarak bilinen bu metot yksek

younluklu malzeme retimi iin daha uygundur. Bu sktrlm para

ekstrzyon, haddeleme ve dvme gibi ikincil ilemlerin ardndan MMK

malzeme olarak kullanma hazr hale getirilir [10].

TM yntemi ile retilen paralarn genelde sv hal retim yntemleriyle

retilmi paralardan daha iyi mekanik zelliklere sahip olduklar

bilinmektedir. zellikle, parack takviyeli metal matrisli kompozitlerin

retiminde bu yntem tercih sebebidir.

Bu almada, parack takviyeli alminyum alam esasl metal matrisli

kompozitler toz metalurjisi yntemiyle retilmitir. Takviye eleman olarak SiC

paracklar kullanlmtr. retilen kompozitlerde SiC takviye eleman

oranlar arlka %5, %10 ve %15 olarak seilmitir. Toz karmlar

800 MPada tek ynl bir kalpta preslenerek blok numuneler retilmitir. Elde

edilen btn numuneler, 2 saat sreyle 650 Cde tp frnda argon gaz

ortamnda sinterlenmitir. Sinterleme sonras numunelerin mikro yap

incelemeleri yaplm ve matris iindeki SiC paracklarnn dalm

incelenmitir. Farkl deney artlarnda anma deneyleri pim-disk tr anma

deneyinde yaplmtr. Ayrca anm yzeylerin incelenmesi maksadyla

SEM fotoraflar ekilmi ve EDAX analizi yaplmtr.


22/111

4

2. ALMNYUM VE ZELLKLER

2.1. Giri

Alminyum demirden sonra en fazla kullanlan bir metal olmasna ramen

tarihesi ok yenidir. 1886 ylnda, Fransa'da Paul Heroult ve ABD'de

Charles Martin Hall birbirinden habersiz olarak ekonomik metotlarla retimini

baarmlardr [11]. Alminyum oksijene kar ar ilgisi nedeni ile elik

retiminde deoksidan element olarak kullanlr. Alminyum iyi bir iletken

olduundan elektrik iletkenlii gerektiren yerlerde yaygn olarak kullanlr.

Fakat saf alminyum olduka yumuak ve dk dayanmldr. Tavlanm

durumda ekme gerilmesi 90 N/mm2'den fazla deildir. Bu nedenle

mhendislik malzemesi olarak alamlanm durumda kullanlr [12].

2.2. Alminyumun zellikleri

2.2.1. Saf alminyum

Saf alminyumun, zgl arlk, elektrik ve s iletkenliinin byk olmas,

ayrca korozyona kar dayankllk zellikleri, onun baz teknik alanlarda

kullanmn deerli hale getirir. En saf alminyum; %99,99 saflktaki

alminyum, izabe alminyumun zel rafinasyonu veya hurda

alminyumlardan elde edilir. Saf alminyumun zelliklerini en fazla etkileyen

katk elemanlar, silisyum, demir, bakr ve inko'dur. Artan katk elemanlarmiktarna bal olarak, mukavemeti artarken, elektrik iletkenlii nemli bir

azalma gstermektedir [13].

2.2.2. Alminyumun kimyasal zellikleri

Alminyum soy olmayan metallerden olmasna ramen, yzeyinde ok ince

fakat youn bir oksit tabakasnn bulunmas, onu kimyasal etkenlerdenzellikle korozyona kar ok iyi korumaktadr. Alminyum hava artlarna


23/111

5

dayankl, dz at uygulamalar, temel suyuna kar izolasyon iin gemi ve

uak imalatnda kullanlr [13].

2.2.3. Alminyumun fiziksel zellikleri

Saf alminyumun baz fiziksel zellikleri aada verilmitir.

izelge 2.1. Saf alminyumun fiziksel zellikleri

Atom arlYounluk (20 C' de)

26,97 akb (atomik ktle birimi)2,7 g/cm3

Kafes sistemiErgime scakl

YMK660 C

zgl ss 0,214 cal/g

Lineer genleme katsays24,6xI0-6 / C

Elastisite modl 72200 N/mm2

letkenlii (20 C' de) 37,6 m/mm 2

2.3. Alminyum Alamlar

Ticari olarak sadece yksek elektrik iletkenliinin istendii uygulamalarda

kullanlan saf alminyum, olduka yumuak ve dk dayanmldr. Mekanik

zelliklerini iyiletirmek iin, alminyum matris ierisine Cu, Si, Mg ve Zn gibi

alam elemanlar ilave edilir. Bu elemanlarn ou alminyumu

alamlandrarak genelde kelme sertlemesi mekanizmas ile mukavemet

deerlerini nemli lde artrrlar. Mhendislik malzemesi olarak en ok

kullanlan alam, Al-%4 Cu alamdr [12].


24/111

6

2.4. Metal Matrisli Kompozitler

Kompozit malzeme, iki ya da nadiren daha fazla saydaki malzemelerin en iyi

zelliklerini, ana malzemenin mekanik ve fiziksel zelliklerinden daha farkl

ve stn zelliklere sahip yeni ve tek bir malzemede toplamak amacyla,

makro dzeyde birletirilmesi ile oluturulan malzemeler olarak tanmlanr.

Kompozit ierisinde ekirdek olarak kullanlan bir elyaf takviye eleman

bulunmakta, bu takviye elemannn etrafnda hacimsel olarak ounluu

oluturan bir matris malzeme bulunmaktadr. Takviye eleman olarak

saaklar, partikller, srekli ve kesikli elyaflar olabilmektedir. Kompozit

yapdaki fiberlerin ana grevi, matris zerine gelen yk tamak matrisin

rijitliini ve dayanmn arttrmaktr.

Metal Matrisli Kompozitlerde (MMK) takviye eleman olarak srekli fiberler,

sreksiz (ksa) fiberler, partikller vb. kullanlmaktadr. Kompozit malzeme

hangi takviye eleman ile takviyelendirilmi ise onun ismi ile anlmaktadr.

Kompoziti oluturan dier nemli eleman matristir. Matris kompozitin birok

zelliini stnde tar. Kompoziti oluturan, en nemli eleman olan matrisin

takviye elemanlarn bir arada tutmann dnda daha birok kritik grevleri

de vardr. Birok takviye eleman gevrek veya krlgandrlar. Matris bunlarn

yzeylerini kazma anmas vb. gibi d ve evresel etkenlere (bu etkenler

ileride atlaklara sebep olmaktadr) kar koruyup direnlerini artrmakta,

kompozit zerine gelen yk fiberlere homojen olarak datmakta vekompozit iindeki hata ihtimalini azaltmaktadr [14].

Plastik ve seramik esasl matrislerle karlatrldnda metal matrislerin

mukavemetleri daha yksektir. Matris mukavemeti zellikle pekitirme yn

dndaki ynlerde (elyaf dorultusunda olmayan) kompozit zelliklerini

kontrol etmesi asndan kritik bir nem tar [15].


25/111

7

2.4.1. Matris malzemeler ve takviye elemanlar

Matris malzemeler

Matris, takviye elemanlarn birbirine balamakta, bir arada tutmakta ve

bunlarn istenilen ynde yerletirilmesini salamaktadr. Kompozite etki eden

bu ykler matris vastasyla takviye elemanlarna iletilir, ayn zamanda

fiberleri birbirinden ayr tutarak bir fiberde oluan atlan dier fiberlere

yaylmasn nler.

Genellikle kompozit malzeme yar mamul ve eitli mekanik zellikleri

belirlenmi halde bulunmamakta, yaplacak her retim iin uygulamada

istenilen teknik zelliklere gre takviye eleman ve matris seimi

yaplmaktadr [16]. Bu nedenle birbirinden farkl teknik zellikleri tayan

matrisler, nemle ve hassasiyetle zellikleri belirlenip seilmektedir. Bunlar,

alminyum, manezyum, titanyum, bakr, kurun, vb. gibi metallerdir.

Manezyum, bakr, kurun, titanyum ve bunlarn alamlar da matris olarak

kullanlmakla beraber en yaygn olarak alminyum ve alminyum alamlar

endstriyel uygulamalarda yer almaktadr [17, 18]. Alminyum iyi

slatlabilirlik zellii, retimde karlalan ve kompozitin kalitesini

zelliklerini etkileyen kuvvetli arayzey ba oluturma zelliinden dolay,

dier metallere nazaran daha yaygn olarak kullanlmaktadr [19].

Takviye elemanlar

Kompozit malzemelerde iki ya da daha fazla sayda farkl fazlar bir araya

geldiinde, malzemeden beklenilen zelliklerin gerekleebilmesi iin fazlar

arasnda belirli fiziksel ve kimyasal uyumun olmas gerekir.

Takviye eleman kompoziti oluturan en nemli elemanlardan biri olup,

kompozit zerine gelen ykn byk bir blmn tamaktadr. Yknfiberlere iletilmesi iin ara yzey bann gl olmas gerekir. Fiberlerin


26/111

8

slanamamas durumunda ara yzey balarnn oluumunu engellemesine

ve boluklarn olumasna neden olur. Bundan dolay takviye eleman seimi,

ynlendirilmeleri ve hacim oranlar, kompozitin fiziksel ve mekaniksel

karakteristiklerini etkiler. Metal matrisli kompozitlerde, en yaygn olarak

kullanlan seramik takviye elemanlar izelge 2.2 de gsterilmitir [17].

izelge 2.2. Kompozitlerde kullanlan baz takviye elemanlarnn zellikleri

Fiber tipiap

(m)

Younluk

(Kg/m3

)

Elastikiyetmodl

(GPa)

ekmedayanm

(GPa )

Saffil (-Almina) 3 3300 300 2,0FP (-Almina) 20 3950 380 1,7Silikon karbr 13 2500 390 2,0Boron 100200 2600 390 3,4SiC kapl boron 100200 2600 400 2,9Y. Modll karbon 8 1950 358 2,2Y. Dayanml karbon 6.8 1800 235 2,6

Silisyum karbrler

Silisyum karbr, fiberlerin oksidasyon direnci, yksek scaklklarda

mukavemet ve rijitliini koruma zellii bor fiberlerden daha iyidir. Ergimi

alminyum SiC fiberler zerindeki etkisi de bor fiberlere gre ok dktr

[20, 21]. Bu nedenle alminyum matrislerin takviyelendirilmesinde kullanlan

bor flamentleri SiC ile kaplanr. SiC saaklarda retilen kompozitlerin nemli

bir avantaj, ekstrzyon, haddeleme, kalpta dvme ve presleme gibi plastik

ekil verme tekniklerinin, saaklarda mekaniksel bir hasar meydana

getirmeden uygulanabilmesidir [22].

Karbon ve grafit fiberler

Karbon ve grafit fiberler, dk younluklu, yksek mukavemet ve modll,

s kararllklar ve direnleri yksek olan takviye elemanlardr. Bu zellikleri


27/111

9

nedeniyle ok yaygn olarak kullanlrlar. Karbon ve Grafit fiberler organik

maddelerden retildikleri iin organik fiber olarak da adlandrlrlar. Ham

madde olarak Rayon, poliakrilonitril (PAN) ve zift kullanlr, retildikleri

maddeye gre de anlrlar [18, 23].

2.4.2. Metal matrisli kompozit eitleri

Metal matrisli kompozitleri takviye elemanlarna gre be ana guruba

ayrabiliriz.

1. Parack takviyeli,

2. Srekli elyaf takviyeli,

3. Ksa elyaf takviyeli,

4. Rasgele dzlemsel ynlendirilmi takviyeli,

5. Dispersiyonla glendirilmi MMK malzemeler

Mhendislikte kullanlan takviye elemanlarnn pek ou fiber eklinde

retildiklerinden dayanm ve rijitlikleri ktle halindeyken gsterdikleri

zelliklerden daha stn zellik ve performans gsterirler. aplar 5-25 m

olan fiber matris kompozitlerinin mhendislik performansn etkileyen en

nemli faktrler fiberlerin ekli, uzunluu ve ynlendirilmesi, matrisin

mekaniksel zellikleri ve fiber - matris ara yzey zellikleridir.

Partikl takviyeli MMK'ler

Bu tip kompozitler tek veya iki boyutlu makroskobik partikllerin veya sfr

boyutlu olarak kabul edilen mikroskobik partikllerin matris ile oluturduklar

malzemelerdir (ekil 2.1). Ortalama partikl boyutu 1 m civarndadr.

Pratikte en ok kullanlan partikller Al2O3 ve SiC den oluan seramiklerdir

[17, 22]. Seramik parack takviyeli metal matrisli kompozit malzemeler

stn, zel mukavemet ve zel modl, anma dayanm ve yksek scaklkmukavemetine sahiptir.


28/111

10

ekil 2.1. Partikl takviyeli metal matrisli kompozitin,ematik yaps

Srekli elyaf takviyeli MMK'ler

Bu tip kompozitlerde seramik esasl ve metalik esasl fiberler kullanlr.

Srekli Iifler eklinde olan bu flamentler en bykleri 10020 m en kkleri

ise 20 m den daha kk aplarda retilir ve kompozit iinde % 1070 gibi

farkl hacim oranlarnda kullanlrlar. almalarda dk younluk,

mkemmel sl diren ve dayanma sahip, karbon, silisyum karbr ve almina

esasl elyaflar kullanlmtr.

Ksa elyaf takviyeli MMK'ler

Ksa fiber veya sreksiz fiber olarak adlandrlan fiberler 0,56 mm

uzunluunda ve yaklak 35 m apnda retilirler. Ksa fiberli kompozitler,

takviye elemannn eriyik iinde malzemeyle birletirilmesiyle, sktrlm

dkme n ekli verilmi kalba basnl olarak eriyik emdirilerek retilirler.

Ksa fiberler genellikle rasgele ynlendirilirler

Rasgele dzlemsel ynlendirilerek takviyelendirilmi MMK'ler

Rasgele dzlemsel ynlendirilerek takviyelendirilmi MMK malzemeler ksa

fiberlerden oluurlar. Fakat bu fiberler matris iinde gelii gzel ve rasgele iki

boyutlu olarak ynlendirilmilerdir. n ekillerdeki fiberler kompleks olarak

ynlendirilebilmelerine ramen genellikle gelii gzel veya iki boyutlu

yerletirilerek ynlendirilirler.


29/111

11

Dispersiyonla glendirilmi MMK'ler

Bu tip kompozitler, matris ile uyumlu olan ve ierisinde znmeyen, yksek

sl kararlla sahip mikrondan daha kk keltiler veya bir fazn metalik

matris ierisinde homojen dalmyla elde edilirler. Boyutlar yaklak 0,01

0,1 m apnda ve 50200 m uzunluundadr [17]. Yap ierisindeki hacim

oranlar ise % 115 civarndadr.

2.5. Kompozit Malzemelerin retim Yntemleri

Metal matrisli kompozitlerin retiminde genellikle Al, Mg, Zn, Cu ve Ni gibi

malzemeler matris olarak kullanlrken, silisyum karbr, boron, grafit,

alminyum oksit, tungsten ve molibden gibi deiik srekli, klcal kristalli

veya parack elyaflar takviye eleman olarak seilmektedir. Ancak yaplacak

bir kompozit retimi iin uygulamada istenilen teknik zelliklere gre takviye

eleman ve matris seiminin yannda retim teknii ve yntem parametreleri

de ok nemlidir [24, 25]. retim yntemleri; Sv hal retim yntemleri ve

kat hal retim yntemleri olmak zere balca iki ana grupta toplanabilir.

Sv hal retim yntemleri kolay ve hzl olmasndan dolay metal matrisli

kompozitlerin retiminde ska kullanlmaktadr. En yaygn olarak kullanlan

sv hal retim yntemleri; sv dvme, sv metal infiltrasyon, sv metal

kartrma, plazma pskrtme vb.dir.

2.5.1. Sv dvme yntemi

Bu yntemde takviyeden oluturulmu preform veya serbest yataa sv ala

m, hidrolik basn altnda emdirilmektedir. Her bir kompozit sistemi iin par

acklar alamn sv scakln amayacak kritik scakla stlmaktadr. S

v dvme yntemi, sv metalin preform ierisine basnla emdirme esasna

dayandndan preform ierisindeki atl gazlar dar atlarak mikro boluklarnlenebilmekte, daha salam, gzeneksiz bir yap elde edilebilmektedir [26].


30/111

12

2.5.2. Basnl infiltrasyon yntemi

Basnl infiltrasyon ynteminin sv dvme ynteminden fark, svnn

preform veya serbest yatak ierisine hidrolik pres yardm ile deil, basnl

inert gaz vastasyla itilmesidir. Sistem, bir ucu basn nitesi ierisine

yerletirilmi pota ierisindeki sv metale daldrlm, dier ucu normal

atmosfer veya vakuma balanm, ierisinde preform veya kompakt bulunan

infiltrasyon nitesinden meydana gelmektedir [27].

2.5.3. Basnsz infiltrasyon yntemi

Basnsz infiltrasyon ynteminde, Al-Mg alamnn azot atmosferinde

takviye parack ierisine basn uygulanmakszn kendi kendine

infiltrasyonu salanabilmektedir. nfiltrasyon scaklna stma srasnda Mg

buharlar. Takviye yzeyini kaplayan Mg3N2 oluturmak zere azot atmosferi

ile reaksiyona girer. Magnezyum nitrit, basn veya vakum uygulanmadan

alamn takviye faza infiltrasyonuna imkan salayan bir bileiktir [28].

2.5.4. Kartrma yntemi

Bu metot, sv hal retim yntemlerinin en kolay ve en ucuz olandr. Bu

yntemin olduka deiik versiyonu olmakla birlikte esas itibariyle yntem,

sv veya yar kat haldeki matris alam ierisine takviye eleman ilave

edilerek kartrlmas ilemidir.

2.5.5. Hzl katlatrma yntemi

Basn altnda suyla soutulan bakr disk zerine sv jeli halinde verilerek

4060 m kalnlnda, 68 m uzunluunda, 0,50,7 m geniliinde

lamelsi tozlar elde edilir. Bunlar bir araya getirilerek deiik ikincil ilemlere

tabi tutulur [29].


31/111

13

2.5.6. Plazma pskrtme yntemi

Bu teknikte pskrtlecek alam, indksiyon frnnda ergitilir ve potaya

basn uygulanr. Ergimi alam pskrtlrken ayn zamanda, parack

takviyeler atomize edilmi sv ierisine enjekte edilerek nceden stlm alt

katman zerine keltilir ve toplayc zerinde kat bir kelti oluur. Bu metot

da, alminyum gibi ergime noktas nispeten dk olan metallere uygulanr.

2.5.7. Toz metalurjisi yntemi

Metal matrisli kompozitler, deiik kat hal retim yntemleriyle

retilmektedir. Bunlardan en yaygn olan toz metalurjisi yntemidir. Bu

yntem genellikle seramik ve metalik esasl malzemelere uygulanr. Bu

yntemin prensibi, takviye eleman paracklar ile matris malzemesi tozlar

kartrlp, istenilen ekli oluturmak iin kalp iine konularak preslenir.

Preslemeden sonra daha dayankl hale getirmek iin sinterleme ilemine

tabi tutulur.

Toz metalurjisi yntemini dier yntemlere gre daha avantajl klan zellii,

dk scaklklarda retilmesidir. retim esnasnda fiber-matris arasnda

reaksiyonlar olmadndan, kompozitte istenilen mekanik zellikleri elde

etmek daha kolaydr [30]. Bu yntem ematik olarak ekil 2.2'de

gsterilmitir.

ekil 2.2. Toz metalurjisi yntemi ile kompozit retim aamalar


32/111

14

2.6. Kompozit Malzemelerde Islatma

Sv metalin, takviye eleman seramik paracklar slatmas ok zordur.

Matris ve seramik arasnda oluan ara yzey ok nemlidir. nk metal

maddesi kompozitlerin deformasyonu sresince yk transferini ve atlak

direncini salayan blgedir. Svnn bir kat yzeyinde sv kat arasnda

temas ederek matris ve takviye malzemesi arasndaki etkileime,

slatlabilirlik diyebiliriz. Bu etkileim kimyasal balanma eklinde oluabilir.

Bir elyaf yzeyinin etkili slanmas iin sv reinenin kat yzeyinin her tepe

ve ukuruna ulamas salanmaldr. Islanma iki basit denklemle anlalabilir.

Termodinamikte bir svnn kat hale geii esnasnda yaplan ii (Wa), Ppre

denklemi ile yle hesaplanr.

WA= 1 + 2 - 12 (2.1)

kb= ks+ sb cos (2.2)

a) b)ekil 2.3. Kat bir malzeme zerine den bir sv damlasnn dmesinde

oluan yzey gerilimleri ve slanabilirliin gsterimi a) iyislanabilirlik, b) kt slanabilirlik


33/111

15

3. TOZ METALURJS TEKNOLOJS

3.1. Giri

Toz metalurjisinin amac, mekanik ve fiziko-kimyasal yntemlerle metal ve

metalik alamlarn tozlarn retmek ve tozlardan ergitmeden basn ve

scaklk yardmyla i paras retmektir. Sinterleme denilen bu sl ilem toz

partikllerinin birbirine balanmasn salayarak, malzemenin mekanik

mukavemetini artrr. Bylece daha dayankl malzeme elde edilmesini

salar. Tek bileenli sistemlerde sinterleme scakl metalin mutlak ergime

scaklnn 2/3 ile 4/5 arasndadr. ok bileenli sistemlerin sinterlenmesinde

genellikle metalik bnye iindeki dk oranl karm elemanlarnn ergimesi

istenir.

1800'l yllarda, toz metalurjisi yntemlerinin kullanm ciddi olarak balam

ve platin laboratuvar cihazlar iin duyulan ihtiyalar, kimyasal toz keltme

ve yksek sdan kanarak yeni toz birletirme yntemlerini geliimini

salamtr [31]. 19031905 yllar arasnda, Wolfram ve molibden sinterleme

ile endstriyel imalat gerekletirilmitir. Wolframn ergime scakl 3400 C,

molibden'inki 2600 C civarndadr. ok yksek ergi me scaklklarndan tr

ergitme ve dkm yntemi ile bu iki metalden tel levha retiminde

karlalan zorluklar, toz metalurjisi yntemi ile ortadan kaldrlmtr [32].

3.2. Metal Tozlarn retimi

Metal tozlarn retiminde eitli yntemler vardr. Tozlarn imalinde kullanlan

yntemler, tozlara ait baz karakteristik zellikleri de tayin eder. Bu

yntemlerden bazlar unlardr;

1. Mekanik yntemler

a) Tala kaldrmab) Deirmende tme


34/111

16

c) Darbe yntemleri

d) Mekanik alamlama

2. Elektrolitik ayrtrma yntemi

3. Kimyasal yntemler

4. Atomizasyon yntemi

3.2.1. Mekanik yntemler

Bu yntemlerde darbe, sktrma ve burma kuvvetleri ile karmak ekilli

tozlar retilir. Bu yntemlerle en az maliyetle toz retimi iin, kayma sistemi

az olan kimyasal balar zayf, kark kristalli yapya sahip malzemeler ile

ok sert ve krlgan olan metal alamlar ve seramikler kullanlr. Snek

malzemeler pul eklinde tozlarn retilmesine neden olacandan, genellikle

kolay paralanan, gevrek malzemeler, bu metot ile tozu elde edilecek uygun

malzeme grubunu tekil ederler [33].

Tala kaldrma yntemi

Bu yntemde yksek karbonlu elik tozlar retilir. eitli tala kaldrma

yntemleri ile retilen metal tala, krma ve tme gibi ilemlerle inceltilip

sonrada reaksiyona sokularak tozlar retilir. Yeterli gevreklikte olmayan metal

paralar ierisine katk eleman katlmak suretiyle gevrekletirilir ve krlganlk

salanr.

Deirmende tme

Tala kaldrma yntemi ve dier darbe yntemleri ile elde edilen tozlar,

genellikle keli veya pul eklinde karmak grnme sahiptir. Bu tozlar

tlerek inceltilebilir. tme ileminde, anmaya dayankl bilyeler ile

birlikte iri taneli toz malzeme tc deirmen ierisine konulur. Deirmen

dndrlerek sert bilyeler ile toz malzemenin arpmas salanarak iri tanelitoz malzemenin daha ince hale gelmesi salanr.


35/111

17

ekil 3.1. Deirmende tme ile toz retimi

Bu yntem ile karmak ekilli ve souk deformasyon sertlemesi grm

malzeme tozu retilir. Deirmende tme ileminde, deirmen ierisine

konulacak malzeme miktar ve deirmenin dnme hz belli snrlar dhilinde

olmas gerekir.

Darbe yntemleri

Bu yntem, dier yntemlerle elde edilen iri taneli tozlarn tane boyutunu

inceltmek amacyla kullanlr. Bu yntemlerde iri taneli tozlar yksek bir

basn (700 MPa) altnda sert bloa (WC) arptrlmak suretiyle toz tane

boyutu inceltilir. Paslanmaz elik tozlar bu yntemle elde edilir.

nce toz

ekil 3.2. Darbe yntemi ile toz retimi

ri Toz


36/111

18

Mekanik alamlama

Mekanik alamlama yksek enerjili atritr kullanlarak yaplan bir dk

scaklk alam sentezleme yntemidir. Bu yntemde iki ya da daha fazla

elementel toz birbiri ierisinde belli oranlarda kartrlarak yksek enerjili

atritr ierisine konulur ve mekanik alamlama ilemine tabi tutulur. Bu

ilemde ama, snek matris ierisinde sert oksit ya da karbr oluturarak, bu

seramik fazn matris ierisinde homojen dalmn salamaktr. Bu yntem

ile ar miktarda deforme olmu kompozit malzeme tozu elde edilir [34].

3.2.2. Elektrolitik ayrtrma yntemi

Bu yntemde tozu elde edilecek malzeme anot olarak, elektrolitik banyo

ierisine yerletirilir. Uygulanan voltaj altnda, elektrolitik banyo ierisinde

anod znr ve katod zerinde toplanr. Daha sonra katod alnr, ykanarak

ve kurutularak temizlenir ve zerindeki tozlar syrlarak alnr, tlp ince

toz haline getirilir.

3.2.3. Kimyasal yntemler

Hemen hemen btn metallerin tozlar kimyasal yntemlerle elde

edilebilmektedir. Tane boyutu ve ekli ok geni aralkta reaksiyon

deikenlerinin kontrol edilmesi ile ayarlanabilmektedir. eitli kimyasal toz

retme yntemleri vardr. Bunlar, kimyasal indirgeme, termal dekompozisyonsvdan keltme ve gazdan keltme yntemidir.

3.2.4. Atomizasyon yntemi

Bir sv demetinin farkl boyutlarda ok sayda paracklara blnmesi olarak

tanmlanr. Atomizasyon teknii ile bir tozun ortalama boyutu, tane boyut

dalm, toz ekli yzey kompozisyonu da dahil olmak zere kimyasalbileimi ve mikroyaps kontrol edilebilir. Sv metalin gaz jeti ile


37/111

19

paralanmas, gaz atomizasyonu, su jeti ile paralanmas ise su

atomizasyonu olarak bilinir. En yaygn olarak kullanlan bu iki ynteme

ilaveten merkezka kuvvetlerinin kullanlmas olarak bilinen santrifj

atomizasyon, atomizasyon ile toz retim tekniklerinden bazlardr [35, 36,

37].

3.3. Metal Tozlarn Karakterizasyonu

Metal tozlarnn retim teknikleri tozlara ait birok zellii tayin eder. Bu

nedenle kullanm alanlarna gre deiik metotlarla retilmi tozlar, toz metal

paralarn retiminde kullanlabilir. Baz durumlarda bir tek toz metal

parann retiminde, farkl retim yntemleri ile hazrlanm tozlar

kullanlabilir. Ancak bu istisnai bir durumdur. Genelde bir toz metal parann

retiminde belli zelliklere sahip tozlar kullanlr. Metal tozlarn karakteristik

zelliklerini, fiziksel ve kimyasal zellikler olmak zere iki ana balk altnda

incelemek mmkndr.

3.3.1. Fiziksel zellikleri

Tozlarn fiziksel zelliklerini, toz tane boyutu, toz tane ekli, tane yaps,

tozlarn zgl yzey alan, grnr younluk ve ak hz gibi zellikler

belirler. Presleme ve sinterleme zellikleride bu zelliklerle yakndan ilgilidir.

Tane boyutu ve dalm

Toz taneciklerinin eitli yntemlerle belirlenen boyutuna toz tane boyutu

denilmektedir. Tane boyutu, lm tekniklerine, llm olan zel

parametrelere ve tane ekline baldr. ounlukla tane boyutu analizinde bir

geometrik parametre kullanlr ve kresel tanecik ekline sahip olduu

varsaylr. Baz boyut parametreleriekil 3.3'de gsterilmitir [31].


38/111

20

a) kre b) pul c)toparlak d) karmak

ekil 3.3. Deiik toz ekillerinin boyut parametreleri

Tane boyutu lm teknikleri

En ok kullanlan tane boyutu lm teknii elek analizi yntemidir. Bu

yntemde elekler metalsel veya ipek tellerden yaplmtr. Birim alandaki

mevcut delik says elei karakterize eder ve me (mesh) olarak belirtilir.

Ayrca mikroskobik, sedimantasyon, k huzmesi yntemleride kullanlr.

Tozekli

Toz ekli, retim yntemine baldr. Mevcut yaygn olarak kullanlan toz

ekilleri ekil 3.4 de gsterilmitir.

ekil 3.4. Metal toz ekilleri

3.4. Presleme ncesi Yaplan lemler

Tozun sktrlabilirliini artrmak ve sinterlemeyi kolaylatrmak iin,

sktrma ncesi tozlara spesifik zellikler kazandrmak amac ile bir takm

Keli(tme gevrek)

ubuksu(Dner Disk)

Karmak(Su atomizasyonu)

Kresel(gaz atamizasyonu)


39/111

21

ilemler yaplr. Bunlar;

A) Tozun snflandrlmas

B) Harmanlama ve karmlama

C) Yalayc katma

3.4.1. Tozun snflandrlmas

Tozun snflandrlmas ilemi, genellikle eleklerle veya haval

snflandrclarla yaplmaktadr. Metal tozlarn tane byklne gre belli

deerlere ayrma ve retilecek para iin uygun olan aralklardaki tozlar

seme ilemidir. Baz paralarn retiminde belli aralklardaki tane

byklne sahip ayn metalin tozlarnn nceden belirlenmi oranlarda

kartrlmas istenebilir. Byle durumlarda da tozun nceden tane boyutuna

gre tasniflenmi olmas gerekmektedir.

3.4.2. Harmanlama ve karlmama

Burada, harmanlama ile ayn metalin, ayn kimyasal zelliklere sahip farkl

tane boyutundaki tozlarn kartrmak olarak ifade edilmitir. Kartrma ile

ise, farkl kimyasal zelliklerdeki tozlar birletirmek kastedilmitir.

Harmanlama, sktrma ncesi, tozlarn tane boyutu dalmnn kontroln

salamak iin kullanlr. Farkl tane boyutu, ekli ve younluundaki tozlarn

kartrlmasndan sonra tekrar ayrma grlebilir. Bu nedenle, karmtozlarnn tanmas srasnda tozlar, sarsntdan korumak veya tekrar

kartrma ilemine tabi tutmak gerekebilir.

3.4.3. Yalayc katma

Toz tanecikleri arasndaki srtnmeyi ortadan kaldrarak tozlarn akcln

artrmak ve ekillendirmede meydana gelen enerji kayplarn azaltmak vetozun sktrlabilirliini artrmak iin, toz ierisine belirli oranlarda


40/111

22

yalayclar katlr. Presleme esnasnda toz tanecikleri ve kalp duvar

arasndaki srtnme sktrma, basncnn yksek tutulmasna ve

sonucunda kalp anmasna ve ypranmasna sebebiyet olur. En ok

kullanlan yalayclar, inko stearat, alminyum stearat, lityum stearat,

manezyum stearat, kalsiyum stearat, stearik asit ve acrawax'tr [31].

3.5. Metal Tozlarn Sktrlmas

Bir toz ktledeki, toz tanelerinin hepsi ayn boyutta ve ekillerde deildir.

Dolaysyla sktrma ncesi; tozlarn homojen dalmn elde etmek

amacyla tozlar yalayclarla birlikte belli bir sre kartrlrlar.

Yalayc ile kartrlan metal tozlar, retilecek parann sinterleme ncesi

son eklini vermek ve istenen oranda gzeneklilik salamak amacyla

retilecek para ekline gre hazrlanm kalplar ierisinde presle

sktrlrlar. Sktrmada kullanlan kalp ve maa pimleri tungsten

karbrden, alt ve st zmbalar yksek kaliteli takm eliinden yaplmaldr.

ekil 3.5'de sktrma ilemini kademeli olarak gsterilmektedir.

ekil 3.5. Toz metal sktrma ileminin kademeli olarak gsterilii


41/111

23

3.6. Metal Tozlarn Sinterlenmesi

Kalpta sktrlm toz ktlenin veya malzeme sisteminin ergime scaklnn

altnda stlarak difzyon yolu ile kimyasal balanmasn salamak ve

bylece gzenek miktarn drme ilemine tozlarn sinterlenmesi denir.

Sinterleme scakl, tek bileenli sistemlerde metalin ergime scaklnn 2/3

veya 4/5i kadar alnr. ok bileenli sistemlerde ise sinterleme scakl,

ergime derecesi dk olan metalin altnda tespit edilir. Demir gurubu

alamlar 10041300 C, sert alamlar 14001600 C, refrakter metaller

(Molibden, Tantal, Wolfram) 20002900 C de sinterl enirler. Sinterleme

scakl ykseldike sinterleme sresi ksalr. Sinterleme sresi uzun

tutulduunda, scakl ksa tutmak gerekir.

3.6.1. Sinterleme teorisi

Sinterleme srasnda birbirine temas eden paralar arasnda nce bir boyun

bymesi, ilerleyen sinterleme sresi ile gzeneklerde bzlme meydana

gelir ve gzenek kanallar kapanarak, kapal gzenek ekline dnrler.

Kresel gzenekler, tane snrlar tarafndan yerletirilirler. Sktrlmam

tozlarn sinterlenmesinde oluan boyun yarapnn parack yarapna

(X/R) orannn 0,3`den az olduu durum sinterlemenin ilk aamas olarak

tanmlanr (ekil 3.6).

ekil 3.6. Sinterleme srasnda birbirine temas eden paralar balangaamas


42/111

24

ekil 3.7. Sinterleme aamalar

Tane bymesi ve gzenek ayrlmas, yksek sinterleme oran elde edilmesi

iin istenmeyen bir durumdur. nce gzenekler kararl olmayan silindirler

eklinde oluur. Silindirik gzenekler tane bymesinde etkili olmayan

kresel gzenek ekline dnr. ou zaman gzeneklerin tane

snrlarndan ayrld mikro yap oluur. Tane ierisindeki gzeneklerin

ayrmas sertlik artna neden olur. Gzeneklerdeki kresel grnm veayrlm gzenekler sinterlemenin, son aamasnn baladn gsterir. Kat

gzenek ara yzeylerinin giderilmesinden dolay sinterlemenin son

aamasnda hareketler ok yavatr.

3.7. Toz Metalurjisi Uygulamalar

T/M uygulamalar ok eitlilik gstermektedir. Talal imalat gerektirmeyenmakine paralar, sinterlenmi sert mamuller, elektrik kontaklar, metallo-

grafitik kmrler, manyetik sinter mamller, kaymal yataklar, gzenekli

metaller ve di amalgamlar gibi ok deiik alanlarda uygulama imkan

bulmaktadr [38].


43/111

25

3.8. Alminyum Toz Metalurjisi Teknolojisi

Hafif metalleri T/M endstrisinde kullanm alan asndan en ok yeri

alminyum T/M paralar almaktadr. Hafif metallerin, (alminyum, titanyum,

berilyum) sahip olduklar baz stn fiziksel ve mekanik zelliklerinden dolay

T/M endstrisinde kullanm alan olduka genitir. Birim arlktaki yksek

mukavemet, anmaya kar diren, sper yzey kalitesi ve baka stn

zelliklerinden dolay alminyum T/M paralar, makina ve otomobil

endstrisinde ve alet teknolojisinde kullanlmaktadrlar.

Matris malzemesi olarak hafif olularndan dolay tercih edilen ve nemli

lde mekanik ve korozif zellikli iyilemesi salayan alminyum

alamlarna AI2O3, SiC, SiO2 gibi sert seramik partikllerinin ilave

edilmesiyle elde edilen kompozit malzemelerin zellikle abrasiv anma

dayanm artmaktadr.


44/111

26

4. SRTNME VE AINMA

4.1. Giri

nsanln tkettii toplam enerjinin byk bir blm kayma srasnda

meydana gelen srtnme kayplarn yenmek iin harcanmaktadr. Yaplan

konstrksiyonlarda, daha uygun balant malzemelerinin kullanlmas veya

daha iyi bir yalama ile srtnmenin azaltlabilmesi bugnk teknolojinin

olduka nemli bir sorunudur. Srtnmeyi gerektii zaman azaltma ve

gerektii zaman yeterince yksek seviyeye karabilme, srtnme ile ilgili en

nemli iki faktrdr. Srtnme eitli konstrksiyonlarda yerine gre istenilen

veya hi istenilmeyen bir faktr olarak nemini her zaman koruyan unsurdur

[39].

4.2. Yzeylerin Srtnme zellikleri

Srtnme zelliklerine en byk etki; srtnen yzeylerin tabaka yaplardr.

Kuru srtnen bir yzey ekil 4.1'de grld gibi bir dizi tabaka ile

rtldr. Srtnmeyi yksek srtnme ve kk srtnme olarak

tanmlamak mmkndr. Yksek srtnmeden sonra yzeyler

incelendiinde, srtnen yzeylerden birinden dierine malzeme transferi ile

bir yzeydeki kntlarn dier yzey zerinde geni ve genellikle dzensiz

izler brakt grlr. Kk srtnme olaynda, srtnme katsays

dktr. Srtnen yzeylerden ok ince izgiler meydana gelir. Birbirizerinde kayan malzemelerden birisi sert, dieri yumuaksa (rnein, kalay,

kurun) yumuak olan malzeme dier malzemeyi kendi paracklarndan

oluan bir tabaka ile kaplar ve bu ekilde iki yumuak malzeme birbiri

zerinde kaym olur. Yani yumuak malzeme yalayc devi grr, sonuta

srtnme katsays azalr. Srtnme balamadan nce ekil 4.2'de

grld gibi temas srasnda kontak noktalar oluur. Srtnmenin

balamas ile birlikte yk etkisi altnda iki yzey arasnda ortaya kanmadeni kaynak balar her iki yzeyi birbirine balar. Bu madeni kaynak


45/111

27

balarnn kesilmesi iin gereken kuvvet srtnme kuvveti olarak tanmlanr.

ekil 4.1. Srtnme yzeylerindeki tabakalar

ukur Tmsek

ekil 4.2. Srtnme ncesi-kontak noktalar

4.3. Anma

Metal anmas, metal yzeyinden plastik deformasyon sonucu parack

kopmas biiminde grlr. Bunun iin iki yzey arasnda genellikle bir

srtnme olmas gerekir. Anma; korozyon, yorulma, srnme, arpma ve

andrc paracklar ile bozulma ve kesme ierebilir. Anma yal anma

ve yasz anma diye iki snfa ayrlr. Ayrca srtnen metal yzeylerin

durumuna gre de trlere ayrlr. Metal metale, metal metal d

andrclara, metale sv arpmas gibi.


46/111

28

4.4. Anma Olayn Oluturan Unsurlar

Anma olayn analiz edebilmek iin anma olayn oluturan temel

unsurlarn bilinmesi gerekir. Anma olay meydana gelebilmesi iin ekil

4.3'de gsterildii gibi 6 temel unsurun bir arada bulunmas gerekir [40].

ekil 4.3. Anmay oluturan unsurlar

1- Temel srtnme eleman: Fiziki ve kimyasal zellikleri ve durumu yzey

yaps, ekli tamamen belirli ve anma durumu bizi ilgilendiren paradr.

2- Kar srtnme eleman: Kar srtnme eleman gaz, sv ve kat olabilir.

3- Ara madde:Temel srtnme eleman ile kar srtnme eleman arasnda

sv, gaz, kat, buhar veya bunlarn karm eklinde bir madde bulunabilir.

Anma esnasnda yzeyden kopan paracklar yzeyler arasnda

kalyorsa ara madde olarak dnlebilir.

4- evre: evrenin fiziksel ve kimyasal zellikleri.

5- Ykleme: Tesir eden ykn (kuvvetin) bykl, ekli (statik titreimli

darbeli v.s.), dorultulu ve zamana gre deiimi ykleme hususunu

meydana getirir.

6- Hareket: Temel srtnme elemannn kar srtnme elemanna gre

hareketinin cinsi (kayma, yuvarlanma, arpma v.s.), bykl, dorultusu

ve sresi ile belirlidir.


47/111

29

4.5. Anmay Etkileyen Faktrler

Anma, birok faktrn meydana getirdii bir sorundur. Anmay meydana

getiren faktrleri bir btn iinde incelemek gerekir. Bu faktrlerin tek bana

etkilerini incelemek bizim gerek sonutan uzaklamamz salar. Bu yzden

faktrleri bir btn iin incelemek gerekir. Aada yaplan snflandrma

abrasiv anma gz nnde bulundurularak yaplmtr.

A- Tribolojik sistemin elemanlarna bal faktrler

1- Esas srtnme elemanna bal faktrler

2- Kar elemana bal faktrler

3- Ortama bal faktrler

B- letmeye bal faktrler

4.5.1. Esas srtnme elemanna bal faktrler

Malzeme cinsi

Bir malzeme belli artlarda yksek anma direnci gsterirken, baka

artlarda dk anma direnci gsterebilir. Bu nedenle anmann meydana

geldii koullar gz nnde bulundurularak anmaya dayankl malzeme

seimi yapmak gerekir.

Malzemenin mikroyaps

Mikroyapda bulunan fazlar ve tane boyutu mekanik zellikleri yksek

derecede etkileyen nemli bir faktrdr. Lamelli perlitik yapnn lameller aras

sertliin fazla olmas, tanecikli perlitik yapya gre anma direncini daha

fazla artrr [41].


48/111

30

Hacimsel ve yzey sertlii

Malzemenin sertlii ile anma direnci arasndaki iliki belli bir dzeye kadar

dorusal deiim gsterir. Yani sertliin artmas ile anma direncide artar

Ancak belli bir deerden sonra sertlik art anmaya kar diren art

getirmez [41].

Elastiklik modl

Malzemelerin elastiklik modl arttka malzemenin anmaya kar direnci

daha fazla olur. Bunun nedeni elastiklik ve akma snr yksek olan

malzemelerde gerek temas alan azalr. Elastiklik modl farkl iki

malzemenin anmasnda, dk elastiklik modlne sahip malzemenin,

gerek temas alan biraz daha fazla olduu iin izafi hareket srasnda bu

malzemede souk kaynak olma ihtimali artar ve neticede biraz daha abuk

anr.

Yzey przllk durumu

Metallerin yzeyinin przll gerek temas alann dolaysyla srtnme

ve anma olaylarn etkileyen en nemli faktrlerden biridir. Malzemelerin

yzeylerinin kaba ilenmesi sonucunda gerek temas alan azalr. Yzeyde

temas alannn azalmasyla tek bir prze gelen ykn artmasyla bu

noktalarda gerilme ylmalar meydana gelerek temas noktalar ekil

deitirerek anmann artmasna sebep olur [42].

Soukekil vermenin etkisi

Souk ekil vermenin anma direnci etkisine gemeden nce sertliin

anma direncine etkisi incelenmi ve sertliin artyla anmann azald

tespit edilmitir. Souk ekil deitirme srasnda meydan gelen pekleme

malzemenin sertliinin artmasna neden olur. Bylece artan sertlik ilemalzemenin anmaya kar direnci artar.


49/111

31

Isl ilem

Mekanik zellikleri etkileyen sl ilem, anmay etkileyen en nemli

faktrlerden biridir. zellikle eliklerde sl ilem sonucu sertlik artarak

anmaya kar direnci ykseltir. Fakat sertletirme ileminden sonra

malzemenin iyapsnda gerilme ylmalar meydana gelir. Bu gerilme

ylmalarn gidermek iin temperleme ilemi yaplmaldr.

Andrcnn etkisi

Anma deneylerinde ok eitli andrclar kullanlr. Alminyum oksit

(Al203) andrc taneleri sert ve keskin kelidir. Silisyum karbr (SiC)

andrc taneleri ise daha sert ve keskin keli olmalarna ramen,

alminyum oksit andrclara gre ar derecede krlgandrlar.

Baz aratrmaclar artan tane byklne bal olarak anma miktarlarnn

arttn ve keli tanelerin yuvarlak tanelere kyasla daha fazla andrc etki

yaptn ispatlamlardr [43]. Date ve Malkn eitli andrclar ile deneyler

yapmlar ve anmann, abrasiv tane boyutlarnn artmas ile 100 m tane

boyutuna kadar hemen hemen dorusal olan bu artn, bu boyuttan sonra

sabit kaldn gstermilerdir [44].

4.5.2. Kar elemana bal faktrler (tane bykl, ekli ve dalm)

Yaplan aratrmalar sonucunda tane bykl arttka, malzemeninanma miktarnn azald ve andrc tanenin parabolik ekilli olmas,

keskin keli tanelere gre anmay azaltt grlmtr.

4.5.3. Ortama bal faktrler (scaklk, nem atmosfer)

Anmay etkileyen nemli faktrlerin biride anma ortamnn atmosferi,

nemi ve scakldr. Temas halinde bulunan yzeylerin srtnmeden dolayyzeylerde blgesel olarak scaklk artna sebep olur. Yzeylerde meydana


50/111

32

gelen scaklk art, malzemenin kimyasal, fiziksel ve mekanik zelliklerini

deitirerek malzemenin anmaya kar direncini etkiler [45].

4.5.4. letme koullar

Anma sistemi ierisinde anma yzeyinin maruz kalaca basncn

bykl, birim yzeye uygulanan kuvvetin bymesini salayacandan,

anmann artmasna sebep olacaktr. Aratrmalarn birou kritik bir

ykleme miktarna kadar ykn art ile hacimsel anmann orantl bir

deiim gsterdiini aa karmtr. Kritik ykleme miktar, anma

yzeyinin souk deformasyonla, sertliin belli bir oranda artt deer olarak

belirlenmitir. Richardson hacimsel anmann yk ile dorusal olarak

arttn, fakat ykn daha fazla artmasyla birim yk bana den anma

miktarnn belli bir kayma (anma) yolundan sonra dengeye geldiini tespit

etmitir [42].

4.6. Anma Mekanizmalar

Genel olarak anma, d etkiler altnda, temas yzeylerinde oluan fiziksel

ve kimyasal deimelerin sonucudur. Anma olaynn mikroyaps yani

molekller arasndaki fiziki geliimi incelenirse anmann meydana geliinin

aada tanmlanan belirli birka tipte olduu grlmtr.

ekil 4.4. Temel anma mekanizmalar; 1-Adhezyon, 2-Abrazyon,3- Difzyon, 4- Oksitlenme, 5- Yorulma


51/111

33

4.6.1. Adhezyon anmas

En nemli anma trlerinden biri olup, srtnme elemanlarnn temas

yzeylerinde yksek mekanik gerilme sonucu "mikro kaynak" blgelerin

olumas esasna dayanr. Birbirleriyle temas halinde ve bal harekete sahip

paralarda birinin dierine malzeme transferi olarak tanmlanr.

Yzey przll dolaysyla gerek temas yzeyi geometrik srtnme

yzeyinin ok kk bir parasdr. Normal gerilimlerle izafi hareket srasnda

oluan teetsel gerilimlerin sper pozisyonuyla; bir mikro temas yzeylerinde

mekanik gerilmeler byk llere ular. Bu ller ou zaman srtnme

eleman malzemesinin akma snrn aarak yzey blgesini plastik

deformasyonlarna gtrr, adsorpsiyon veya reaksiyon tabakalarn krarak

dorudan doruya metalik temas salar. Yksek blgesel basn altndaki bu

temas ise atomsal balantlar ve "mikro souk kaynak" blgeleri oluturur. Bu

blgeler izafi hareket durumunda, srtnme kuvvetinin etkisiyle krlarak

yzeyler arasnda tanr. Bu ekilde meydana gelen malzeme kaybna adhesiv

anma denir. Ortamn ss, yzeyin przll, hareket hz ve ortamn

basnc anmann iddetini artran temel faktrlerdir. Adhesiv anma miktar

uygulanan yk ile ve kaylan yol ile doru orantl olup andrlm yzeyin

sertlii ile ters orantldr.

Adhesiv anma, bir metal yzeyinin baka bir metal yzeyi zerindeki hareketi

srasnda daha yumuak olan metalin yzeyindeki przlerin kopmas sonucuortaya kar. Adhesiv anma genellikle yataklarda, dililerde, kam

mekanizmalarnda ve demiryollarnda alan teker ray sistemlerinde grlr.

Yksek ykleme ve hz durumlarnda yalama anmann azaltlmasn

salar. Yzeyler arasnda bulunan oksit, CO2, nem ve N gibi maddeler

adhesiv anma, miktarnn azalmasn salar.


52/111

34

4.6.2. Abrazyon anmas

Srtnen iki yzey arasna dardan giren ya da, iki yzey arasnda

oksitlenmeden dolay meydana gelen daha sert bir maddenin yzeylerde

yapd hasar olarak tanmlanr. Bu sert maddeler yzeylerde talama

ileminde olduu gibi, bir malzemeden para kopartlmas olay ile benzer

ilem yaparlar.

ki ksml abrasiv anmaya srtnen yzey zerindeki sert tmsekler

sebep olur. Fakat ksml anmada kayan yzeyler arasnda serbeste

yuvarlanan ve kayan sert partikller bulunur. Abrasiv anmay izah etmek

iin bazen kullanlan terimler ise "yksek gerilim abrazyonu" ve "dk gerilim

abrazyonu" dur. Yksek gerilim abrazyonunda abrasiv partikllerin krlma

dayanm alr, dolaysyla anma srasnda bu partikller krlr. Dk

gerilim abrazyonunda partikller krlmadan kalr. Baz durumlarda sert

Partikllerin yzeye arpmas anmaya sebep olur. Bu tr anmada sert

partikller yzey zerine ya bir gaz ak veya bir sv ak ile tanr. Bu

tip anmaya erozyon denir.

ekil 4.5. Abrazyon anmas, a) ki ksml abrazyon, b) ksml abrazyon,c) erozyon anma farklarn gsterilmesi [46]

Abrasiv anma mekanizmalarn gevrek krlma olaylarnn her ikisini de ierir.

Abrasiv anmann anlalmas iin bu iki mekanizmann anlalmas gerekir.


53/111

35

4.6.3. Difzyon anmas

Difzyon anmasnda, yzeylerin karlkl almas srasnda oluan

kimyasal olaylar daha etkili olmaktadr. Karlkl alan malzemelerin

kimyasal zellikleri ve karlkl malzemeyle olan birleme eilimleri difzyon

anmas mekanizmasnn olumasn salamaktadr. Karlkl alan

malzemelerin sertlii bu anmada ok fazla etkili olmamaktadr. Malzemeler

arasndaki metalurjik iliki, asl anma mekanizmasnn bykln tayin

etmektedir. Mekanizma daha ok scakla baldr ve bu sebeple yzeyler

arasnda yksek basn ve yksek kayma hzlarnda daha fazla olmaktadr.

4.6.4. Oksitlenme anmas

Pek ok malzeme iin oksitlenme olduka farkl olmakla beraber, metal

malzemelerin ou iin yksek scaklk ve havann varl oksidasyon

anlamna gelmektedir. Srtnme etkisi yzeyde yksek scaklklarn meydana

gelmesine neden olur ve bu scaklk art kimyasal reaksiyonlarn sebep

olduu atlak oluumunu artrr. Hava, alan iki yzey kenarlarndan ve

abrasiv anmann neden olduu kanallardan ieri girme imkan bulur. Bu tr

anma yksek scaklk ve d havayla temas gerektirdiinden daha ok kuru

kayma anmasnda meydana gelir.

4.6.5. Yorulma ve tabakalama anmas

Yorulma anmas, genellikle termo-mekanik bir kombinasyondur. Scaklk

dalgalanmalar ve karlkl kaymann sk sk durup balamas neticesinde

alan yzeylerin kenarlarna den yklerdeki deiimden dolay kenarlarda

atlaklar ve krlmalar oluur. Yorulma byk bir atlan orjinini balatabilir ve

malzeme yzeyinden taneciklerin kopmasn salayabilir. Tabakalama

anmas; yzey przllklerinin birbiri zerinde kaymas srasnda

mikroskobik lekte meydana gelen bir yorulma anmasdr. Kk atlaklaryzeyin altnda ekirdeklenir.


54/111

36

5. LTERATR TARAMASI

Aratrmaclar MMK malzemelerin sahip olduklar zellikleri iyiletirmek ve

retim safhalarnda karlalan problemleri en aza indirmek iin

almalarna devam etmektedirler. Bu almalarn neticesi de yeni bir

malzeme gurubunun endstriyel alanlardaki yerini daha hzl bir ekilde

almas olmaktadr. Aratrmaclar zellikle, MMK malzemelerin retimi ve

anma direncinin artrlmas zerinde youn almalar yapmaktadrlar. Bu

almalar ve sonular aada daha detayl olarak sunulmutur.

Wang ve ark. (2006), SiC partiklleri ile desteklenmi Al kompozitler, toz

metalurjisi metodu ve geleneksel atmosferik sinterleme ile hazrlanmtr

[47]. Sinterlenmi kompozitleri snflandrmak iin Elektron mikroskopu ile

(SEM) taranarak, X-ray sapma (XRD) teknikleri kullanlmtr. Younluk

zerindeki snn etkisi, sertlii, uzamas ve kompozitlerin mikro yaps

aratrlmtr. Detayl hata davran incelenmitir. 80 Mpa altndaki en

yksek mikro sertlii 700 C de olumutur. DayanmAl2Cunun yapsndan

dolay, ykselen scaklkla birlikte art eilimi gstermitir. Hem snek hem

de gevrek krlma zellikleri gzlemlenmitir.

Kim (2006), SiC partikll alminyum metal matris kompozit malzemelerin

gelitirilmesi iin toz metalurjisi ve scak vakum presleme metodu

kullanlmtr [48]. Birletirme zerindeki ilem artlarnn etkisi mikroyap ile

bir arada bulunan nispi younluk deiimi aratrlmtr. Scakln ya da

basncn artmas ile younluk oranlar artmaya balamtr. Basn

uygulandn da malzemeler iin younluk zaman ok kuvvetli bir ekilde

etkilenmitir. Gelitirilen rnlerin mekaniksel zellikleri ile birlikte

konsolidasyon seviyeleri partikl takviyelerinin hacim krlmasna da baldr.

Model, sonlu eleman yazlmnda gerekletirilmi bylece proses

simlasyonlar gerekletirilebilir ve nispi younluk nceden tahmin edilerek

deneysel gzlemlerle kyaslanabilmitir.


55/111

37

Mina ve ark. (2006), 7xxx serisi Al kompozitlerin sinterlenmi yaplar ve

mekaniksel zelliklerini aratrmtr [49]. AMB7775 (Al7.0Zn2.5Mg1.0Cu)

balang malzemesi olarak kullanlm ve kompozit malzemelerde Al

matrisler zerinde seramik partikllerin etkilerini teyit etmek iin AMB7775

matrise datlm partikl olarak SiC eklenmitir. SiC destekli AMB7775

kompozit, 100 C/dak scaklk oran ile 60 dakika da 620 C de sinterlenmi

parann younluu % 95,4e kadar kmtr. Yalandrma davranndan

sonra SiC takviyeli AMB7775 kompozitdeki Al matrisin mikrosertlii

AMB7775den daha dk olumutur. kelme sertletirme davran Al ve

SiCn termal genileme katsaylarndaki farktan dolay gerilimlerden

etkilendii rapor edilmitir. SiC partikllerinden kaynaklanan, sertleme

dalmndan dolay, SiC takviyeli AMB7775 kompozit malzemenin

makrosertlii ve basma dayanm iyiletirilmitir.

Chen ve Tokaji (2004), tarafndan gerekletirilen almada farkl boyutta

5, 20 ve 60 mlik SiC partikl takviyeli 2024 Alminyum matris kompozit

malzeme toz metalurjisi kullanlarak eksenel ykleme altnda yorulma krlma

balamas ve kk krlma geliimi zerinde allmtr [50]. 5 ve 20 m

SiCp/Al compozitler takviyesiz alam gibi neredeyse ayn yorulma dayanm

sergilerken, 60 m SiCp/Al kompozit, partikller ve matrisler arasndaki

arayzey ba zlmesi zellii olabilen kendi adi krlma direncinden dolay

dikkate deer bir biimde daha dk yorulma dayanm grlmtr. Kk

krlma geliim davran gerilim seviyesine bal olarak farkl olmutur.

zellikle daha dk uygulanan gerilim SiC partikller eklenerekzenginletirilen geliim dayanm yksek gerilimde uygulanan adi partikllerle

takviyeli kompozitlerde, 60 m SiCp/Al kompoziti dikkate deer bir biimde

daha dk geliim dayanm gstermitir.

Costanzaa ve ark. (2004), seramik partikl takviyeli MMKlerin yorulma mr

ve dayanm snrnn oda scaklnda ince Ti kaplamalarla olaanst bir

ekilde arttn tespit etmitir [51]. Bu metod farkl takviyeli partikllerle(Al2O3, SiC) Al alaml (6061, A359, 2618) kompozitler iin baarl bir


56/111

38

ekilde test edilmitir. Baz numuneler ergimi metal prosesleri ile dierleri de

toz metalurjisi ile hazrlanmtr. Ayrca bu malzemelerin endstriyel

uygulamalar iin 200 C scaklkta yaplan testlerde yalanma testleri de

gzlemlenmitir.

zdin (2006), basnl vorteks metodu ile farkl boyut ve hacim oranlarnda

SiC partiklleri ile takviye edilmi Al esasl MMK malzemeler retilmi ve

anma zellikleri incelenmitir [52]. Ayrca, younluk lmleri, gzeneklerin

ok dk olduunu, partikl orannn artmas ve boyutunun dmesi ile

gzenek orannn arttn gstermitir. Kompozitler ve alamn, pim disk tipi

anma deney dzenei ile hem sulu hem de rulman elik dzeneine kar

kuru ortamda anma davranlar aratrlmtr. Her iki anma testinde de

kompozitin anma direncinin Al alamna gre ok daha yksek olduu ve

bunun partikl yzdesi ve partikl boyutu ile artt tespit edilmitir.

Hiylmaz (1999), toz tane boyutuna gre snflandrlm alminyum tozlar

ierisine deiik oranlarda seramik tanecikleri katlarak eitli alminyum toz

karm kompozisyonlar elde edilmi ve toz metalurjisi teknikleri kullanlarak

kat sinterleme ile seramik tanecik destekleyicili alminyum esasl kompozit

malzemeler retilmitir [53]. Elde edilen kompozit malzemelerin anma

zelliklerinin ierisindeki sert fazn oran arttka anma mukavemeti artm

ve sertlik hari mekanik mukavemeti dmtr. Ya iinde yaplan anma

deneyinde anma yok denecek kadar azdr. Seramik olarak SiC 30 m ve

Al2O3 40 m toz kullanlm, ortalama 150 m boyutunda alminyum matrismalzemesi olarak kullanlmtr.

Aydn (1997), alminyum tozlar , titreimli eleme cihaz ile 106, 63 ve 45 m

olmak zere ayr toz grubuna ayrlmtr [54]. Snflandrlm alminyum

tozlar ierisine arlka %1 ve %10 oranlarnda SiO2 45 m ve SiC 38 m

ve Al2O3 45 m gibi seramik tanecikleri ayr ayr katlarak 21 tip numune elde

edilmitir. Daha sonra T/M yntemleri kullanlarak kompozitler elde edilerek,malzemenin yk altndaki mekanik zellikleri belirlenmitir. Ana malzemenin


57/111

39

toz tane boyutu kldke kompozit malzemenin mekanik mukavameti

artm, ierisindeki seramik tanecik destekleyici oran arttka mekanik

mukavemeti dmtr.

Mondal ve Das (2005), AD-12 alminyum alaml SiC partikl takviyeli

kompozitlerin yksek basnl abrasiv anma davranlarn; uygulanan yk,

takviye boyutu ve hacimsel orann fonksiyonu olarak incelenip, matris

alamnn anmas ile kyaslanmtr [55]. Takviye eleman olarak 25-50 ve

50-80 m boyutlarinda SiC partiklleri kullanlmtr. SiC`n hacimsel oran

arlka %5-12 arasndadr. SiC partikl ilavesinin artmasyla kompozitin

abrasiv anma oran ok dt gzlenmitir. Alam ve kompozitin anma

oran yke gre lineer fakat abrasiv ebatna gre sabit olup, bir kritik abrasiv

ebatnda gei olduu belirlenmitir. Bu durum analitik olarak elde edilen

denklemlerle ve anma yzey incelemeleri sonucunda dorulanmtr.

ahin (1996), tarafndan yaplan almada, silisyum karbrle kapl srekli

boron elyaflardan oluan alminyum esasl kompozit malzemeler, sktrmal

sv metal emdirilmesi teknii ile retilmi ve mikro yaplar tarayc elektron

mikroskobu (SEM) ile belirlenmitir [56]. Bu kompozitler ve matrisin oda

scaklnda ekme deneyleri yaplmtr. Elyaflar eksen dorultusunda tek

ynde takviyeli 0ve iki ynde takviyeli 0/90ola rak test edilmitir. ekme

deney sonras krlma yzeyleri de SEM altinda incelenmitir. Boylamasna

takviye edilen bu elyaflarn, matrisin ekme dayanmn elyaf ierigine bal

olarak nemli oranda artrdn gstermitir. Tek ynde takviyelikompozitlerin mekanik zellikleri, iki ynde takviyeli kompozitlerden daha iyi

olduu ortaya kmtr. Keza, matristen elyafa yk transferi salad iin,

elyaf ve matris arasnda yeterince ba kuvvetinin olduu gzlenmitir.

ahin (1997), bu almada, sv metal yntemi ile retilmi bulunan deiik

hacim oranlarnda e eksenli srekli boron elyaf ieren alminyum esasl

kompozitlerin, anma ve srtnme davranlar, standart deney

aparatnda,elyaf dorultusuna dik ynde kesilen kompozit ve takviyesiz matris alam


58/111

40

numuneleri, farkl yklerde anma testine tabi tutulmutur [57]. Deneylerde,

elyafla takviyelendirilen matrisin anma miktarnn hayli azald, artan

ykle orantl olarak artt, fakat elyaf ieriinin anma zerine etkisinin

olmad ortaya kmtr. Ancak kompozitlerde srtnme katsaysnn,

matris alamndan daha byk olduu ortaya kmtr. Bununla beraber,

anma yzeylerinin tarama elektron mikroskobu incelemesi, takviyesiz

alamda anmann abrasiv olarak meydana gelirken, kompozitlerde ise

elyaf dorultusuna dik ynlerde kk boyutlu krlmalar, bu krlan

paracklarnda matris iine gmlmesi eklinde olutuu dolaysyla,

adhesiv ile birlikte yorulma tipi anma mekanizmalaryla malzeme kaybna

sebep olmutur.

Zhiqiang ve ark. (2005), tarafndan toz metalurjisi metodu ile Si/AI-Cu-Mg,

kompozitleri retilmitir [58]. Sarsntl anma zerinde ring anma

mekanizmasnda, kar yzey malzemesi olarak Cr15 elik bilezik kullanlp

kompozitlerin anma davran farkl alma artlarnda incelenmitir.

Kompozitlerin anma mekanizmalarnn belirlenmesi amac ile anma

yzeylerinin ve kompozitlerin anma yzeylerinin incelenmesi iin optik

mikroskop ve SEM kullanlmtr. Anma deneyleri sonunda kompozitin

kayp ktlesinin matrise gre ok az olduu gzlenmitir.

Kk ve ark. (2002), Vortex metodu ile farkl boyut ve hacim oranlarnda

Al2O3 parack takviyeli kompozit malzemeler belli oranda basn

uygulanarak baarl ekilde retilen alminyum esasl kompozitmalzemeler, farkl kesici takmlarla saysal denetimli torna tezghnda tala

kaldrma deneylerine tabii tutulmu ve deiik kesme hzlarnda yzey

przll incelenmitir [59]. Deney sonular; TP30 takmla ilenmi

yzeylerdeki przllk deerlerinin, TiN +K10 takmlarla elde edilen yzey

przllklerinden daha az olduunu gstermitir. Bunun yannda yzey

przll, kesme hznn ve para boyutunun artmas ile artarken parack

orannn artmas ile azalmtr. En byk ortalama yzey przllkdeerleri 2024Al + %10 ierikli 16 m parack boyutlu alminyum oksit


59/111

41

esasl kompozitlerin ilenmesinde ortaya kmtr. Ancak optimum yzey

przllk deeri 160 m/dak kesme hz ile kesme ilemi gerekletiinde

bulunmutur.

ahin ve Murphy (1996), pim-disk anma test makinas kullanlarak, srekli

(SiC) fiberle takviyelendirilmi alminyum alaml kompozitlerin kuru kayma

anmasnda fiber ynnn etkisi aratrlmtr. MMK numuneleri normal (N),

paralel (P) ve antiparalel (AP) ynl olarak elik diske kar 1 m/s sabit hzl

ve 12 Ndan 60 N'a kadar yk altnda test edilmitir [60]. Sonular kompozitin

ve matrisin ortalama anmasnn yk art ile dorusal arttn gstermitir;

Kompozitin anmas fiber ierii bakmndan hassas deil fakat bu

almada % 16nn zerinde fiber hacim ierii kullanlm ve anma oran

yaklak matrisin % 18 kadar olmutur. Fiber yn anma orannn zerinde

ok az bir etkiye sahip olmutur. N ve AP ynlerinde kompozitin ortalama

srtnme katsays anma orann artmas ile dorusal olarak azalm ve

ykn artmas ile de dorusal olmayan azal gstermitir. Fakat P yn

deiimlere kar duyarsz kalmtr. Anma mekanizmasnn metalografik

incelenmesi, kompozitin anma mekanizmasnn, matrisin oksitli anma

mekanizmasna sahip olduu anlalmtr. Sert fiberler ynlerine bal olarak

bunu bir derece deitirilmitir.

ahin (1996), tarafndan yaplan almada, boron elyafla takviyelendirilen

alminyum matrisli kompozitlerin 20 C, 150 C ve 3 00 C scaklklarda

ekme dayanmlar aratrlm ve tarama elektron mikroskobunda krlmayzeyleri incelenmitir [61]. Deneylerde kullanlan iki tip kompozitten birinde

elyaf ayn ynde ve paralel (e eksenli), dierinde ise iki ynde ve paralel

yani apraz (0/90) halde takviye edilmi tir. Sonular oda scaklnda elyaf

hacim orannn artmasyla kompozitin ekme dayanmnn dorusal olarak

arttn ve 300 C scakl a kadar kompozitin dayanmnn matrisinkinden

olduka yksek olduunu ortaya karmtr. Ancak iki ynde takviyeli

kompozitlerde, elyaf ekilmesi nedeniyle daha dk mekanik zellikler eldeedilmitir.


60/111

42

Yang ve Chung (1989), arlka %120 boksit partikl katk elemanl Al-

12Si1,4Cu1,3Mg alam matrisli kompozit, birleik dkm metoduyla

retilmitir [62]. Yksek scaklkta kararl, dk s genleme katsayl ve

yksek sertlie sahip mkemmel kimyasal madde boksit, alminyumun

hammaddesidir. Partikl ilavesiyle abrasiv anma direnci artmtr. Dk

ve orta ykler altnda arlka %20 boksit ihtiva eden kompozitin anma

direnci karbon elii ile kyaslanabilir durumdadr. Boksit partikl ebatlarnn

kklnden dolay kompozit ierisinde partikl kmelenmesi gzlenmi

olup; bunun kompozitin ekme gerilmesine ve anma direncine etkisi az

olmutur.

ahin ve Murphy (1996), hazrladklar bu makale srekli fiber takviyeli

alminyum alaml dkm artlarndaki kompozitlerin kuru kayma anmas

sonularn ve onlar alam temelli olanlarnki ile kyaslanmasn

tanmlamtr [63]. Deneyler, farkl hz ve yk artlarnda pim-disk sisteminde

sertletirilmi elie kar gerekletirilmitir. Deneysel sonular, btn

durumlarda kompozitin anma oran takviyelenmemi alminyumdan ok

daha az olmutur. Alminyum alamnn anma oran orta ve yksek hzda

yk art ile dorusala yakn art gstermitir. Yk ve hz artm anma

oran artmna neden olmutur. MMK malzemelerde yk art ile anma

oran hafif art gstermi ve kayma hz art da anma orann artmas

ynnde biraz etkilemitir. MMK malzemelerin srtnme katsays

alamdan daha fazla olmu ve artan kayma hz ve ykle azalmtr.

Kurnaz ve ark. (1993), yaptklar bu almada inko-alminyum esasl Zn-Al

alamnn % 10, 15, 20 ve 30 hacim oranlarnda ksa saffil (-alumina)

ieren mastarlara, 0,1 ile 0,3 MPa arasnda deien basnlarda emdirilme

yaplarak MMK malzemeler retilmitir [64]. retilen malzemelerin belirlenen

younluklar sonucu, her bir hacim oranndaki mastar iin infiltrasyonun belirli

bir basn aralnda gerekletii grlmtr. Fiber hacim orannn artmas,

bu basn araln yksek basn deerlerine kaydrm ve buna bal olarakmastarlarn dolma orann azaltmtr. Ayrca elde edilen malzemeler


61/111

43

zerinde yaplan sertlik lmleri ve anma deneyleri; kompozitlerin fiberlere

dik ve paralel durumdaki sertliklerinin birbirlerine eit olduu ve her ikisinin de

fiber hacim oran ile dorusal olarak artt, anma miktarlarnn ise artan

saffil fiber hacim oran ile nemli lde azald bulunmutur. Matris Zn-Al

alam ve kompozitlerin anma miktarlar ykn artmasyla artm, fakat

art hz Zn-Al alam ve % 10 saffil ieren kompozitte, yke daha fazla

baml olarakgereklemitir.

pek (2005), sv metalurji ile retilmi, arlka %10, 15 ve 20 B4C partikll

(4147Al - B4C) kompozitleri ve arlka %20 SiC partikll (Al-SiC)

kompozitleri kuru deney artlar altnda aratrlm ve anma davranlar

kyaslanmtr [65]. Al matris alamnn ayn anma artlarnda iddetli

abrasiv-adhesiv anmada iken Al-B4C kompozitlerinde hafif oranl adhesiv

anma gzlenmitir. B4C partiklnn matris tarafndan slanabilirliinin

kompozitin anma direnci ve anma mekanizmasyla dorudan ilikili

olduu gzlenmitir. Al-B4C ile Al-SiC`n anma direnleri kyaslandnda

AI-SiC`n anma direncinin daha yksek olduu; ayn anma artlarnda

Al-B4C normal anma durumunda iken Al-SiC`n anmasnda sadece hafif

adhesiv anma izi grld rapor edilmitir.

Akbulut ve ark. (1993), farkl boyut (75, 63 ve 36 m) ve hacim oranlarndaki

(% 520) SiC partikllerinin Vorteks metodu ile LM13 alamna ilavesiyle

Metal Matrisli Kompozitler elde etmilerdir [66]. Kompozitlere sl ilem

uygulanm, dkm halinde ve sl ilem grm malzemelerdeki sertliin,artan SiC hacim oranyla ve azalan partikl boyutuyla yaklak dorusal bir

ekilde artt grlmtr. Fakat art hz, sl ilem grm malzemelerde

daha yava olarak gereklemitir. Metalografk incelemeler, SiC partikl

boyutunun artmas ile homojen bir dalm salandn gstermi ayrca

dk boyuta sahip partikllerin partikl topaklanmasna ve gzenek

oluumuna yol atklarn ortaya karmtr. Matriste SiC hacim orannn

artmasnn mikroyapy modify

Documents

Engin Firat Kilic Tez