Fabrication and characterization of functionally graded bronze matrix ceramic reinforced composite materials

Abstract

Fonksiyonel derecelendirilmiş malzemelerin (FDM) havacılık, denizcilik, otomobil ve elektronik endüstrisi gibi çeşitli mühendislik uygulamalarındaki kullanımı son yıllarda giderek artış göstermiştir. Bu endüstrilerde kullanılan çoğu geleneksel metal yerini yeni malzemelere bırakmıştır. Bu yeni malzemeler arasında, fonksiyonel derecelendirilmiş kompozitlerin eşsiz özelliklere sahiptir. Üstün özelliklere sahip fonksiyonel derecelendirilmiş kompozitler, farklı parçacıklar bir araya getirilerek üretilir. Bu durumda; parçacıkların miktarı ve dağılımı, fonksiyonel derecelendirilmiş kompozit malzemelerin mekanik özelliklerini etkileyen çok önemli faktörlerdir.Bu tez çalışmasında, fonksiyonel derecelendirilmiş bronz matrisli malzemeler, soğuk presleme+sinterleme yöntemi kullanılarak üretilmiş olup, takviye malzemesi olarak bor karbür (B4C), silisyum karbür (SiC), titanyum karbür (TiC) ve molibden karbür (Mo2C) kullanılmıştır. Bronz+ %10 SiC, Bronz+ %10 B4C, Bronz + %10 Mo2C ve Bronz + %10 TiC bileşimine sahip numuneler 500 MPa basınçta 750ºC sıcaklıkta 90 dakika boyunca sinterlenmiştir. Numunelerin mekanik özelliklerini ve mikro yapılarını değerlendirmek için test ve analiz incelemeleri yapılmıştır. Bu amaçla, mikro yapıları izlemek için optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu (SEM-EDS) ve X-ray difraksiyonu (XRD) analizlerinden yararlanılmıştır. Numunelerin sertlik testi, 200 gram yükte Vickers sertlik ölçüm cihazı yardımıyla yapılmıştır. Bronz matrisli seramik takviyeli FDM kompozitleri, toz metalürjisi yöntemiyle başarılı bir şekilde üretilmiştir. Seramik parçacıkların kompozit tabakaları homojen olarak dağılım göstermiştir. Çok az gözenek oluşumu gözlemlenmiştir. Üretilen FDM'lerin üst ve alt kompozit tabakaları sertken, orta tabakanın sünek olduğu tespit edilmiştir. En yüksek sertlik değerine B4C takviyeli FDM'de ulaşılmıştır.

The use of functional graded materials (FGMs) in various engineering applications, such as aerospace, marine, automobile and electronics industries, has increased in recent years. Most traditional metals used in these industries have been replaced by new materials. Among these new materials, functional graded composites have unique properties. Functionally graded composites with superior properties are produced by combining different particles. In this case; The amount and distribution of particles are very important factors affecting the mechanical properties of functional graded composite materials.In this thesis, functionally graded bronze matrix material was produced by using cold pressing+sintering method, for which, boron carbide (B4C), silicon carbide (SiC), titanium carbide (TiC), and molybdenum carbide (Mo2C) were used as reinforcement materials. The samples with compositions Bronze + 10% SiC, Bronze + 10% B4C, Bronze + 10% Mo2C, and Bronze + 10% TiC were sintered at 750 °C for 90 minutes at 500MPa pressure. Investigations were carried out to assess the mechanical properties and microstructures of specimens. For this purpose, optical microscope, scanning electron microscope (SEM-EDS), and X-ray diffraction (XRD) analysis were applied for monitoring microstructures. Sample hardness testing was carried out with the help of Vickers hardness testing device at 200gram load. Powder metallurgy method with bronze matrix ceramic reinforcement FGM composites were successfully produced. Composite layers of ceramic particles are homogeneously distributed. Little pore formation was observed. While the upper and lower composite layers of the FGMs produced were hard, the middle layer was found to be ductile. The highest hardness value was reached in the B4C reinforced FGM.