Toz metalurjisi yöntemi ile MgO takviyeli Al esaslı kompozit üretimi ve mekanik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, Toz Metalurjisi (T/M) yöntemiyle ağırlıkça %5, %10 ve %15 magnezya (MgO) takviyeli alüminyum (Al) esaslı metal matrisli kompozitler (MMK) üretilmiştir. Kompozitlerin üretiminde matris malzemesi olarak %99,7 saflıkta, ortalama 76,39 µm boyutunda Al tozları kullanılmıştır. Takviye elemanı olarak ortalama toz boyutu 29,53 µm olan saf MgO tozları kullanılmıştır. Hazırlanan toz karışımları 60 dk süreyle Turbula cihazında karıştırıldıktan sonra 500 MPa basınç altında tek yönden etkili preste sıkıştırılarak 6,35mmX12,7mmX31,75mm boyutlarında test numuneleri üretilmiştir. Ağırlıkça %5 takviyeli kompozitler 570°C, 600°C ve 630°C sıcaklıkta 1-2-4 saat süreyle sinterlenmişlerdir. Yapılan yoğunluk, sertlik ve çapraz kırılma mukavemeti (ÇKM) testleri sonucunda en iyi değerler 630°C'de 4 saat sinterleme sonrasında elde edildiği tespit edilmiştir. Sinterleme sıcaklık ve süresinin artmasıyla gözenekliliğin azaldığı ve bu sonuçtan mekanik özelliklerin pozitif yönde etkilendiği görülmüştür. MgO takviye oranının mekanik özelliklere etkisini incelemek için ağırlıkça %5, %10 ve %15 MgO takviyeli kompozitler 630°C'de 4 saat süreyle sinterlenmişlerdir. MgO takviyesi oranının artmasıyla gözeneklilik ve sertlik artarken, artan mikro çatlak etkisi sonuncu çapraz kırılma mukavemetleri (ÇKM) düşmüştür. Optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile yapılan mikroyapı incelemelerinde kompozitler içerisinde MgO'in homojen dağılıma sahip olduğu görülmüştür. SEM ile yapılan kırık yüzey incelemelerinde kırılmanın zayıf ıslatmadan dolayı Al-MgO arayüzeylerinden gerçekleştiği görülmüştür. SEM ile yapılan yüzey incelemelerinde gözeneklerin çoğunlukla MgO parçacıkları etrafında toplandığı ve kırık yüzeyler incelendiğinde gözeneklerin yüzey enerjisini düşürme eğilimi ile küresel hale gelip tane sınırlarında toplandıkları tespit edilmiştir. Artan gözenekliliğin mikro çatlak etkisini artırdığı için kompozitlerin ÇKM değerlerini düşürdüğü değerlendirilmiştir.Anahtar Kelimeler : Toz Metalurjisi, Kompozit Malzeme, Mekanik Özellikler, Al, MgO.

In this study, weight percent of 5%, 10% and 15% MgO reinforcement aluminum (Al) matrix composites were produced by powder metallurgy (P/M) method. Al powders using to produce composite specimens has over 99,7% percent of purity and 76,39 µm of average particle size. Pure MgO powders with 29,53 µm of average particle size were used as reinforcement material. Prepared powder mixes had been mixed for 60 minutes by Turbula. Powders were compacted to 6,35mmX12,7mmX31,75mm size at 500MPa pressure by single action press. Weight percent of 5% MgO reinforced composite specimens had been sintered at 570°C, 600°C and 630°C for 1-2-4 hours. After having the results of density, hardness and transverse rupture strength (TRS) tests, the best results were obtained on sintering process at 630°C for 4 hours. Increasing in the sintering temperature and time made the porosity decrease and improve the mechanical properties. After these results, weight percent of 5%, 10% and 15% MgO reinforced (Al) matrix composites had been sintered at 630°C for 4 hours to investigate the effects of MgO ratio in composite. Increasing in MgO reinforcement ratio increased the porosity and hardness and decreased TRS because of higher micro crack effect. Surface inspections of specimens were applied by optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). There was no segregation of MgO observed on the surface. Examination of surface fracture by SEM showed that fracture occurred between Al-MgO interfaces because of low wettability and porosities turned into spherical shape on the grain boundaries by the effect of reducing surface energy tendency. Surface examination made by SEM showed that the porosity mostly took place around the MgO particles. The more porosity increases, the more micro crack effect increases. Consequently, TRS values of composites decreased. Key Words : Powder Metallurgy, Composite Material, Mechanical Properties, Al, MgO.