Yüksek frekanslı indüksiyon ile sinterlemenin hibrid alüminyum matrisli kompozitlerin mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi

Abstract

Bu çalışmada, Al-Mg-Si-Cu-B4C/SiC-Gr-TiO2-SiO2 içeren hibrid metal matrisli kompozit malzemelerin mikro yapı, mekanik ve tribolojik özellikleri incelenmiştir. Bu amaçla, Al-Mg-Si-Cu-B4C-Gr ve Al-Mg-Si-Cu-SiC-Gr toz karışımlarına ağırlıkça farklı oranlarda TiO2 (0-1-3-5-7) ve SiO2 (0-1-3-5-7) parçacıkları takviye edilmiştir. Sonrasında ortalama toz boyutları 0-61 mikron arasında olan toz karışımı silindirik ve bilye içeren karıştırıcıda 30 dakika süreyle 30 tur/dakika hızla karıştırılmıştır. Karıştırılmış olan hibrid tozlar bir kalıpta tek eksenli olarak 220 MPa basınç altında kompakt hale getirilmiştir. Hibrid kompaktlar yüksek frekanslı (900 kHz) indüksiyon jeneratörü vasıtasıyla üretilen indüksiyon enerjisi ile düşük vakum (250-350 Torr) altında 600˚C sıcaklıkta 300 sn süreyle sinterlenmiştir. Sinterlenmiş hibrid kompozit numunelerin fazları ve mikro yapıları XRD (X Işını Kırınımı), SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) ve optik mikroskop ile araştırılmıştır. Sinterlenmiş numunelerin mekanik ve tribolojik özellikleri ise aşınma testi ve makro sertlik ölçümleri ile incelenmiştir. Mikro yapı görüntüleri alüminyum matris içinde takviye elemanlarının homojen bir şekilde dağıldığını göstermektedir. Aşınma deneyleri 2 N yük altında 500 m yol ve 10 cm/sn aşındırma hızıyla gerçekleşmiştir. Aşındırma deneyleri sonucu SiC içeren numunelerin B4C içeren numunelere göre daha yüksek sürtünme katsayısı değerlerine sahip olduğu görülmüştür. Ayrıca SiC ve ağırlıkça %7 TiO2 içeren numuneler aşınma sonrası minimum hacim kaybı göstermişlerdir. Ağırlıkça farklı oranlarda yapılan seramik parçacıkları takviyesi sonucu numunelerin sertlik değerlerinde belirgin bir artış gözlenmemiştir. Ayrıca SiO2 takviyesinin sertlik değeri üzerinde olumsuz bir etkisinin olduğu tespit edilmiştir. İndüksiyon yöntemiyle üretilen hibrid kompozit malzemelerin mekanik ve tribolojik olarak daha iyi sonuçlar vermesinin yolu seramik takviye elemanlarının ıslanabilirliğini artırmakla yani daha yüksek sinterleme sıcaklıkları ve ağırlıkça daha düşük takviye oranlarıyla çalışarak mümkündür.

In this study, the microstructure, mechanical and tribological properties of Al-Mg-Si-Cu-B4C/SiC-Gr-TiO2-SiO2 hybrid metal matrix composite materials were investigated. For this purpose, Al-Mg-Si-Cu-B4C-Gr and Al-Mg-Si-Cu-SiC-Gr powder blends were reinforced with different weight percentage of TiO2 (0-1-3-5-7) and SiO2 (0-1-3-5-7) particles. Thereafter the mixtures with an average particle size of 0-61 micron were mixed for 30 minutes at 30 rpm in a planetary ball mixer. The mixed hybrid powders were uniaxially pressed in a mold at 220 MPa. The hybrid compacts were sintered under low vacuum (250-350 Torr) with the induction energy produced by the high frequency (900 kHz) induction generator at 600˚C for 300 seconds. The phases and microstructure of sintered hybrid specimens were investigated with XRD (X-ray Diffraction), SEM (Scanning Electron Microscope) and optical microscope. The mechanical and tribological properties of the specimens were investigated with wear test and macro hardness measurements. The microstructure images show that the reinforcements have a homogeneous distribution in the aluminum matrix. The wear tests were carried out with 2 N load and 500 m distance with a sliding speed of 10 cm per second. The results show that samples with SiC reinforcement have a higher friction coefficient than the samples with B4C reinforcement. Also the sample with SiC and wt. 7% TiO2 reinforcement has the lowest volume loss after wear test. There are no significant improvement in the hardness values for different amount of reinforcement. Also it was found that SiO2 reinforcement has a negative effect on the hardness values. The induction produced hybrid composite materials can perform better mechanical and tribological results if the wettability of the reinforcing ceramic particles can be improved by working with higher sintering temperatures and lower weight percentage of reinforcements.