Havacılık ve uzay sanayiinde kullanılan Al2024-T3 malzemeleri için SiO2 nanopartikül ilaveli yapıştırıcıların araştırılması

Abstract

Tez çalışması üç temel aşamada gerçekleştirilmiştir. Bu aşamalar sırasıyla aşağıda özetlenmiştir.Epoksi reçineye ağırlıkça farklı oranlarda (%0.5 – 3.5) SiO2 nanopartikül ilave edilerek epoksi nanokompozitler hazırlanmıştır. Hazırlanan nanokompozitlerin mekanik özellikleri araştırılmış ve ağırlıkça %0.5 SiO2 nanopartikül ilavesinde maksimum çekme dayanımı bakımından en yüksek değer 88.98 MPa olarak elde edilmiştir. Kontrol numunesine göre, ağırlıkça %0.5 SiO2 nanopartikül ilaveli numunelerde çekme dayanımı %15.7 artış göstermiştir. Ağırlıkça %0.5 ilave oranından daha yüksek ilavenin yapıldığı nanokompozitlerde ilave miktarının çekme dayanımı ve statik tokluk değeri ile genel anlamda ters orantılı olduğu görülmüştür. Nanokompozitlerin hasar yüzeyleri SEM ile incelenmiş ve partikül ilavesinin kırılma davranışı üzerindeki etkisi de araştırılmıştır. Ağırlıkça %2.0 ve daha yüksek SiO2 nanopartikül ilave oranına sahip numunelerin hasar yüzeylerinde partikül kümeleşmeleri görülmüştür. Mekanik özelliklerde gerçekleşen bu düşüşün kümeleşme oluşumu ile ilişkili olduğu düşünülmektedir. Nanokompozitlerin termal özellikleri DSC/TGA ile incelenmiştir. Bağ karakterizasyonu ise FTIR ile gerçekleştirilmiştir. Partikül ilavesinin termal kararlılığı iyileştirdiği görülmüştür. Termal kararlılıktaki iyileşmenin çapraz bağ yoğunluğu ile ilişkili olduğu düşünülmektedir.Havacılık ve uzay sanayiinde yaygın kullanıma sahip Al2024-T3 malzemesinin yapıştırılan olarak kullanıldığı çalışmada, alüminyum numune yüzeyleri PAA, FPL dağlama, kumlama ve lazer olmak üzere dört farklı yöntemle hazırlanmıştır. Numuneler tek bindirmeli bağlantı yöntemi ile birleştirilmiş ve yüzey hazırlama yöntemlerinin kayma dayanımı ve yüzey morfolojisi üzerindeki etkisi araştırılmıştır. En iyi kayma dayanımına FPL dağlama yöntemi ile 22.04 MPa olarak ulaşılmıştır. FPL dağlama yöntemlerindeki yüksek kayma dayanımının yüzeyde oluşan ikincil çukurcuklar aracılığı ile sağlandığı düşünülmektedir. Epoksi reçine içerisine ağırlıkça farklı oranlarda (%0.5 – 2.0) SiO2 nanopartikül ilavesi yapılarak hazırlanan nano yapıştırıcılar kullanılarak PAA ile yüzeyleri hazırlanmış olan Al2024-T3 numuneleri tek bindirmeli bağlantı yöntemiyle birleştirilmiştir. Partikül ilavesinin kayma dayanımı üzerindeki etkisi araştırılmış ve ağırlıkça %1.0 SiO2 nanopartikül ilave oranına sahip yapıştırıcılarda en iyi kayma dayanımına 25.25 MPa olarak ulaşılmıştır. Kontrol numunesine göre, ağırlıkça %1.0 SiO2 nanopartikül ilaveli yapıştırıcılarda kayma dayanımı %22.52 artış göstermiştir. Yapılan hasar yüzeyleri incelemelerinde görülen transfer bölgesinin kayma dayanımında etkili olduğu düşünülmektedir.

The thesis work was carried out in three basic stages. These stages are summarized below respectively.Epoxy nanocomposites were prepared by adding SiO2 nanoparticles in different proportions by weight (0.5 - 3.5%) to epoxy resin. The mechanical properties of the prepared nanocomposites were investigated and the maximum value of maximum tensile strength was obtained as 88.98 MPa when 0.5 wt% SiO2 nanoparticles were added. According to the control sample, the tensile strength increased by 15.7% in samples with 0.5 wt.% SiO2 nanoparticles. It has been found that the addition amount of nanocomposites with higher than 0.5% addition ratio by weight is inversely proportional to the tensile strength and static toughness value in general. The damage surfaces of the nanocomposites were examined by SEM and the effect of particle addition on fracture behavior was also investigated. Particle clusters were observed on the damaged surfaces of the samples with a SiO2 nanoparticle addition rate of 2.0% or more by weight. This decrease in mechanical properties is thought to be related to the formation of clusters. The thermal properties of nanocomposites were investigated by DSC / TGA. The bond characterization was performed with FTIR. Particle addition has been shown to improve thermal stability. The improvement in thermal stability is thought to be related to the cross-link density.Aluminum sample surfaces have been prepared in four different ways as PAA, FPL etching, sandblasting and laser in studying Al2024-T3 material which is widely used in aerospace industry as adhesive. The specimens were combined with a single bridging method and the shear strength of the surface preparation methods and the effect on the surface morphology were investigated. The best shear strength was reached at 22.04 MPa by FPL milling method. It is thought that the high shear strength of the FPL etching methods is provided by secondary pits formed on the surface. Al2024-T3 specimens with PAA surfaces prepared using nano adhesives prepared by adding SiO2 nanoparticles at different ratios (0.5 - 2.0%) to the epoxy resin were combined by a single clamp connection method. The effect of the addition of the particles on the shear strength was investigated and the best shear strength at 25.25 MPa was reached in adhesives having a 1.0 wt.% SiO2 nanoparticle addition ratio. According to the control sample, the shear strength increased by 22.52% in adhesives with 1.0 wt% SiO2 nanoparticles. It is considered that the transfer zone observed in the surface of damaged surfaces is effective in shear strength.