Hacim yanma senteziyle üretilen bazı Fe3Al metallerarası bileşik matrisli kompozit malzemelerin gözeneklilik ve mikrosertlik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Metallerarası alüminid malzemelerin yanma sentezi, son otuz yıl boyunca kapsamlı olarak incelenmiştir. Bu malzemelerin yanma sentezi ile üretiminde en önemli sorunlar; nihai ürünün yetersiz yoğunluğu ve zayıf homojenliği olmuştur. Bunlar, ürünün yoğunlaştırılması için basıncın uygulanmasına ve homojenleştirilmesi için ise yüksek sıcaklıktaki ısıl işlemlerine ihtiyaç duyulmasına neden olmuştur. Bu çalışmada Fe3Al esaslı Alümina takviyeli kompozitlerin, hacim yanma sentezi yöntemi ile üretiminde gözenekliliğin azaltılması amaçlanmıştır. Yüksek başlangıç presleme basınçlarının (420 Mpa, 630 MPa ve 850 Mpa) Fe3Al-hac.%5-Al2O3, Fe3Al-hac.%-15-Al2O3 ve Fe3Al-hac.%20-Al2O3 kompozit malzemelerinin özelliklerine etkisinin ve Al2O3-Fe-Al sisteminden işlem sırasında basınç uygulamaksızın yoğunluğun iyileştirilmesi amacıyla elementel toz sıkıştırma tasarımı kullanılarak yanma sentezi prosesi ile Fe3Al-Al2O3 kompozitinin üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu numuneler için uygulanan farklı presleme basınçlarının ve farklı Al2O3 miktarlarının(hac.%5-%15-%20) etkileri araştırılmıştır. Üretilen kompozit malzeme numunelerinin Arşimet Prensibi ile yoğunluk ve gözeneklilik değerleri hesaplanmış, vickers mikro sertlik değerleri ölçülmüş ayrıca optik mikroskopta ve taramalı elektron mikroskobunda (SEM) mikroyapı incelemeleri yapılmış, X-ışınları kırınım cihazı (XRD) ile faz analizleri gerçekleştirilmiştir. Elementel toz karıştırma tasarımı ile sentezlenen numunelerde en az %12 değerinde gözeneklilik elde edilmiştir ve Al2O3 dağılımının homojenliği sağlanabilmiştir. Kompozitler de görülen takviye elemanının bağlılık sorunu da giderilmiştir. Ancak işlem sıcaklığı ve süresinin yetersizliğinden dolayı dönüşüm tam olarak sağlanamamış, farklı fazların oluşumuyla da sertlikte istenilen değerlere ulaşılamamıştır. Gözeneklilikte sağlanan iyileşme göz önüne alındığında karıştırma işlemi başarıyla sonuçlanmış olmakla birlikte işlem parametrelerinin ayrıntılı olarak araştırılması gerekmektedir. Mevcut çalışma sonucunda İleri işlem ve tetkikler için optimum karıştırma işlemi belirlenmiştir.

The combustion synthesis of intermetallic aluminide materials has been extensively studied over the last thirty years. The most important problems in the production of these materials by the synthesis of combustion; the final product had insufficient density and poor homogeneity. In this study, it is aimed to decrease porosity in the production of Fe3Al (iron aluminide) based Alumina (A2O3) reinforced composites by high temperature volume burning synthesis method. The effect of high initial pressing pressures (420 Mpa, 630 Mpa and 850 Mpa) on the properties of Fe3Al-vol.%5-Al2O3, a Fe3Al-vol.%15-Al2O3 and Fe3Al-vol.%20-Al2O3 For the purpose of improving the density, Fe3Al-Al2O3 composite was produced by the combustion synthesis process by using elemental powder compression design (Fe and Al2O3 to be coated on the Al2O3 side of Fe by mixing it in the mill for 4 hours). The effects of different initial pressing pressures and different amounts of Al2O3 (vol.5% -15% to 20%) were also investigated for these samples. Density values and porosity rates were calculated according to Archimedes Principle of Fe3Al-vol.%-Al2O3 composite samples and Vickers micro hardness values were measured. In addition, microstructure analysis was performed in optical microscope and scanning electron microscope (SEM). Phase analysis was performed with X-ray diffraction device (XRD).In the samples synthesized by elemental powder mixing design, porosity of at least 12% was obtained and homogeneity of Al2O3 distribution was achieved. Thus, the attachment problem of the reinforcing element seen in the composites was also eliminated. However, due to the inadequacy of the process temperature and time, the conversion could not be achieved completely and the desired values were not reached with the formation of different phases. Considering the improvement in porosity, mixing process has been completed successfully, but the synthesis process parameters should be investigated in detail. As a result of the present study, optimum mixing was determined for further processing and tests.