B4C takviyeli alüminyum kompozit malzemelerin yarı katı karıştırma yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Yüksek dayanımlı alüminyum esaslı kompozit malzeme üretiminde düşük yoğunlukları, yüksek ergime sıcaklıkları, üstün mukavemet özellikleri ve yüksek elastiklik modülüne sahip olmaları nedeniyle takviye malzemesi olarak çoğunlukla B4C ve SiC seramik tozları tercih edilmektedir.Ancak, SiC ve B4C nin ıslatma problemleri sebebiyle Al içerisine karıştırılması oldukça güç olmaktadır. Bu çalışmada, SiC ve B4C' nin ısıl işlem ile alüminyum tarafında ıslatılabilirlikleri arttırılmaya çalışılmış, iki farklı alüminyum alaşımı (AA5754 ve AA7075) kullanılarak, farklı takviye oranlarına sahip hibrit alüminyum kompozitler üretilmiştir. Üretim yöntemi olarak, homojen dağılım sağlama ve sıvı yöntemlerle yapılan çalışmalarda karşılaşılan sorunların çözüldüğü doğrudan yarı katı karıştırma yöntemi uygulanmış ve karıştırma işlemini takiben düşük basınç altında katılaştırma ile farklı takviye oranlarında AA5754/B4C, AA7075/B4C kompozitleri ile AA7075/SiC/B4C hibrit kompozitleri üretilmiştir. Üretilen kompozit malzemelerin karakterizasyonu için mekanik testler(sertlik, üç noktadan eğme ve basma testleri) uygulanmış, takviye malzemeleri ile matris malzemeleri arasında kimyasal veya mekanik bağ oluşturup oluşturmadığı ve takviye matris ara yüzeyinde oluşan reaksiyon ürünlerinin tespit edilmesi amacıyla mikroyapı (SEM, EDS, XRD) analizleri ve porozite tespiti için yoğunluk ölçümleri yapılmıştır. Yapılan test ve analizler sonucunda takviye tozlarına uygulanan ısıl işlem ile takviye yüzeyinde reaksiyon ürünleri oluştuğu, alüminyum tarafından ıslatılabilirliklerinin arttığı ve takviye ile matris arasında hem mekanik hem de kimyasal bağ oluştuğu görülmüştür.

In production of high resisting aluminium based composite materials, B4C and SiC ceramic powders are mostly preferred as reinforced materials because of low densities, high melting temperatures, superior durability features, and highly elastic modules. Because SiC and B4C must be wet, mixing them into Al is quite difficult. In this study, heat treating was tried to increase wettability of SiC and B4C in aluminium side. Also, by using two different aluminium alloys (AA5754 and AA7075), a hybrid aluminium composite possessing different reinforcement ratios, was produced. By production management, homogeneous distribution was ensured and a direct semi-solid stirring method was applied in solving the problems encountered in studies conducted using liquid methods. With the solidification method under reduced pressure, following the stirring process, AA5754/B4C, AA7075/B4C composites in different reinforcement ratios and AA7075/SiC/B4C hybrid composites, were produced. Mechanical tests (hardness, three-point bending, and compression tests) were applied to characterize the produced composite materials. With the goal of determining whether or not chemical or mechanical bonds occur between the reinforced materials and matrix material, and to determine the reaction occurring in the reinforced matrix interface, some micro structure analysis (SEM, EDS, XRD) and density measurement were applied. Also, density measurements were used to determine porosity. As a result of applied analysis and tests, we have learned that when heat treating is applied to reinforced powders, reaction products occur on the reinforcement surface, the wettability increases on aluminium side; and both chemical and mechanical bonds occur between the reinforcement and matrix.