Örgü yapılı sürekli karbon fiber takviyeli polimer kompozitin katı partikül erozyonu

Abstract

Karbon fiberler, mekanik, fiziksel ve kimyasal özellikler gibi benzersiz özelliklere sahiptirler. Yüksek mukavemet ve rijitlik, yüksek modül değerleri ve yüksek korozyon direnci gösterirken, diğer malzemelere göre daha düşük yoğunluğa sahiptirler. Üstün özellikleri nedeniyle karbon fiber takviyeli polimer kompozit malzemeler özellikle uzay ve havacılık uygulamalarında katı partikül erozyonuna maruz kalmaktadır. Katı partikül erozyonu iş parçalarının ciddi hasara uğramasına ve ekonomik ömrünün çok daha kısa olmasına neden olmaktadır. Bu çalışmada karbon fiber takviyeli epoksi kompozit malzemelerin katı partikül erozyon davranışları incelenmiştir. Numuneler partikül erozyon aşınma test makinesinde test edilmiştir. Deneysel çalışmalarda 120 mesh, 80 mesh ve 60 mesh aşındırıcı partiküller kullanılarak partikül çarpma açılarına (15°, 30°, 45°, 60°, 75° ve 90°) ve karbon fiberlerin yönlenmesine (0/90 ve + 45 / -45) olan etkileri incelenmiştir. Numunelerin erozyon oranının erozyon parametrelerine bağlı olarak değişimi hesaplanmıştır. Numunelerin erozyon oranı partikül çarpma açısı, karbon fiber yönlenmesi ve aşındırıcı partikül boyutuna bağlı olarak önemli oranda değişiklik göstermiştir. Tüm karbon fiber yönlenmelerinde ve tüm partikül boyutlarında 60° partikül çarpma açısında maksimum erozyon oranı gözlemlenmiştir. Aşınmış numunelerin yüzeyleri optik profilometre cihazı ile 2 ve 3 boyutlu olarak incelenmiştir. Daha sonra aşınmış numunelerin yüzey morfolojileri stereo mikroskop ile incelenmiştir. 60° partikül çarpma açısında oluşan plastik deformasyon sebebiyle yüzeylerde derin oyuklar meydana gelirken, 15° partikül çarpma açısında mikrokesme ve mikrosürme aşınma mekanizmaları gözlemlenmiştir.

The carbon fibres have a unique combination of outstanding properties such as mechanical, pyhsical and chemical properties. While they exhibit high strength and stiffness, high modulus values, high resistance to corrosion, they have lower density compared to universal materials. Due to their outstanding properties the carbon fibre reinforced polymeric composite materials are exposed to solid particle erosion especially in aviation and aerospace applications. The solid particle erosion causes severe damage of workpieces and economic life of workpiece become much more shorter. In this study solid particle erosion behavior of carbon fibre reinforced epoxy composite materials were investigated. The samples were tested in universal particle erosion wear test machine. Effect of particle impact angles (15°, 30°, 45°, 60°, 75° and 90°), orientation of carbon fibres ( 0/90 and +45/-45 ) were examined by using 120 mesh, 80 mesh and 60 mesh alumina erodent particles. The erosion rates of samples were calculated depending on the erosion parameters. The erosion rates have varied dramatically depending on particle impingement angle, orientation of carbon fibres and erodent particle size. The maximum erosion rates were observed at 60° impingement angles at all orientation of carbon fibres and particle sizes. Surfaces 2D and 3D images of eroded samples were examined by using an optical profilometer. The eroded surfaces morphology of the samples were analyzed by using stereo microscope. Microcutting and microploughing erosion mechanisms were observed at 15° particle impingement angle, while deep cavities formed due to plastic deformation were observed at 60° particle impingement angle.