Toz metalürjisi ile üretilen Cu matrisli nano kompozitlerin elektrik iletkenliği ve aşınma dirençlerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, toz metalürjisi yöntemi ile saf Cu içerisine %0,5 , %1 , %1,5, %2, % 2,5 oranlarında karbon nanotüp (KNT) ve nano Al2O3 ilave edilerek üretilen kompozitlerin aşınma davranışları ve elektrik iletkenliği incelenmiştir. Çalışma kapsamında ticari olarak temin edilen Cu tozları içerisine KNT ve Nano Al2O3 tozları mekanik öğütme cihazında 5 farklı öğütme süresinde mekanik öğütülerek karbon nanotüp takviyeli kompozit tozlar ve Nano Al2O3 takviyeli kompozit tozlar üretilmiştir. Üretilen kompozit tozların tane boyut ölçümleri yapılarak optimum öğütme süresi (KNT için 360 dk nano Al2O3 240 dk) belirlenmiştir. Optimum sürede öğütülen tozlar 600 MPa kuvvet altında soğuk preslenerek Ø12 mm çapında 7 mm yüksekliğinde önşekillendirilmiş numuneler elde edilmiştir. Ön şekillendirilen bu numuneler atmosfer kontrollü fırın içerisinde 1000 °C'de 1 saat sinterlenmiştir. Sinterleme işleminden sonra numunelerin yoğunluk ölçümleri, sertlik ölçümleri, aşınma testleri ve elektrik iletkenlik testleri yapılarak üretilen numuneler karakterize edilmiştir.Yapılan çalışmalar sonucunda çeşitli oranlarda KNT ilave edilerek üretilen kompozitlerin yoğunluk sonuçlarına göre takviye elemanlarındaki artışa bağlı olarak (%1,5 KNT'ye kadar) artış gözlemlendiği ve bu artışın sebebinin KNT'lerin yapı içerisinde bulunan makro ve mikro boşluklara (porozitelere) yerleştiği %1,5'den fazla KNT ilave edilen kompozitler de ise yoğunluğun azaldığı görülmüştür. Sertlik ölçümleri ilave edilen KNT miktarı arttıkça sertlikte bir artış olduğu, en yüksek sertliğin saf Cu'a %1,5 KNT ilave edilen kompozitte görülürken %1,5'den daha fazla KNT ilave edilen kompozitlerde ise takviye fazının yapı içerisinde homojen dağıtılamaması sonucu sertlikte düşüş meydana gelmektedir. Yapılan aşınma testleri sonucunda sertlik ve ağırlık kayıplarının birbirini desteklediği görülmüştür. En düşük ağırlık kaybı %1,5 KNT ilave edilen kompozitlerde ölçülmüştür. Elektrik iletkenliği testleri sonucu en yüksek elektrik iletkenlik değeri %1,5 KNT ilave edilen kompozitlerde elde edilmiştir. Yine aynı şekilde Nano Al2O3 ilave edilen kompozitlerin yoğunluğu, numunedeki % Al2O3 miktarı arttıkça azaldığı belirlenmiştir. Sertlik ölçümleri ise ilave edilen Nano Al2O3'lerin miktarı arttıkça sertliğin azaldığı görülmüştür. Yapılan aşınma testleri sonucunda sertlik ve ağırlık kayıpları birbirini desteklediği görülmüştür. En yüksek ağırlık kaybı ise %2,5 nano Al2O3'de olduğu gözlemlenmiştir. Elektrik iletkenliği testleri sonucu en yüksek elektrik iletkenliği %0,5 nano Al2O3 ilave edilen numunelerde olduğu tespit edilmiştir.

In this study the effect of carbon nanotube and nano Al2O3 content on the wear behaviours and electrical conductivity of Cu-CNT and Cu- Al2O3 composites produced by powder metallurgy method was investigated. The scope of the study five different amount of carbon nanotube and nano Al2O3 (%0.5, %1.0, %1.5, %2.0, % 2.5) were added into pure Cu powders and mechanical milled 360 and 240 min. respectively. The mechanical milled Cu-CNT and Cu- nano Al2O3 powders were pre shaped by cold pressing under 600 MPa load. Pre-shaped samples were sintered in atmosphere controlled furnace at 1000 °C for 1 hour. Microstructure examinations, density and hardness measurements, wear tests and electrical conductivity tests were carried out. As a result of the study the density, hardness and electrical conductivity values were increased with increasing CNT content up to 1.5%. Then, decreased with increasing CNT content. Wear test results were compatible with hardness results. The lowest weight losses were measured with 1.5% CNT content. In the different amount of nano Al2O3 samples, the density values were increased by increasing nano Al2O amount. The hardness values were decreased with increasing Al2O3 amount. Wear test results were compatible with hardness results. The highest weight loss was measured with 2.5% Al2O3 content. The maximum electrical conductivity value was measured with 0.5% Al2O3 amount.