Investigation of Wear Parameters of Silicon Carbide (SiC) Strengthened Zinc-Aluminium (ZA40) Alloy

Year 2022, Volume: 22 Issue: 1, 207 - 213, 28.02.2022

Emre Deniz Yalçın , Aykut Çanakçı

https://doi.org/10.35414/akufemubid.1035296

Abstract

In this study, ZA40/SiC composite samples were produced by adding silicon carbide (SiC) powders as reinforcement into the matrix material zinc-aluminium (ZA40) alloy powders by powder metallurgy method, which is an advanced technique in material production. As the amount of reinforcement, the ratio of SiC into the ZA40 matrix was determined as 0-0.5-1-1.5 and 2 wt. %. In the production phase, the powders were mechanically alloyed in a planetary ball mill at 400 rpm under a protective argon atmosphere for 2 hours at room temperature. The mixed powders were sintered under 600 MPa pressure at 500 °C for 3 hours by hot press method. After taking the hardness and density values of the powders made rigid, they were examined by calculating their wear resistance, weight losses and friction coefficients under 10 and 20N loads, traveling 100 meters at 200 rpm in a ball-on-disk abrasion test setup. After the wear tests, detailed SEM (Scanning Electron Microscope) images of the samples were examined and the effects of wear they were exposed to was determined by looking at the damage. According to the results, it was seen that increasing SiC reinforcement changed the physical and mechanical properties of the composites and made significant contributions to the wear resistance.

Keywords

ZA40, Silicone carbide, Powder Metallurgy, Wear, Friction coefficient

Silisyum Karbür (SiC) ile Güçlendirilmiş Çinko-Alüminyum (ZA40) Alaşımının Aşınma Parametrelerinin İncelenmesi

Abstract

Bu çalışma kapsamında matris malzemesi çinko-alüminyum (ZA40) alaşım tozları içerisine takviye olarak silisyum karbür (SiC) tozları katılarak malzeme üretiminde ileri bir teknik olan toz metalürjisi (T/M) yöntemi ile ZA40/SiC kompozit numuneler üretilmiştir. Takviye miktarı olarak ZA40 matris içerisine SiC oranı ağırlıkça % 0-0,5-1-1,5 ve 2 olarak belirlenmiştir. Üretim aşamasında tozlar gezegen tipinde bilyeli öğütücüde 400 rpm devirde koruyucu argon atmosferi altında, oda sıcaklığında 2 saat mekanik alaşımlama işlemine tabi tutulmuştur. Karıştırılan tozlar 600 MPa basınç altında 500 °C sıcaklıkta 3 saat boyunca sıcak pres (hot pres) yöntemi ile sinterlenmiştir. Rijit hale getirilen tozlar sertlik ve yoğunluk değerleri alındıktan sonra ball on disk aşınma deney düzeneğinde 200 rpm devirde 100 metre yol alarak 10 ve 20N yükler altında aşınma dayanımları, ağırlık kayıpları ve sürtünme katsayıları hesaplanarak irdelenmiştir. Aşınma deneylerinden sonra numunelerin detaylı SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) resimleri incelenip oluşan hasarlara bakılarak aşınma etkileri belirlenmiştir. Sonuçlar göre artan SiC takviyesinin kompozitlerin fiziksel ve mekanik özelliklerini değiştirmiş olup aşınma dayanımına önemli katkılar sunduğu görülmüştür.

Keywords

ZA40, Silisyum karbür, Toz Metalürjisi, Aşınma, Sürtünme katsayısı

References

• Aksöz, S., Özdemir, A. T., & Bostan, B. (2012). AA2014 Alüminyum Alaşım Tozlarının Karbon ile Sentezlenmesi ve Özelliklerinin Belirlenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 27(1), 109-115.
• Aksöz, S., Bican, O., Çalın, R., & Bostan, B. (2014). Effect of T7 heat treatment on the dry sliding friction and wear properties of the SiC-reinforced AA 2014 aluminium matrix composites produced by vacuum infiltration. Journal of Engineering Tribology, 228(3), 312–319.
• Aksöz, S., Bostan, B. 2018. Effects of Ageing and Cryo-ageing Treatments on Microstructure and Hardness Properties of AA2014–SiC MMCs. Transactions of the Indian Institute of Metals, 71, 2035–2042.
• Güler O., Çuvalcı H., Gökdag M. , Çanakçı A., Çelebi M., 2018. Tribological behavior of ZA27/Al2O3/graphite hybrid nanocomposites, Partıculate Scıence and Technology, 7,899-907.
• Güler, O., Çelebı, M., Dalmış, R, Çanakçı A, Çuvalcı H, 2020. Novel ZA27/B4C/Graphite Hybrid Nanocomposite-Bearing Materials with Enhanced Wear and Corrosion Resistance, Metallurgical and Materials Transactions A, 51, 4632–4646.
• Kumar N. S. 2018. Mechanical and Wear Behavior of ZA-27/Sic/Gr Hybrid Metal Matrix Composites. Materials Today: Proceedings, 5, 19969-19975.
• Lipson, C., Colwell, L.V., 1961, “Handbook of Mechanical Wear”, University of Michigan, 277-278
• Miloradovic N., Vujanac R., Stojanovic B., Pavlovic A. 2021. Dry sliding wear behaviour of ZA27/SiC/Gr hybrid composites with Taguchi optimization. Composite Structures, 262,113658
• Ranganath G., Sharma SC., Krishna M. 2001. Dry sliding wear of garnet reinforced zinc/aluminium metal matrix composites. Wear; (251),1408–1413.
• Şap, E. (2021). Güçlendirilmiş Bakır Esaslı Kompozit Malzemelerin Mikroyapı ve Sertlik Özellikleri, Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 11(1) , 590-598.
• Trumper, R. L., 1987. Metal Matrix Composites- Applications and Prospects, Metals and Materials, 3 662- 667.
• Yan S., Xie J., Liu Z., Wang W., Wang A., Li J., 2010. Influence of Di®erent Al Contents on Microstructure, Tensile and Wear Properties of Zn-based Alloy. Journal of Materials Science & Technology, 26(7), 648-652.
• Yalçın E. D. , Çanakçı A. , Erdemir F. , Çuvalcı H. , Karabacak A. H. 2019. Enhancement of Wear and Corrosion Resistance of ZA27/Nanographene Composites Produced by Powder Metallurgy, Arabian Journal for Science and Engineering. 44, 1437-1445.
• Yalçın, E.D., Çanakçı, A., 2020. Corrosion and Wear Performance of ZA27/graphene/B4C Hybrid Nanocomposites Produced by Powder Metallurgy, Acta Metalurgica Slovaca, 26(3): 126-131.