Al2O3 ve SiC Takviyeli AA2024 Esaslı Kompozitlerin Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi

Year 2023, Volume: 7 Issue: 1, 101 - 112, 06.07.2023

Uğur Çalıgülü , Aykut Çanakçı , Mustafa Türkmen , Nida Darcan , Muhammet Vahittin Kaçmış

https://doi.org/10.46460/ijiea.1227533

Abstract

Al2O3 ve SiC Takviyeli AA2024 Esaslı Nanokompozitlerin Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi
Uğur Çalıgülü1, Aykut Çanakçı2, Mustafa Türkmen3, Nida Darcan1, Vahittin Kaçmış1

1Fırat Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Metalürji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Elazığ
2Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Trabzon
3Gebze Teknik Üniversitesi, Ulaşım Teknolojileri Enstitüsü, Gebze/Kocaeli


Özet

Bu çalışmada; üstün mekanik ve fiziksel özelliklere sahip olduğundan dolayı mühendislik, otomotiv ve savunma sanayisi gibi önemli alanlarda vazgeçilmez bir yere sahip nanokompozit malzemeler toz metalürjisi yöntemiyle üretilmiştir. Günümüzde sıklıkla kullanılan karbür parçacıkları dikkate alındığında, yüksek aşınma direncine ve yüksek ısı dayanımına sahip olmasından dolayı Silisyum Karbür (SiC) tercih edilmiştir. Diğer bir takviye malzemesi olarak ise, alüminyum alaşımı (AA2024) ile uygun ara yüzey bağlanma yeteneğine sahip olmasından dolayı Alüminyum Oksit (Al2O3) tercih edilmiştir. Numuneler farklı oranlarda AA2024/Al2O3 ve AA2024/SiC toz karışımları hazırlanarak 560 ºC sıcaklıkta, 120 dakika süreyle ve 500 MPa basınç altında sıcak presleme yöntemi ile üretilmiştir. Toz metalurjisi yöntemiyle elde edilen 63 μm partikül boyuta sahip AA2024 matrisli Al2O3 ve SiC takviyeli nanokompozitlerin mikroyapılarını ve mekanik özelliklerini incelemek amacıyla; SEM, EDS ve XRD görüntüleri ile mikrosertlik, yoğunluk, çekme, korozyon ve balistik testleri yapılmıştır. Yapılan test sonuçlarına göre; AA2024/Al2O3 ve AA2024/SiC nanokompozit malzemelerin en iyi çekme testi sonucu % 2 takviyeli nanokompozit malzemelerde tespit edilmiştir. Sertlik değerleri, artan takviye oranı ile artış göstermiştir. Al2O3 ve SiC takviye oranındaki artışın korozyon direncinin artmasına sebep olduğu ve AA2024 matrisinin mekanik özelliklerini olumlu yönde etkilediği tespit edilmiştir. Balistik test sonucunda ise en yüksek değeri % 2 takviyeli nanokompozit malzemeler vermiş olup, daha yüksek takviye oranlarında ise balistik test değerlerinde düşüşler meydana gelmiştir.

Anahtar Kelimeler: AA2024, Al2O3, SiC, Nanokompozitler, Mekanik Özellikler.

Keywords

AA2024, Al2O3, SiC, Nanokompozitler, Mekanik Özellikler

Supporting Institution

Fırat Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri yönetim birimi

Project Number

Proje No: TEKF.20.20

Thanks

Bu çalışma Fırat Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri yönetim birimi (Proje No: TEKF.20.20) tarafından desteklenmiştir.

Investigation of Microstructure and Mechanical Properties of Al2O3 and SiC Reinforced AA2024 Based Composites

Abstract

Investigation of Microstructure and Mechanical Properties of Al2O3 and SiC Reinforced AA2024 Based Nanocomposites

Uğur Çalıgülü1, Aykut Çanakçı2, Mustafa Türkmen3, Nida Darcan1, Vahittin Kaçmış1

1Fırat Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Metalürji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Elazığ
2Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Trabzon
3Gebze Teknik Üniversitesi, Ulaşım Teknolojileri Enstitüsü, Gebze/Kocaeli

Abstract
In this study; Nanocomposite materials, which have an indispensable place in important fields such as engineering, automotive and defense industries due to their superior mechanical and physical properties, are produced by powder metallurgy method. Considering the carbide particles, which are frequently used today, SiC was preferred because its high wear resistance and high heat resistance. As another reinforcing material, Aluminum Oxide (Al2O3) was preferred because it has the appropriate interface bonding ability with aluminum alloy (AA2024). The samples were produced by preparing AA2024/Al2O3 and AA2024/SiC powder mixtures at different ratios, by hot pressing method at 560ºC, 120 minutesand 500 MPa pressure. In order to investigate the microstructure and mechanical properties of AA2024 matrix Al2O3 and SiC reinforced nanocomposites with 63 μm particle size obtained by powder metallurgy method; Microharfness, density, tensile, corrosion and ballistic tests were performed with SEM, EDS and XRD images. According to the test results; The best tensile test result of AA2024/Al2O3 and AA2024/SiC nanocomposite materials was determined in %2 reinforced nanocomposite materials. The hardness values increased with increasing reinforcement ratio. It was determined that the increase in Al2O3 and SiC reinforcement ratios caused an increase in Al2O3 and SiC reinforcement ratios caused an increase in corrosion resistance and positively affected the mechanical prooerties of the AA2024 matrix. As a result of ballistic test, %2 reinforced nanocomposite materials gave the highest value, and ballistic test values decreased at higher reinforcement rates.

Keywords: AA2024, Al2O3, SiC, Nanocomposite, Mechanical Properties.

Keywords

AA2024, Al2O3, SiC, Nanocomposite, Mechanical Properties

Project Number

Proje No: TEKF.20.20

References

• [1] Safa, H., Güler, H., Aksoy, M., & Şeker, S. (2020). Al/KNT Nanokompozitlerin Toz Metalurjisi Yöntemi ile Üretimi ve Özelliklerinin Araştırılması, Fırat Üniversitesi Fen Bil. Dergisi, 2020, 32(2), 31-36.
• [2] Şenel, M. C., Üstün, M. (2022). Kuru Sürtünme Altında Al-SiO2 ve Al-ZrO2 Nanokompozitlerin Tribolojik Özelliklerinin Karşılaştırılması, OMÜ Mühendislik Bilimleri ve Teknolojisi Dergisi, 2022, 2(2): 171-184.
• [3] Şenel, M. C., & Üstün, M. (2022). SiO2/ZrO2 Nano Partikül Katkılı Alüminyum Matrisli Kompozitlerin Mekanik Özelliklerinin ve Mikroyapılarının Karşılaştırılması, Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 2022, 27(2), 219–232.
• [4] Karslıoğlu, R. (2019). MWCNT Oranının MWCNT ile güçlendirilmiş Al2O3 Matrisli Nanokompozitlerin Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerine Etkisi, Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 2019, 7(3), 1922–1930.
• [5] Salur, E., Acarer, M., & Nazik, C. (2021). Mekanik Alaşımlama Süresinin Toz Metalurjisi ile Üretilen AA7075 Matrisli Nanokompozit Malzemelerinin Sertliklerine Etkisi. Journal of the Institute of Science and Technology, 2021, 11(3), 2218–2231.
• [6] Jena, P.K., Mishra, B., Kumar, K.S., & Bhat, T. B. (2010). An experimental study on the ballistic behavior of some metallic armour materials against 7.62mm deformable projectile, Materials and Design, 31, 3308-3316, 2010
• [7] Rao, R.N., & Das, S. (2011). Effect of SiC content and sliding speed on the wear behaviour of aluminium matrix composites. Mater Des 2011, 32, 1066–1071.
• [8] Karakoç H. Ulutaş A., & Çi̇ni̇ci̇ H. (2020). B4C/SiC/Al2O3 Parçacık Takviyelendirilmiş Alüminyum Sandviç Köpük ile Ramor 500 Zırh Çeliğinin bir araya getirilmesi ve Balistik Performansının Araştırılması, Politeknik Dergisi, 2020, 23(2), 297-310.
• [9] Pul M., & Baydaroğlu V. (2020). B4C/SiC Katkılı Alüminyum Esaslı Kompozitlerin Mekanik Özelliklerin İncelenmesi ve Balistik Performanslarının Modellenmesi, Politeknik Dergisi, 2020, 23(2), 383-392.
• [10] Candan, S. (2009). An investigation on corrosion behaviour of pressure infiltrated Al–Mg alloy/SiCp composites, Corrosion Science, 2009, 51, 1398.
• [11] Yalçın E., & Çanakçı A. (2018). Toz Metalurjisi Yöntemiyle Üretilen ZA27/Grafen Nanokompozitlerin Korozyon Davranışı, NWSA, 2018, 13(2), 157-164.
• [12] Muthusamy, S., & Pandi, G. (2018). Investigation of mechanical and corrosion properties of AA2024–B4C–TiC hybrid metal matrix composites, Surface Review and Letters, 2018, 25(05).
• [13] Özkan, S. (2007). Alüminyum Matrisli SiC Parçacık Takviyeli Kompozitlerin Mekanik Alaşımlama Yöntemiyle Üretimi ve Kuru Aşınma Davranışlarının İncelenmesi. (Master’s dissertation, Gazi University)
• [14] Hasan H., & Ferhat G. (2010). B4C / Al Kompozitlerin Takviye Hacim Oranına Bağlı Olarak Abrasif Aşınma Davranışlarının İncelenmesi, SDU International Technologic Science, 2(1), 15-21, 2010.
• [15] Karabulut H., Çıtak R., & Çi̇ni̇ci̇ H. (2014). Mekanik Alaşımlama Süresinin Al + % 10 Al2O3 Kompozitlerde Eğme Dayanımına Etkisi, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 2014, 28(3), 635-643.
• [16] Xiao-min, Z., Jia-kang, Y., & Xin-yu, W. (2012). Microstructure and properties of Al/Si/SiC composites for electronic packaging, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2012, 22, 1686-1692.
• [17] Erturun, V. (2018). Bilyeli öğütmenin metal matrisli kompozitlerin sinterlemesine etkilerinin incelenmesi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 2018, 9(1), 255–267.
• [18] Pul, M. (2019). Alüminyum 7075 Matrisli Kompozitlerde SiC, B 4 C Ve TiB 2 Takviye Elemanlarının Mekanik Özelliklere Etkilerinin Karşılaştırılması, Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 2019, 7, 180-193.
• [19] Şimşek, İ., Yıldırım, M., Tunçay, T., Özyürek, D., & Şimşek, D. (2018). Mekanik Alaşımlama/Öğütme Yöntemi İle Üretilen Al-SiC Kompozitlerin İncelenmesi, NWSA Academic Journals, 13(2), 165–171.
• [20] Gökmeşe, H., & Karadağ, H. B. (2018). Toz Metal AA 2014-SiC-B4C Kompozit/Hibrit Malzemelerinin Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 2018, 6(2), 385–398.
• [21] Şap, E. (2021). Microstructure and Hardness Properties of Reinforced Copper-Based Composite Materials, Journal of the Institute of Science and Technology, 2021, 11(1), 590-598.
• [22] Şenel, M. C., Gürbüz, M., & Koç, E. (2018). Toz Metalürjisi Metoduyla Üretilen Al-Si3 N4 Metal Matrisli Kompozitlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi, Alüminyum-Grafen Kompozit Yapılarda Çekme Dayanımının, Aşınma Direncinin ve Mikroyapının İncelenmesi, Mühendis ve Makine, 2018, 59 (693), 33-46.
• [23] Can Şenel, M., Gürbüz, M., & Koç, E. (2018). Alüminyum-Grafen Kompozit Yapılarda Çekme Dayanımının, Aşınma Direncinin ve Mikroyapının İncelenmesi, In SETSCI Conference Indexing System, 2018, 3, 144-149.
• [24] M., Bayar, H., Subaşi, M., & Karataş, Ç., (2015). SiC Takviyeli Alüminyum Alaşım Matrisli Kompozit. In Gazi University Journal of Science GU J Sci Part C, 2015, 3(4), 603-612.
• [25] Karacif, K., & Karabulut, H. (2020). Alümina Takviyeli Alüminyum Esaslı Kompozit Malzemelerin Polipirol ile Kaplanması ve Korozyon Davranışının İncelenmesi. Afyon Kocatepe University Journal of Sciences and Engineering, 2020, 20(1), 118–128.
• [26] Karacif, K., Karabulut, H., & Çıtak, R. (2019). Al2O3 Takviyeli Alüminyum Esaslı Kompozit Malzemelerde Mekanik Alaşımlama Süresinin Korozyon Davranışına Etkilerinin İncelenmesi, Uluslararası Muhendislik Arastirma ve Gelistirme Dergisi, 2019, 11(2), 576-583.
• [27] Kösedağ, E., & Ekici, R. (2019). Partikül Takviyeli Metal Matrisli Kompozitlerin Darbe Davranışları Üzerine Bir Derleme, Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 2019, 8 (1), 384-393.