Microstructure and Hardness Properties of Reinforced Copper-Based Composite Materials

Abstract

In this experimental study, composite material with Cu/Mo-SiCp metal matrix was produced by using powder metallurgy method. Powder mixtures were obtained by adding 5 wt.%, 10 wt.%, and 15 wt.% Mo-SiCp powders to the copper main matrix. The powders were mixed in a turbula for approximately four hours to obtain a homogeneous mixture. Prepared mixtures was made by applying cold press pressure of 600 MPa and samples were formed. In the next step, the samples formed were sintered at 1000 0C using 2 different sintering times in the presence of argon gas. Density, microstructure and hardness tests were applied to the produced samples. As a result of the experiments, the microstructures of the reinforcing powders were clearly revealed and increases in the hardness values were found.

Keywords

• Composite materials
• powder metallurgy
• microstructure
• hardness

Güçlendirilmiş Bakır Esaslı Kompozit Malzemelerin Mikroyapı ve Sertlik Özellikleri

Abstract

Deneysel olarak yapılan bu çalışmada, toz metalurjisi metodu kullanılarak Cu-Mo/SiCp metal matrisli kompozit malzeme imal edilmiştir. Bakır ana matris içerisine ağırlıkça % 5, % 10 ve % 15 oranlarında Mo-SiCp tozları eklenerek toz karışımlar elde edilmiştir. Homojen bir karışım elde etmek amacıyla tozlar bir turbula cihazında yaklaşık dört saat karıştırılmıştır. Hazırlanan karışımlara 600 MPa basınç uygulanarak soğuk pres yapılmış olup numuneler oluşturulmuştur. Sonraki aşamada şekillendirilen numuneler argon gazı eşliğinde farklı 2 sinterleme süresi kullanılarak 1000 0C sıcaklıkta sinterleme işlemi uygulanmıştır. Üretilen numuneler yoğunluk, mikroyapı ve sertlik deneylerine tabi tutulmuştur. Deneyler neticesinde, takviye tozlarının mikroyapıları belirgin bir şekilde ortaya çıkmış ve sertlik değerlerinde de artışlar tespit edilmiştir.

Keywords

• Kompozit malzemeler
• toz metalurjisi
• mikroyapı
• sertlik

References

1. Aguilar C, Guzmán D, Castro F, Martínez V, de Las Cuevas F, Lascano S, Muthiah T, 2014. Fabrication of nanocrystalline alloys Cu–Cr–Mo super satured solid solution by mechanical alloying. Materials Chemistry Physics, 146(3): 493-502.
2. Aguilar C, Ordonez S, Marín J, Castro F, Martínez V. 2007, Study and methods of analysis of mechanically alloyed Cu–Mo powders. Materials Science Engineering: A, 464(1-2): 288-294.
3. Dos Santos D T, Salemi A, Cristofolini I, Molinari A, 2019. The tensile properties of a powder Metallurgy Cu–Mo–Ni diffusion bonded steel sintered at different temperatures. Materials Science Engineering: A, 759: 715-724.
4. Gür AK, Yıldız T, Bozkurt N, 2019. 85/15 Bronz Kompozitinde Ni İlavesinin Üretim Parametrelerinde Elektriksel İletkenliğe Etkisi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 10(3): 981-988.
5. Islak S, Çalıgülü U, Hraam HR, Özorak C, Koç V, 2019. Electrical conductivity, microstructure and wear properties of Cu-Mo coatings. Research on Engineering Structures Materials, 5(2).
6. Karakulak E, 2017. Toz Metalurjik Cu-Ti Malzemelerin Sinterlenmesi ve Karakterizasyonu/Sintering and Characterization of Powder Metallurgic Cu-Ti Alloys. Celal Bayar Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 13(1): 245-250.
7. Kırık I, Özdemir N, Çalıgülü U, 2013. Effect of particle size and volume fraction of the reinforcement on the microstructure and mechanical properties of friction welded MMC to AA 6061 aluminum alloy. Kovove Materialy-Metallic Materials, 51(4): 221-227.
8. Martínez Vd P, Aguilar C, Marín J, Ordoñez S, Castro F, 2007. Mechanical alloying of Cu–Mo powder mixtures and thermodynamic study of solubility. Materials Letters, 61(4-5): 929-933.

9. Özgün Ö, Bulut C, 2020. A novel mixing method for powder metallurgy copper‐carbon nanotube composites. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 51(7): 982-991.
10. Özyürek D, Şimşek İ, Dincel Ö, Şimşek D, 2019. Toz Metalürjisi Yöntemiyle Üretilen 17-4 PH Paslanmaz Çeliklerde Mo Miktarının Korozyon Davranışlarına Etkisi. Nevşehir Bilim ve Teknoloji Dergisi, 8: 98-104.
11. Urtekin L, Rahmi Ü, Aydın Ö, 2020. Toz Üretim Süreçlerinin Yağlamalı Yataklar Üzerine Etkisi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 11(2): 647-652.
12. Uzun M, Munis MM, Usca ÜA, 2018. Different ratios CrC particle-reinforced Cu matrix composite materials and investigation of wear performance. Journal of Engineering Research Application, 8(7): 1-7.
13. Uzun M, Münis MM, Usca ÜA, 2018. Farklı oranlarda CrC partikül takviyesi kullanılarak toz metalürjisi yöntemiyle üretilmiş Cu matrisli kompozit malzemelerin mikroyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi. Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 22(2): 495-501.
14. Uzun M, Usca UA, 2018. Effect of Cr particulate reinforcements in different ratios on wear performance and mechanical properties of Cu matrix composites. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences Engineering, 40(4): 197.
15. Yönetken A, 2019. Investigation of the production and mechanical properties of silicon carbide-reinforced composites. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 9(3): 1551-1558.
16. Zhou X, Dong Y, Hua X, Ye Z, 2010. Effect of Fe on the sintering and thermal properties of Mo–Cu composites. Materials Design, 31(3): 1603-1606.