Toz Metalürjisi ve Sıcak Preslemeyle Üretilen Karbon Nanotüp Katkılı Al6061 Matrisli Kompozitlerin Mikroyapısının ve Mekanik Özelliklerinin Araştırılması

Year 2024, , 669 - 682, 18.06.2024

Mahmut Can Şenel , Tülin Şenbaş

https://doi.org/10.31466/kfbd.1420694

Abstract

Alüminyum esaslı kompozitler; hafif olmaları, iyi ısıl ve elektriksel iletkenliğe sahip olmaları, mekanik dayanımlarının yüksek olması sebebiyle çeşitli endüstriyel alanlarda (havacılık, otomotiv, uzay sanayi vb.) sıklıkla kullanılmaktadır. Bu çalışmada, toz metalürjisi ve sıcak presleme yöntemleriyle karbon nanotüp (KNT) katkılı (ağırlıkça %0,1-0,5) Al6061 esaslı kompozitler üretilmiştir. Üretilen numunelerin faz yapısı ve mikroyapısı analiz edilip deneysel yoğunluğu, gözeneklilik oranı, sertliği ve basma dayanımı tespit edilmiştir. Yürütülen testler sonucunda Al6061 alaşımına kıyasla Al6061-%0,1KNT kompozitin sertliğinin ve basma dayanımının sırasıyla %10,2 ve %21 oranlarında iyileştiği görülmüştür. Sonuç olarak karbon nanotüp katkısının ağırlıkça belirli bir orana (%0,1) kadar mekanik özellikleri iyileştirdiği ve karbon nanotüpün alüminyum matrisli kompozitler için etkili bir takviye elemanı olduğu belirlenmiştir.

Keywords

Al6061 alaşımı, Karbon nanotüp, Kompozit, Mikroyapı, Dayanım

Ethical Statement

Yapılan çalışmada araştırma ve yayın etiğine uyulmuştur.

Supporting Institution

Yürütülen çalışma PYO.MUH.1901.22.008 kodlu proje ile Ondokuz Mayıs Üniversitesi tarafından desteklenmiştir.

Project Number

PYO.MUH.1901.22.008

Thanks

Bu çalışmada, SEM ve XRD analizi konusunda vermiş olduğu destekten dolayı Karadeniz İleri Tekonoloji Araştırma ve Uygulama Merkezi’ne (KİTAM) teşekkür ederiz.

Investigation of Microstructure and Mechanical Properties of Carbon Nanotube Reinforced Al6061 Matrix Composites Produced by Powder Metallurgy and Hot Pressing

Abstract

Aluminum-based composites are frequently utilized in various industrial areas (aviation, automotive, space industry, etc.) because they have lightweight structure, good thermal and electrical conductivity, and high mechanical strength. In this study, carbon nanotube (CNT) reinforced (0.1-0.5% by weight) Al6061 alloy matrix composites were fabricated via hot-pressing and powder metallurgy methods. The phase structure and microstructure of the produced specimens were analyzed, and their experimental density, porosity ratio, hardness, and compressive strength were determined. As a result of the performed tests, it was seen that hardness and compressive strength of the Al6061-0.1%CNT composite improved by 10.2% and 21%, respectively, compared with Al6061 alloy. Consequently, it is determined that carbon nanotube contribution up to a certain percentage (0.1wt.%) improves mechanical properties, and carbon nanotube is an effective reinforcement element for aluminum matrix composites.

Keywords

Al6061 alloy, Carbon nanotube, Composite, Microstructure, Strength

Project Number

PYO.MUH.1901.22.008

References

• Cao, L., Chen, B., Wan, J., Kondoh, K., Guo, B., Shen, J., and Li, J.S., (2022). Superior high-temperature tensile properties of aluminum matrix composites reinforced with carbon nanotubes. Carbon, 191, 403-414.
• Chawla, K.K., (2006). Composite Materials, New York: Springer.
• Choi, H.J., Shin, J.H., and Bae, D.H., (2012). The effect of milling conditions on microstructures on microstructures and mechanical properties of Al/MWCNT composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 43, 1061-1072.
• Demir, M., (2022). İndüksiyonla sıcak işlemin grafen ve/veya Si3N4/B4C takviyeli Al6061 esaslı kompozitlerin mekanik, tribolojik özelliklerine ve mikroyapısına olan etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Samsun.
• Dieter, G.E., (1961). Mechanical Metallurgy. UK: McGraw-Hill.
• Dong, X., Zeng, M., and Yan, H., (2024). Microstructure and mechanical properties of Cu-coated carbon-nanotubes-reinforced aluminum matrix composites fabricated by ultrasonic-assisted casting. Metals, 14(3), 1-17.
• Erdoğan, M., (2005). Çelik takviyeli alüminyum kompozit üretimi ve mekanik özelliklerinin deneysel incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Dumlupınar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kütahya.
• German, R. M., (2005). Powder metallurgy and particulate materials processing. New Jersey: Princeton University Press.
• Khan, M.A., Uz Zaman, A., Khan, K.I., Karim, M.R.A., Hussain, A., and Haq, E., (2024). Synergistic effects of carbon nanotubes (CNTs) and white graphite (h-BN) on the microstructure and mechanical properties of aluminum matrix composites. Arabian Journal for Science and Engineering, 1-14.
• Koli, D.K., Agnihotri, G., and Purohit, R., (2012). Advanced aluminium matrix composites: the critical need of automotive and aerospace engineering fields. Materials Today: Proceedings, 2(4-5), 3032-3041.
• Macke, A., Schultz, B.F., and Rohatgi, P., (2012). Metal matrix composites offer the automotive industry an opportunity to reduce vehicle weight improve performance. Advanced Materials&Proceedings, 170, 19-23.
• Mansoor, M., and Shahid, M., (2016). Carbon nanotube-reinforced aluminum composite produced by induction melting. Journal of Applied Research and Technology, 14(4), 215-224.
• Mohammed, S.M.A.K., and Chen, D.L., (2019). Carbon nanotube reinforced aluminum matrix composites. Advanced Engineering Materials, 22, 1-26.
• Raviathul Basariya, M., Srivastava, V.C., and Mukhopadhyay, N.K., (2014). Microstructural characteristics and mechanical properties of carbon nanotube reinforced aluminum alloy composites produced by ball milling. Materials and Design, 64, 542-549.
• Sridhar, I., and Narayanan, K.R., (2009). Processing and characterization of MWCNT reinforced aluminum matrix composites. Journal of Materials Science, 44, 1750-1756.
• Şahin, İ., (2014). Alüminyum matrisli kompozit malzemelerin matkap ile delinmesi konusunda yapılan çalışmaların incelenmesi. Mühendis ve Makina Dergisi, 55(649), 9-16.
• Şahin, Y., (2006). Kompozit malzemelere giriş, Ankara: Seçkin Yayınevi.
• Şenel, M.C., Gürbüz, M., ve Koç, E., (2015). Grafen takviyeli alüminyum matrisli yeni nesil kompozitler. Mühendis ve Makina Dergisi, 56(669), 36-47.
• Şenel M.C., and Gürbüz, M., (2020). Investigation on mechanical properties and microstructure of B4C/graphene binary particles reinforced aluminum hybrid composites. Metals and Materials International, 27, 2438-2449.
• Şenel, M.C., Gürbüz, M., and Koç, E., (2018). Mechanical and tribological behaviors of aluminum matrix composites reinforced by graphene nanoplatelets. Journal of Materials Science and Technology, 34(16), 1980-1989.
• Pul, M., (2010). Al matrisli MgO takviyeli kompozitlerin infiltrasyon yöntemi ile üretilmesi ve işlenebilirliğinin değerlendirilmesi. Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
• Topcu, I., (2018). Karbon nanotüp takviyeli alüminyum matriksli AlMg/KNT kompozitlerinin mekanik davranışlarının incelenmesi. Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 4(1), 99-109.