Investigation of Mechanical and Wear Properties of Hexagonal Boron Nitride Reinforced ZA40 Alloy

Year 2021, Volume: 11 Issue: 2, 716 - 730, 15.12.2021

Emre Deniz Yalçın , Aykut Çanakçı

https://doi.org/10.31466/kfbd.988720

Abstract

In this study, samples were produced using powder metallurgy technique and hot press method by adding 0-% 1-% 2- 3% and 4% hexagonal structured boron nitride (h-BN) to ZA40 zinc-aluminum alloy by weight. These mixtures were ground in a planetary type high-energy ball mill at 400 rpm for 3 hours at room temperature and 60% relative humidity. Composite were produced from the ground powders under 700 MPa pressure at 495 ° C by using hot pressing technique. Abrasion experiments were carried out under 5N and 10N loads in dry friction environment by using ball on disc technique. The weight losses of the samples were calculated in the wear tests. Morphology, internal structure images and examination of wear surfaces (SEM) of the samples were investigated using scanning electron microscopy and X-Ray diffraction. The results clearly showed that there are mechanical, physical and tribological differences between the h-BN reinforced ZA40 and the matrix material. It was observed that the wear values decreased significantly with increasing h-BN reinforcement.

Keywords

ZA40, h-Boron Nitride, Wear, Powder Metallurgy

Hegzagonal Bor Nitrür Takviyeli ZA40 Alaşımının Mekanik ve Aşınma Özelliklerinin Araştırılması

Abstract

Bu çalışmada ZA40 çinko-alüminyum alaşımına ağırlıkça % 0-%1-%2-%3 ve %4 oranında hegzagonal yapılı bor nitrür (h-BN) katılarak toz metalürjisi tekniği ve sıcak pres yöntemi kullanılarak numuneler üretilmiştir. Bu karışımlar gezegen tipi yüksek enerjili bilyeli öğütücüde 3 saat öğütme süresinde oda sıcaklığında ve %60 bağıl nem altında 400 rpm devirde öğütülmüştür. Öğütülen tozlardan 495 °C’ de 700 MPa basınç altında, sıcak presleme tekniği kullanılarak kompozitler üretilmiştir. Aşınma deneyleri ball on disk tekniği kullanılarak kuru sürtünme ortamında 5N ve 10N yükler altında gerçekleştirilmiştir. Aşınma deneylerinde numunelerin ağırlık kayıpları hesaplanmıştır. Numunelerin morfolojileri, içyapı görüntüleri ve aşınma yüzeylerinin incelenmesi (SEM) Taramalı elektron mikroskobu ve X-Ray difraksiyonu kullanılarak incelenmiştir. Ortaya çıkan sonuçlara göre h-BN takviyeli ZA40 ile matris malzemesi arasında mekanik, fiziksel ve tribolojik farklılıkların olduğu açıkça görülmüştür. Özellikle artan h-BN takviyesinde aşınma değerlerinin belirgin ölçüde azalma gösterdiği gözlenmiştir.

Keywords

ZA40, h-BN, Aşınma, Toz Metalurjisi

References

• Dama K., Prashanth L., Madeva N., Mathapati R., Mb. H. (2017). Microstructure and Mechanical Behavior of B4C Particles Reinforced ZA27 Alloy Composites, Materials Today Proceeding 7546-7553.
• Hsu C-I., Wang G-L. L. Ger M-D., Hou K-H., (2016). Corrosion Behaviour of Electroless Deposited Ni–P/BN(h) Composite Coating. Int. J. , Electrochemical. Science 11, 4352-61.
• Hsu C-II., Hou K-H., Ger M-D., Wang G-L. L., (2015). The effect of incorporated self-lubricated BN(h) particles on the tribological properties of Ni-P/BN(h) composite coatings, Applied. Surface. Science,, 357, 1727-35,.
• Kumar N. S. (2018). Mechanical and Wear Behavior of ZA-27/Sic/Gr Hybrid Metal Matrix Composites. Materials Today: Proceedings, (5), 19969-19975.
• Li, M., Lu, S., Long, F. et al. (2015). Effect of Y Addition on the Mechanical Properties and Microstructure of Zn-Al Alloys. JOM 67, 922–928.
• Savaskan, T., Hekimoglu, A.P., Purcek, G., (2004). Effect of copper content on the mechanical and sliding wear properties of monotectoid-based zinc–aluminium-copper alloys. Tribology International 37, 45–50.
• Smith, W., (1993). Structures and properties of engineering alloys. (2nd ed.) New York, , McGraw Hill,
• Ranganath G, Sharma SC, Krishna M. (2001) “Dry sliding wear of garnet reinforced zinc/aluminium metal matrix composites”. Wear; (251),1408–1413.
• Yalçın, E. D. (2018). ZA27/Grafen/B4C Nanokompozitlerin Toz Metalurjisi Yöntemi ile Üretilmesi ve Özelliklerinin İncelenmesi. Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon
• 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. (2021, Nisan). Wear Properties of ZA40/Ni Alloy Composites International Congress of Academic Research-(ICAR), (s. 91-96). Ankara.
• Yalçın E. D., Çanakçı A., (2021, Temmuz). Hegzegonal Bor Nitrür Katkılı ZA40 Alaşımının Aşınma Parametrelerinin İncelenmesi, UBCAK6 , (s.91-96) Ankara.