Nano Bor Nitrür Takviyeli Alüminyum Tozlarının Ultra Yüksek Frekanslı İndüksiyon Sistemi ile Sinterlenmesi

Abstract

Yapılan çalışmada, Nano Bor Nitrür takviyeli Alüminyum tozlarına; 2.8 kW güç ve 900 kHz'lik Ultra Yüksek Frekanslı İndüksiyon Sistemi’yle toz sinterlenmesi işlemi yapılmıştır. Nano Bor Nitrür katkılı alüminyum matrisli toz kompozisyonları; 20 bar basınç altında tek eksenli tek tesirli bir kalıp içerisinde soğuk pres ile sıkıştırılmış, ardından belirlenen parametreler ile sinterlenmiştir. %0.1, %0.5, %1, %2 ve %5 Nano Bor Nitrür takviyeli alüminyum kompozitleri olmak üzere 5 farklı kompozisyonda işlem yapılmıştır. Bu 5 farklı kompozisyonun sinterleme sıcaklığı olarak 600°C, 650°C ve 700°C sıcaklık belirlenmiştir. Bu optimizasyonlar ayrı ayrı olmak üzere 3, 5 ve 10 dakika İndüksiyon Sinterleme işlemine tabi tutulmuştur. Oluşan numuneler, yaklaşık olarak 16.00 mm çapında ve 4.75 mm yüksekliğinde bozuk para benzeri yapıdadır. Sıcaklık, süre ve katkı oranı ile belirlenen 45 adet numunenin üretiminin ardından; bu numunelerin sertlik, yoğunluk, enerji verim ve SEM sonuçları kendi arasında karşılaştırılmış, Ultra Yüksek Frekanslı sinterlemenin Nano Bor Nitrür takviyeli Alüminyum malzeme üzerine etkileri araştırılmıştır.

Keywords

• Alüminyum
• Nano bor nitrür
• İndüksiyonla sinterleme
• Penetrasyon derinliği,
• Toz metalurjisi

Ultra High Frequency Induction System Sintering of Nano Boron Nitride Reinforced Powder Aluminum

Abstract

In the study, powder sintering of Nano Boron Nitride reinforced Aluminum powders was applied with a 2.8 kW power, 900 kHz Ultra High Frequency Induction System.Nano Boron Nitride reinforced aluminum matrix powder compositions were compressed by a cold press in a uniaxial single-acting mold under 20 bar pressure, afterwards sintered with the given parameters. Five different compositions which are 0.1 wt.%, 0.5 wt.%, 1 wt.%, 2 wt.% and 5 wt.% Nano Boron Nitride reinforced aluminum composites were processed. In order to sinter these 5 different compositions, temperatures of 600°C, 650°C and 700°C were determined. These optimizations were carried out separately by subjecting them to Induction Sintering for 3, 5 and 10 minutes. The resulting samples are approximately 16.00 mm in diameter and 4.75 mm in height with a coin-like structure. After the production of 45 samples determined by temperature, time and additive ratio; hardness, density, energy efficiency and SEM results of these samples were compared among themselves and the effects of Nano Boron Nitride reinforcement on Induction Sintering were revealed.

Keywords

• Aluminum
• Nano boron nitride
• Induction sintering
• Penetration depth
• Powder metallurgy

References

1. M. Sekmen, M. Günay, U. Şeker, Alüminyum alaşımlarının işlenmesinde kesme hızı ve talaş açısının yüzey pürüzlülüğü, yığıntı talaş ve yığıntı katmanı oluşumu üzerine etkisi, Politeknik Dergisi, 18(3) (2015) 141-148.
2. V. Guerra, C. Wan, T. McNally, Thermal conductivity of 2D nanostructured boron nitride (BN) and its composites with polymers, Progress in Materials Science, 100 (2019) 170-186.
3. M. Loeblein, S. H. Tsang, M.Pawlik, E.J.R. Phua, H. Yong, X.W. Zhang & E.H.T. Teo, High-density 3D-boron nitride and 3D-graphene for highperformance nano–thermal interface material. ACS Nano, 11(2), 2017, 2033-2044.
4. M. K. Gupta, M.E. Korkmaz, M. Sarıkaya, G.M. Krolczyk, M. Günay, S. Wojciechowski, Cutting forces and temperature measurements in cryogenic assisted turning of AA2024-T351 alloy: An experimentally validated simulation approach, Measurement, 188 (2022) 110594.
5. H. Ateş, E. Bahçeci, Nano malzemeler için üretim yöntemleri, Gazi University Journal of Science Part C: Design and Technology, 3(2) (2015) 483-499.
6. İ.A. Karamanlı, M. Günay, Seramik malzemelerin işlenmesinde uygulanan alışılmamış imalat yöntemleri, Konya Journal of Engineering Sciences, 10(4) (2022) 1061-1082.
7. M. Pul, Karbon nanotüp (cnt) ve nano grafen (g) takviyeli al 2024 kompozitlerin vorteks yöntemiyle üretilerek aşınma ve işlenebilme özelliklerinin incelenmesi, International Journal of Engineering Research and Development, 11(1), 2019, 370-382.
8. A. Kaçal, F. Yıldırım, M. Koyunbakan, Sac malzeme yüzey pürüzlülüğünün fiber-metal tabakalı kompozitlerin mekanik özelliklerine olan etkisi, El-Cezeri, 8(3) (2021) 1215-1228.

9. P.L. Niu, W.Y. Li, N. Li, Y.X. Xu, D.L. Chen, Exfoliation corrosion of friction stir welded dissimilar 2024-to-7075 aluminum alloys, Materials Characterization, 147 (2019) 93-100.
10. S.T. Mavhungu, E.T. Akinlabi, M.A. Onitiri, F.M. Varachia, Aluminum matrix composites for industrial use: advances and trends, Procedia Manufacturing, 7 (2017) 178-182.
11. H. Dedeakayoğulları, A. Kaçal, Eklemeli imalat teknolojileri ve kullanılan talaşlı imalat yöntemleri üzerine yapılan çalışmaların değerlendirilmesi, İmalat Teknolojileri ve Uygulamaları, 1(1), 2020, 1-12.
12. Arenal, A. Lopez‐Bezanilla, Boron nitride materials: an overview from 0D to 3D (nano) structures. wiley ınterdisciplinary reviews: Computational Molecular Science, 5(4) (2024) 299-309.
13. H. Aydın, Nanoyapılı Hegzagonal bor nitrür üretimi ve karakterizasyonu, Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 30(2) (2018) 269-275.
14. M. Clausi, M. Zahid, A. Shayganpour, I.S. Bayer, Polyimide foam composites with nano-boron nitride (BN) and silicon carbide (SiC) for latent heat storage, Advanced Composites and Hybrid Materials, 5(2), 2022, 798-812.
15. B. Karaca, U. Çavdar, Saf ve bor karbür takviyeli alüminyum tozlarının ultra yüksek frekanslı indüksiyon jeneratörü ile sinterlenmesi, Mühendis ve Makina, 55 (2014) 59-64.
16. C. Çivi, E. Atik, Bakır ve grafit içeren demir esaslı malzemelerin indüksiyon ile sinterlenmesinde sinterleme sıcaklığının malzeme dayanımına etkisi, Celal Bayar University Journal of Science, 13(2) (2017) 467-473.
17. E. Atik, C. Çivi, C. Kökey, G. Eyici, Toz metal parçalar ile çelik parçaların indüksiyon ile sinterleme yöntemiyle birleştirilmesi, Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 31 (2016) 117-122.
18. M. Ortega Varela de Seijas, M, A. Bardenhagen, T. Rohr, & E. Stoll, Indirect ınduction sintering of metal parts produced through material extrusion additive manufacturing, Materials, 16(2), (2023) 885.
19. B. Gül, U. Gezici, M. Ayvaz, U. Çavdar, The comparative study of conventional and ultra-high frequency induction sintering behavior of pure aluminum, International Advanced Researches and Engineering Journal, 4(3) (2020) 173-179.