Toz Metalürjisi Metoduyla Üretilen Al-Si3N4 Metal Matrisli Kompozitlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi

Year 2018, Volume: 59 Issue: 693, 33 - 46, 31.12.2018

Mahmut Can Şenel , Mevlüt Gürbüz , Erdem Koç

Abstract

Bu çalışmada, toz metalürjisi metoduyla alüminyum matrise ağırlıkça %0-12 arasında değişen oranlarda Si3N4 katkısı yapılmış ve takviye oranının kompozitlerin mekanik özelliklerine olan etkisi incelenmiştir. Üretilen kompozitlerin mikroyapısı ve kristal yapısı, sırasıyla taramalı elektron mikroskobuyla (SEM) ve X-ışını difraktometresiyle (XRD) analiz edilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda, saf alüminyumun sertlik değeri yaklaşık 28 HV olup, ağırlıkça %9 Si3N4 katkısıyla sertliğin 58 HV’ye kadar arttığı gözlenmiştir. Saf alüminyumun maksimum basma dayanımı 100 MPa iken %9 Si3N4 katkısında 268 MPa’ya yükselmiştir. Bu katkı oranından sonra ise Si3N4 tozlarının topaklanmasıyla beraber deneysel yoğunluğun, sertliğin ve basma dayanımının düştüğü tespit edilmiştir. Sonuç olarak, Si3N4 takviyesinin belli bir orana kadar alüminyum kompozitlerin mekanik özellikleri ve mikroyapısı üzerine olumlu katkı yaptığı gözlenmiştir. 

Keywords

Alüminyum, silisyum nitrür

Supporting Institution

Ondokuz Mayıs Üniversitesi

Project Number

PYO.MUH.1902.15.001

Thanks

Bu çalışma, Ondokuz Mayıs Üniversitesi’nin PYO.MUH.1902.15.001 ve PYO.MUH.1904.16.002 numaralı projeleriyle desteklenmiştir. Karakterizasyon çalışmaları Karadeniz İleri Teknoloji Araştırma Merkezi’nde (KİTAM) gerçekleştirilmiştir. Bu katkılarından dolayı Ondokuz Mayıs Üniversitesi’ne teşekkür ederiz.

The Investigation on Mechanical Properties of Al-Si3N4 Metal Matrix Composites Fabricated by Powder Metallurgy Method

Abstract

In this study, 0-12wt.% of Si3N4 was added to the aluminum matrix by powder metallurgy method. The effect of the reinforcement amount on the mechanical properties of aluminum composites was examined. Microstructure and crystal structure of these composites were analyzed by scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffractometry (XRD), respectively. As a result of the experiments, it was observed that the hardness value of pure aluminum was approximately determined as 28 HV. The hardness of aluminum composites increased to 58 HV with the addition of 9wt.% Si3N4 to aluminum matrix. The ultimate compressive strength of pure aluminum was obtained as 100 MPa. On the other hand, the ultimate compressive strength of Al-9%Si3N4 composite was increased to 268 MPa. After this content (9wt.% Si3N4), it was determined that the experimental density, hardness and ultimate compressive strength decreased due to the agglomeration tendency of Si3N4 powders. As a result, it was observed that a certain amount of Si3N4 reinforcement makes a positive contribution to the mechanical properties and microstructure of aluminum based composites.

Keywords

Aluminum, silicon nitride

Project Number

PYO.MUH.1902.15.001

References

• Kalemtaş, A. 2014. “Metal Matrisli Kompozitlere Genel Bir Bakış”, Putech & Composites, Ekim-Kasım-Aralık sayısı, s. 18-30.
• Şahin, İ. 2014. “Alüminyum Matrisli Kompozit Malzemelerin Matkap ile Delinmesi Konusunda Yapılan Çalışmaların İncelenmesi”, Mühendis ve Makina Dergisi, cilt 55, sayı 649, s. 9-16.
• Şenel, C. M., Gürbüz, M., Koç, E. 2015. “Grafen Takviyeli Alüminyum Matrisli Yeni Nesil Kompozitler,” Mühendis ve Makina, cilt 56, sayı 669, s. 36-47.
• Akbulut, A., Tatlı, Z., Çalışkan, F. 2009. “Si3N4 Seramiklerinin Al2O3, MgO Katkıları Kullanılarak Basınçsız Sinterlenmesi”, 5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS’09), Karabük, Türkiye.
• Bağcı, C. 2007. “Sepiyolitten Silisyum Nitrür (Si3N4) Tipi Teknolojik Seramik Malzeme Üretimi ve Karakterizasyonu”, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
• Kumar, N. M., Kumaran, S.S., Kumaraswamidhas, L. A. 2015. “An Investigation of Mechanical Properties and Corrosion Resistance of Al2618 Alloy Reinforced with Si3N4, AlN and ZrB2 Composites”, Journal of Alloys and Compounds, vol. 652, p. 244-249.
• Arik, H. 2008. “Effect of Mechanical Alloying Process on Mechanical Properties of α-Si3N4 Reinforced Aluminum-Based Composite Materials”, Materials and Design, vol. 29, p. 1856-1861.
• Kumar, N. M., Kumaran, S. S., Kumaraswamidhas, L. A. 2016. “Aerospace Application on Al2618 with Reinforced-Si3N4, AlN and ZrB2 in-situ Composites”, Journal of Alloys and Compounds, vol. 672, p. 238-250.
• Sharma, P., Sharma, S., Khanduja, D. 2015. “Production and Some Properties of Si3N4 Reinforced Aluminium Alloy Composites”, Journal of Asian Ceramic Societies, vol. 3, p. 352–359.
• Kumar, N. M., Kumaran, S.S., Kumaraswamidhas, L. A. 2016. “Wear Behaviour of Al 2618 Alloy Reinforced with Si3N4, AlN and ZrB2 in situ Composites at Elevated Temperatures, Alexandria Engineering Journal, vol. 55, p. 19-36.
• Aluminium-Specifications, Properties, Classifications and Classes, Supplier Data by Aalco, www.azom.com/article.aspx?ArticleID=2863#7, son erişim tarihi: 17 Ağustos 2017.
• Alpay, B. Y. 2014. “Investigation of the Production of Silicon Nitride from Turkish Rice Husks”, The Degree of Master Science, Middle East Technical University, Institute of Science, Metallurgy and Materials Engineering.
• Şenel, M. C., Gürbüz, M., Koç, E. 2017. “Fabrication and Characterization of SiC and Si3N4 Aluminum Matrix Composites by Powder Metallurgy Method”, Universal Journal of Material Science, vol. 5, no. 5.