Grafen takviyeli alüminyum esaslı kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu

Öz

Alüminyum esaslı metal matrisli kompozitler (AL-MMK); kompozit yapıda yüksek mukavemet, iyileştirilmiş rijitlik, daha düşük yoğunluk, iyileştirilmiş ısıl ve elektriksel özellikler elde etmek amacıyla kullanılmaktadır. AL-MMK’larda SiC, Al₂O₃, WC, TiC’ün yanında son yıllarda grafen nano tabaka da takviye elemanı olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, toz metalürjisi metoduyla saf alüminyum ve ağırlıkça %0.1, %0.3, %0.5 oranında grafen takviyeli alüminyum esaslı kompozitler üretilmiştir. Üretilen kompozitlerin kristal yapı analizi için X-ışını kırınım cihazı (XRD), yüzey ve içyapı karakterizasyonu içinse taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Bu çalışmayla, grafen takviyeli alüminyum esaslı kompozitlerde, grafen katkı oranı, sinterleme süresi ve sinterleme sıcaklığının kompozitlerin yoğunluğuna ve mikro Vickers sertliğine olan etkisi incelenmiştir. En iyi mikro Vickers sertlik değerine ağırlıkça %0.1 grafen takviyesinde, 180 dk sinterleme süresinde ve 630 °C’lik sinterleme sıcaklığında ulaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Alüminyum,Grafen,Toz metalürjisi,Karakterizasyon

The fabrication and characterization of graphene reinforced aluminum composites

Abstract

Aluminum based metal matrix composites (AL-MMC) can be used in order to obtain the high strength, good stiffness, low density, good thermal and electrical properties. In recent years, graphene nanoplates (GNPs) have been used as reinforcement element as well as SiC, Al₂O₃, WC, TiC in AL-MMC. In this study, pure aluminum and graphene reinforced aluminum composites (0.1wt.%, 0.3wt.%, 0.5wt.% GNPs) were fabricated with powder metallurgy method. The crystal structure and microstructure of fabricated composites were analyzed with X-Ray diffractometer (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). With this study, the effects of GNPs content, sintering time and sintering temperature were investigated on density and micro Vickers hardness of composites. The maximum micro Vickers hardness was obtained at 0.1wt.% GNPs addition, t_S=180 min. sintering time and T_S=630 °C sintering temperature.

Keywords

• Aluminum,Graphene,Powder metallurgy,Characterization

References

1. Kalemtaş A. “Metal matrisli kompozitlere genel bir bakış”. Putech&Composites, 22, 18-30, 2014.
2. Şahin İ. “Alüminyum matrisli kompozit malzemelerin matkap ile delinmesi konusunda yapılan çalışmaların incelenmesi”. Mühendis ve Makina Dergisi, 55(649), 9-16, 2014.
3. Kurşun T. “Alüminyum esaslı SiC takviyeli metal matrisli kompozitlerin birleştirilmesinde Al4C3 oluşumunun önlenmesi ve sinerjik kontrollü darbeli MIG (GMAW-P) kaynak yöntemi”. Selçuk Üniversitesi Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu Teknik-Online Dergi, 10(1), 86-98, 2011.
4. Azo Materials. “Aluminium-Specifications, Properties, Classifications and Classes, Supplier Data by Aalco”. http://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=2863#7 (03.11.2016).
5. TMMOB Metalürji Mühendisleri Odası. “Alüminyum Raporu”. Ankara, Türkiye, 2006.
6. Geim AK, Novoselov KS. “The rise of graphene”. Nature Materials, 6, 183-191, 2007.
7. Randviir EP, Brownson DAC, Banks CE. “A decade of graphene research: production, applications and outlook”. Materials Today, 17(9), 426-432, 2014.
8. Savage N. “Materials science: super carbon”. Nature, 482, 30-31, 2012.

9. Bastwros M, Kim GY, Zhang, CZK, Wang S, Tang X. “Effect of ball milling on graphene reinforced Al6061 composite fabricated by semi-solid sintering”. Composites: Part B, 60, 111–118, 2014.
10. Rashad M, Pan F, Tang A, Asif M. “Effect of graphene nanoplatelets addition on mechanical properties of pure aluminium using a semi-powder method”. Progress in Natural Science: Materials International, 24(2), 101-108, 2014.
11. Wang J, Li Z, Fan G, Pan H, Chen Z, Zhang D. “Reinforcement with graphene nanosheets in aluminium matrix composites”. Scripta Materialia, 66(8), 594–597, 2012.
12. Yan SJ, Dai SL, Zhang XY, Yang C, Hong QH, Chen JZ, Lin ZM. “Investigating aluminum alloy reinforced by graphene nanoflakes”. Materials Science&Engineering A, 612, 440–444, 2014.
13. Kumar HG, Xavior MA. “Graphene reinforced metal matrix composite (GRMMC): A review”. Pocedia Engineering, 97, 1033-1040, 2014.