Investigation of Wear Behavior of Multi-Walled Carbon Nanotube Reinforced Regular / Irregularly Shaped Ti-6Al-4V Composites

Yıl 2019, Cilt: 7 Sayı: 3, 1249 - 1260, 31.07.2019

İsmail Topcu , Efecan Karaman

https://doi.org/10.29130/dubited.545434

Cited By: 6

Öz

Çok Duvarlı Karbon Nanotüp Takviyeli Düzenli/ Düzensiz Şekilli Ti-6Al-4V Kompozitlerin Aşınma Davranışlarının İncelenmesi

Öz

Bu çalışmada toz metalurjisinde
yaygın olarak kullanılmakta olan mekanik alaşımlama yöntemi ile düzenli ve
düzensiz şekilli Ti-6Al-4V tozlara farklı oranlarda ilave edilen çok duvarlı
karbon nanotüp (ÇDKNT) tozlarının, farklı üretim şartları ve sinterleme
ortamında üretilmesinin mikroyapı, yoğunluk ve aşınma davranışları incelenmiştir.
Mekanik olarak karıştırılan kompozit tozlar, tek eksenli pres yardımı ile 100
MPa basınç altında sıkıştırılarak, silindirik kompozit numuneler elde
edilmiştir. Elde edilen silindirik numuneler, 1200°C'de 120 dakika süre (10^-3
mbar) vakum ve Argon (Ar) ortamında sinterlenmiştir. Üretilmiş olan
kompozitlerin aşınma davranışları, pin-on-disk aşınma test cihazı kullanılarak
incelenmiştir. Uygun koşullar altında çok duvarlı karbon nanotüp takviyeli kompozit
malzemelerin aşınma oranları sırasıyla aynı mesafede (mm³/Nm), takviyesiz
Ti-6Al-4V’de 9.10^-8, 5.10^-8, 3.10^-9, 3.10^-8,
2.10^-8, 1,87.10^-8 azaldığı görülmüştür. Geliştirilen
aşınma özelliklerine ilave olarak, ÇDKNT oranlarının detaylandırılması ile
ilgili çalışmalar yürütülmüştür. Aşınma test sonuçları, üretilmiş olan kompozit
malzemeden Ti-6Al-4V aşınma modlarına geçişin pozitif ilerleme gösterdiği
tespit edilmiştir. Yapılan bu çalışmada, aşınma direncinin, direkt hacimce
ilave edilen % v/v ÇDKNT oranına göre aynı ağırlıkta (Nm/mm³)
sırasıyla, takviyesiz Ti-6Al-4V’de 1.10⁷, 1,8.10⁷, 2,7.10⁷,
2,82.10⁷, 3,35.10⁷, 5,4.10⁷ azaldığı
görülmüştür. Artan takviye ÇDKNT oranı ile birlikte aşınma özelliklerinin
iyileştiği sonucu elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Toz metalürjisi, Çok duvarlı karbon nanotüp

Kaynakça

• [1] M. A. Erden, S. Barlak, B. Adalı, Ö. Çelikkıran, “Toz Metalurjisi İle Üretilen Nb-V Mikroalaşim Çeliğine Vanadyum İlavesinin Mikroyapi Mekaniksel Özellikleri Üzerine Etkisi,” Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, c. 6, s. 3, ss. 629-636, 2018.
• [2] A. G. Jackson, J. Moteff and F. H. Froes, “Advanced Titanium Alloy Development via Powder Metallurgy,” Powder Metallurgy of Titanium Alloys, pp. 229-241, 1980.
• [3] D. E. Alman and J. A, Hawk, “The abrasive wear of sintered titanium matrix–ceramic particle reinforced composites,” Wear, vol. 225, pp. 629-639, 1999.
• [4] J. Q. Jiang, T. S. Lim, Y. J. Kim, B. K. Kim and H. S. Chung, “In situ formation of TiC–(Ti–6Al–4V) composites,” Materials science and technology, vol. 12, no.4, pp. 362-365, 1996.
• [5] K. G. Budinski, “Tribological properties of titanium alloys,” Wear, vol. 151, no. 2, pp. 203-217, 1991.
• [6] S. Anzawa, H. Takizawa, T. Tanimoto and A. Ogawa, “Development of high strength MWCNT reinforced titanium alloy matrix composites,” In The 11th world conference on titanium program-149, 2007.
• [7] L. Wang, Z. B. Lang and H. P. Shi, “Properties and forming process of prealloyed powder metallurgy Ti-6Al-4V alloy,” Transactions of Nonferrous Metals Society of China, vol 17, pp. 639-643, 2007.
• [8] M. Hagiwara, Y. Kaieda, Y. Kawabe and S. Miura, “Property enhancement of alpha-beta titanium alloys by blended elemental P/M method,” Titanium'92: Science and technology, pp. 887-894, 1993.
• [9] M. Yamada, “An overview on the development of titanium alloys for non-aerospace application in Japan,” Materials Science and Engineering: A, vol. 213, nos. 1-2, pp. 8-15, 1996.
• [10] R. B. Waterhouse and A. Iwabuchi, “High temperature fretting wear of four titanium alloys,” Wear, vol. 106, nos. 1-3, pp. 303-313, 1985.
• [11] W. Cai, X. Feng and J. Sui, “Preparation of multi-walled carbon nanotube-reinforced TiNi matrix composites from elemental powders by spark plasma sintering,” Rare Metals, vol. 31, no. 1, pp. 48-50, 2012.
• [12] H. Ö. Gülsoy, N. Gülsoy and R. Calışıcı, “Particle morphology influence on mechanical and biocompatibility properties of injection molded Ti alloy powder,” Bio-medical materials and engineering, vol. 24, no. 5, pp. 1861-1873, 2014.
• [13] S. Ranganath, “A review on particulate-reinforced titanium matrix composites,” Journal of Materials Science, vol. 32, no.1, pp. 1-16, 1997.
• [14] S. L. Rice, S. F. Wayne and H. Nowotny, “Material transport phenomena in the impact wear of titanium alloys,” Wear, vol. 65, no. 2, pp. 215-226, 1980.
• [15] H. Yamanaka, G. Ken-ichiro and S. Munetaka, "Clinical results of Hi-tech Knee II total knee arthroplasty in patients with rheumatoid athritis: 5-to 12-year follow-up," Journal of Orthopaedic Surgery and Research, vol. 7, no. 1, pp. 9, 2012.
• [16] M. Pul, "Alüminyum 7075 Matrisli Kompozitlerde SiC, B4C Ve TiB2 Takviye Elemanlarının Mekanik Özelliklere Etkilerinin Karşılaştırılması," Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, c. 7, s. 1, ss. 180-193, 2019.
• [17] S. R. Nutt and A. W. Ruff, “A study of the friction and wear behavior of titanium under dry sliding conditions,” Wear of Materials, pp. 426-433, 1983.
• [18] H. Üçışık, “Metalografik numune hazırlama tekniğinde dağlama ve dağlama reaktifleri,” İTÜ Kimya-Metalurji Fakültesi, İstanbul, 1981.
• [19] Z. Y. Ma, R. S. Mishra and S. C. Tjong, “High-temperature creep behavior of TiC particulate reinforced Ti–6Al–4V alloy composite,” Acta materialia, vol. 50, no. 17, pp. 4293-4302, 2002.
• [20] K. S. Prakash, P. M. Gopal, D. Anburose and V. Kavimani, “Mechanical, corrosion and wear characteristics of powder metallurgy processed Ti-6Al-4V/B4C metal matrix composites,” Ain Shams Engineering Journal, 2016.
• [21] H. Ö. Gülsoy, M. K. Bilici, Y. Bozkurt and S. Salman, “Enhancing the wear properties of iron based powder metallurgy alloys by boron additions,” Materials and Design, vol. 28, no.7, pp. 2255-2259, 2007.
• [22] İ. Topcu, A. N. Güllüoğlu, M. K. Bilici ve H. Ö. Gülsoy, “Karbon nanotüp takviyeli Ti-6Al-4V/KNT kompozitlerin aşınma davranışlarının incelenmesi,” Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, c. 34, s.3, ss. 1441-1449, 2019.