Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

Investigation of Mechanical Properties and Phase Transformations of Al84Y10Ni4Co2 Alloy Produced by Rapid Solidification

Yıl 2025, Cilt: 37 Sayı: 2, 877 - 884, 30.09.2025
https://doi.org/10.35234/fumbd.1691862

Öz

In the current study, Al84Y10Ni4Co2 alloy was obtained as amorphous ribbons by rapid solidification method. Phase identification of the alloy were examined by X-ray diffraction (XRD), and thermal properties such as, phase transformation temperatures and activation energy were examined by differential scanning calorimetry (DSC). The mechanical properties of the alloy at room temperature and high temperatures were examined by Vickers microhardness (HV) measurement. XRD results showed that the alloy produced by rapid solidification had an amorphous structure. However, at temperatures above 544 K, phase transformation occurred and the alloy became crystalline. DSC results show that the crystallization onset temperature (Tx) of the amorphous Al84Y10Ni4Co2 alloy was 544 K, the alloy exhibits a distinct glass transition temperature (Tg) and a large supercooled liquid region (Tx) before crystallization. Tg and Tx values of amorphous Al84Y10Ni4Co2 alloy were measured as 511 K and 33 K, respectively. The activation energy of the crystallization peak was determined with the Kissinger equation and found to be 258 kJ/mol. The hardness value of the amorphous alloy at room temperature was measured as 388 HV. The microhardness value increased as a result of thermal treatment and reached 564 HV at 550 K. The hardness value of the alloy decreased at temperatures higher than 550 K and the alloy became brittle.

Proje Numarası

Proje No: 2010/5-13 YLS

Kaynakça

  • Chen J, Lengsdorf R, Henein H, Herlach D. M, Dahlborg U, Calvo-Dahlborg M. Microstructure evolution in undercooled Al–8 wt% Fe melts: comparison between terrestrial and parabolic flight conditions. J Alloys Compd, 2013; 556: 243-251.
  • Kaya H, Böyük U, Çadırlı E, Maraşlı N. Measurements of the microhardness, electrical and thermal properties of the Al–Ni eutectic alloy. Materials & Design, 2012; 34: 707-712.
  • Troeger LP, Starke EA. Microstructural and mechanical characterization of a superplastic 6xxx aluminum alloy. Mater Sci Eng A, 2000; 277: 102-113.
  • Inoue A. Amorphous, nanoquasicrystalline and nanocrystalline alloys in Al-based systems. Progress in Mater Sci, 1998; 43: 365-520.
  • Dursun T, Soutis C. Recent developments in advanced aircraft aluminium alloys. Mater Design, 2014; 56: 862–871.
  • Inoue A. Stabilization of metallic supercooled liquid and bulk amorphous alloys. Acta Materialia, 2000; 48: 279-306.
  • Zhang L, Zhang H, Ji B, Liu L, Liu X, Chen D. Application of Machine Learning in Amorphous Alloys. Materials, 2025; 18: 1771.
  • Wang W. Development and Implication of Amorphous Alloys. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2022; 37(3): 1-9.
  • Sahu A, Maurya RS, Laha T. Advances in Synthesis and Characterization of Aluminum-Based Amorphous Alloys, A Review Advan Eng Mater, 2024; 26(1): 761-784.
  • Viet NH, Oanh NTH, Quynh PND, Lap TQ, Kim JS. Thermal stability of amorphous Al-Fe-Y alloy prepared by mechanical alloying. Mater. Sci. Forum, 2015; 804: 271-274.
  • Li W, Kong LT, Li JF. Thermal stability and crystallization behavior of Al86Ni9Y5 amorphous alloys with different Si addition. Mater Charac, 2022; 194: 112-122.
  • Yuan J, Jing Z, Zhang Z, Lu W, Zhang S, Cheng Y, Liang X. Tribocorrosion behavior of Al-based amorphous coatings prepared by different spraying methods. J Mater Research and Techn, 2025; 35: 220-234.
  • Jin Y, Inoue A, Kong FL, Zhu SL, Al-Marzouki F, Greer AL. Ultrahigh thermal stability and hardness of nano-mixed fcc-Al and amorphous phases for multicomponent Al-based alloys. J Alloys and Compds, 2020; 832: 154997.
  • Khrushchyk K, Barylski A, Aniolek K, Karolus M, Boichyshyn L. Mechanical properties of amorphous metal alloy Al87(Ni,Fe)8(REM)5 system as a result of short-term annealing. Phys Chem Solid State, 2024; 25(1): 178-184.
  • Gögebakan M, Uzun O. Thermal stability and mechanical properties of Al-based amorphous alloy. Journal of Materi. Processing Techn, 2004; 153-154:829–832.
  • Maurya RS, Sahu A, Laha T. Effect of consolidation pressure on phase evolution during sintering of mechanically alloyed Al86Ni8Y6 amorphous powders via spark plasma sintering. Mater. Sci. Eng. A, 2016; 649: 48-56.
  • Mudry SI, Kulyk YO, Boichyshy LM. Nanocrystallization of amorphous alloy Al87Ni8Dy5 induced by heat treatment. Mater. Today: Proceedings, 2022; 62: 5805-5810.
  • Knotek V, Ekrt O, Vojtěch D. Electrochemical hydriding of Mg–Ni alloys compacted by spark plasma sintering. Intern J Hydrogen Energy, 2017;43: 23098-23914.
  • Xie L, Li J, Zhang T, Kou H. De/hydrogenation kinetics against air exposure and microstructure evolution during hydrogen absorption/desorption of Mg-Ni-Ce alloys. Renewable Energy, 2017;113: 1399-1407.
  • Lass EA. Hydrogen storage measurements in novel Mg-based nanostructured alloys produced via rapid solidification and devitrification. Inter J Hydrogen Energy, 2011; 36: 10787-10796,
  • Riaz U, Shabib I, Haider W. The current trends of Mg alloys in biomedical applications-A review. Journal of Biomedical Mater. Research Part B, 2019; 1970–1996.
  • Luo X, Li R, Zong J, Zhang Y, Li H, Zhang T. Enhanced degradation of azo dye by nanoporous-copper-decorated Mg–Cu–Y metallic glass powder through dealloying pretreatment. Appl Surface Sci, 2014; 305: 314–320.
  • Tang M, Lai L, Ding D, Liu T, Kang W, Guo N, Song B, Guo S. Rapid degradation of Direct Blue dye by Co-based amorphous alloy wire. J.Non-Cryst Solids, 2022; 576:121282.
  • Ma Y, Xie L, Li Q, Chang C, Li H, Mu B, Ma X. Influence of surface morphology of Fe-based amorphous alloys on degradation of azo dye. J Phys Chem Solids, 2022; 163: 110596.
  • Maurya R.S, Laha T. Effect of rare Earth and transition metal elements on the glass forming ability of mechanical alloyed Al–TM–RE based amorphous alloys. J Mater Sci & Techn., 2015; 31:1118–1124.
  • Gögebakan M, Cana, N. Hızlı katılaştırma ve mekaniksel alaşımlama yöntemleri ile üretilen Al85Ni5Fe5Nd5 alaşımının yapısal ve ısısal özellikleri. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi. 2023;13(2): 322-332.
  • Avar B, Gogebakan M, Tarakci M, Gencer Y, Kerli S. Microstructural Investigations of Rapidly Solidified Al-Co-Y Alloys. Advan. Mater Sci Eng., 2013; 163537,1-7.
  • Bi HW, Inoue A, Han F.F, Han Y, Kong FL, Zhu S.L, Shalaan E, Al-Marzouki F, Greer A.L. Novel deformation-induced polymorphic crystallization and softening of Al-based amorphous alloys. Acta Materialia, 2018; 147: 90-99.
  • Kissinger HE. Reaction kinetics in differential thermal analysis. Analytical Chemistry, 1957;29: 1702.
  • Gögebakan M, Okumus M. Structure and crystallization kinetics of amorphous Al–Ni–Si alloy. Mater Sci Poland, 2009; 27(1): 79-87.
  • McKay BJ, Cizek P, Schumacher P, O’Reilly K.A.Q. Heterogeneous nucleation in an Al–Ni–Si alloy studied using a metallic glass technique. Mater Sci Eng A, 2001;304-306(31): 240-244.
  • Gögebakan M, Warren PJ, Cantor B. Crystallization behaviour of amorphous Al85Y11Ni4 alloy. Mater Sci Eng A, 1997; 226-228: 168-172.
  • Gögebakan M. The Effect of Si Addition on Crystallization Behavior of Amorphous Al-Y-Ni Alloy. J Mater Eng Perfor, 2004; 13(4): 504-508.
  • Katarzyna MZ, Dhiman I, Matus K, Mariola KG, Lonski W, Radon A, Czeppe T, Babilas R. Structural characterization of newly developed Al79Ni5Fe5Y11 and ¬Al79Ni11Fe5Y5 alloys with amorphous matrixes. Scientific Reports, 2023; 13: 21322.

Hızlı Katılaştırma ile Üretilen Al84Y10Ni4Co2 Alaşımının Mekanik Özelliklerinin ve Faz Dönüşümlerinin İncelenmesi

Yıl 2025, Cilt: 37 Sayı: 2, 877 - 884, 30.09.2025
https://doi.org/10.35234/fumbd.1691862

Öz

Mevcut çalışmada, Al84Y10Ni4Co2 alaşımı hızlı katılaştırma yöntemiyle amorf şeritler halinde üretilmiştir. Alaşımın faz tanımlaması, X-ışını difraksiyonu (XRD) ile, faz dönüşüm sıcaklıkları ve aktivasyon enerjisi gibi ısıl özellikleri diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ile belirlenmiştir. Alaşımın oda sıcaklığındaki ve yüksek sıcaklıklardaki mekanik özellikleri Vickers mikrosertlik (HV) ölçümü yapılarak incelenmiştir. XRD sonuçları, hızlı katılaştırma ile üretilen alaşımın amorf yapıda olduğunu göstermiştir. Ancak, 544 K’nin üzerindeki sıcaklıklarda faz dönüşümü gerçekleşmiş ve alaşım kristal yapıya dönüşmüştür. DSC sonuçlarına göre, amorf Al84Y10Ni4Co2 alaşımının kristalleşme başlangıç sıcaklığı (Tx) 544 K olup, kristalleşmeden önce belirgin bir camsı geçiş sıcaklığı (Tg) ve geniş bir aşırı soğutulmuş sıvı bölgesi (Tx) sergilediği görülmüştür. Alaşımın Tg ve Tx değerleri sırasıyla 511 K ve 33 K olarak ölçülmüştür. Kristalleşme pikine ait aktivasyon enerjisi Kissinger yöntemiyle hesaplanmış ve 258 kJ/mol olarak bulunmuştur. Amorf alaşımın oda sıcaklığındaki mikrosertlik değeri 388 HV olarak ölçülmüştür. Mikrosertlik değeri ısıl işlem sonucu artarak 550 K’de 564 HV değerine ulaşmıştır. 550 K’den daha yüksek sıcaklıklarda mikro sertlik değeri azalmış ve alaşım gevrek hale gelmiştir.

Etik Beyan

Bu çalışmada etik ihlalinin bulunmadığını beyan ederim.

Destekleyen Kurum

KSÜ (BAP)

Proje Numarası

Proje No: 2010/5-13 YLS

Teşekkür

Mevcut çalışma Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi (BAP) tarafından (Proje No: 2010/5-13 YLS) desteklenmiştir. Bu çalışmada Yazar 1; çalışılacak konunun belirlenmesinde, literatür taramasında, deneysel çalışmaların ve analizlerin yapılmasında ve makalenin yayına hazırlanmasındaki tüm kısımlarda katkı sunmuştur.

Kaynakça

  • Chen J, Lengsdorf R, Henein H, Herlach D. M, Dahlborg U, Calvo-Dahlborg M. Microstructure evolution in undercooled Al–8 wt% Fe melts: comparison between terrestrial and parabolic flight conditions. J Alloys Compd, 2013; 556: 243-251.
  • Kaya H, Böyük U, Çadırlı E, Maraşlı N. Measurements of the microhardness, electrical and thermal properties of the Al–Ni eutectic alloy. Materials & Design, 2012; 34: 707-712.
  • Troeger LP, Starke EA. Microstructural and mechanical characterization of a superplastic 6xxx aluminum alloy. Mater Sci Eng A, 2000; 277: 102-113.
  • Inoue A. Amorphous, nanoquasicrystalline and nanocrystalline alloys in Al-based systems. Progress in Mater Sci, 1998; 43: 365-520.
  • Dursun T, Soutis C. Recent developments in advanced aircraft aluminium alloys. Mater Design, 2014; 56: 862–871.
  • Inoue A. Stabilization of metallic supercooled liquid and bulk amorphous alloys. Acta Materialia, 2000; 48: 279-306.
  • Zhang L, Zhang H, Ji B, Liu L, Liu X, Chen D. Application of Machine Learning in Amorphous Alloys. Materials, 2025; 18: 1771.
  • Wang W. Development and Implication of Amorphous Alloys. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2022; 37(3): 1-9.
  • Sahu A, Maurya RS, Laha T. Advances in Synthesis and Characterization of Aluminum-Based Amorphous Alloys, A Review Advan Eng Mater, 2024; 26(1): 761-784.
  • Viet NH, Oanh NTH, Quynh PND, Lap TQ, Kim JS. Thermal stability of amorphous Al-Fe-Y alloy prepared by mechanical alloying. Mater. Sci. Forum, 2015; 804: 271-274.
  • Li W, Kong LT, Li JF. Thermal stability and crystallization behavior of Al86Ni9Y5 amorphous alloys with different Si addition. Mater Charac, 2022; 194: 112-122.
  • Yuan J, Jing Z, Zhang Z, Lu W, Zhang S, Cheng Y, Liang X. Tribocorrosion behavior of Al-based amorphous coatings prepared by different spraying methods. J Mater Research and Techn, 2025; 35: 220-234.
  • Jin Y, Inoue A, Kong FL, Zhu SL, Al-Marzouki F, Greer AL. Ultrahigh thermal stability and hardness of nano-mixed fcc-Al and amorphous phases for multicomponent Al-based alloys. J Alloys and Compds, 2020; 832: 154997.
  • Khrushchyk K, Barylski A, Aniolek K, Karolus M, Boichyshyn L. Mechanical properties of amorphous metal alloy Al87(Ni,Fe)8(REM)5 system as a result of short-term annealing. Phys Chem Solid State, 2024; 25(1): 178-184.
  • Gögebakan M, Uzun O. Thermal stability and mechanical properties of Al-based amorphous alloy. Journal of Materi. Processing Techn, 2004; 153-154:829–832.
  • Maurya RS, Sahu A, Laha T. Effect of consolidation pressure on phase evolution during sintering of mechanically alloyed Al86Ni8Y6 amorphous powders via spark plasma sintering. Mater. Sci. Eng. A, 2016; 649: 48-56.
  • Mudry SI, Kulyk YO, Boichyshy LM. Nanocrystallization of amorphous alloy Al87Ni8Dy5 induced by heat treatment. Mater. Today: Proceedings, 2022; 62: 5805-5810.
  • Knotek V, Ekrt O, Vojtěch D. Electrochemical hydriding of Mg–Ni alloys compacted by spark plasma sintering. Intern J Hydrogen Energy, 2017;43: 23098-23914.
  • Xie L, Li J, Zhang T, Kou H. De/hydrogenation kinetics against air exposure and microstructure evolution during hydrogen absorption/desorption of Mg-Ni-Ce alloys. Renewable Energy, 2017;113: 1399-1407.
  • Lass EA. Hydrogen storage measurements in novel Mg-based nanostructured alloys produced via rapid solidification and devitrification. Inter J Hydrogen Energy, 2011; 36: 10787-10796,
  • Riaz U, Shabib I, Haider W. The current trends of Mg alloys in biomedical applications-A review. Journal of Biomedical Mater. Research Part B, 2019; 1970–1996.
  • Luo X, Li R, Zong J, Zhang Y, Li H, Zhang T. Enhanced degradation of azo dye by nanoporous-copper-decorated Mg–Cu–Y metallic glass powder through dealloying pretreatment. Appl Surface Sci, 2014; 305: 314–320.
  • Tang M, Lai L, Ding D, Liu T, Kang W, Guo N, Song B, Guo S. Rapid degradation of Direct Blue dye by Co-based amorphous alloy wire. J.Non-Cryst Solids, 2022; 576:121282.
  • Ma Y, Xie L, Li Q, Chang C, Li H, Mu B, Ma X. Influence of surface morphology of Fe-based amorphous alloys on degradation of azo dye. J Phys Chem Solids, 2022; 163: 110596.
  • Maurya R.S, Laha T. Effect of rare Earth and transition metal elements on the glass forming ability of mechanical alloyed Al–TM–RE based amorphous alloys. J Mater Sci & Techn., 2015; 31:1118–1124.
  • Gögebakan M, Cana, N. Hızlı katılaştırma ve mekaniksel alaşımlama yöntemleri ile üretilen Al85Ni5Fe5Nd5 alaşımının yapısal ve ısısal özellikleri. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi. 2023;13(2): 322-332.
  • Avar B, Gogebakan M, Tarakci M, Gencer Y, Kerli S. Microstructural Investigations of Rapidly Solidified Al-Co-Y Alloys. Advan. Mater Sci Eng., 2013; 163537,1-7.
  • Bi HW, Inoue A, Han F.F, Han Y, Kong FL, Zhu S.L, Shalaan E, Al-Marzouki F, Greer A.L. Novel deformation-induced polymorphic crystallization and softening of Al-based amorphous alloys. Acta Materialia, 2018; 147: 90-99.
  • Kissinger HE. Reaction kinetics in differential thermal analysis. Analytical Chemistry, 1957;29: 1702.
  • Gögebakan M, Okumus M. Structure and crystallization kinetics of amorphous Al–Ni–Si alloy. Mater Sci Poland, 2009; 27(1): 79-87.
  • McKay BJ, Cizek P, Schumacher P, O’Reilly K.A.Q. Heterogeneous nucleation in an Al–Ni–Si alloy studied using a metallic glass technique. Mater Sci Eng A, 2001;304-306(31): 240-244.
  • Gögebakan M, Warren PJ, Cantor B. Crystallization behaviour of amorphous Al85Y11Ni4 alloy. Mater Sci Eng A, 1997; 226-228: 168-172.
  • Gögebakan M. The Effect of Si Addition on Crystallization Behavior of Amorphous Al-Y-Ni Alloy. J Mater Eng Perfor, 2004; 13(4): 504-508.
  • Katarzyna MZ, Dhiman I, Matus K, Mariola KG, Lonski W, Radon A, Czeppe T, Babilas R. Structural characterization of newly developed Al79Ni5Fe5Y11 and ¬Al79Ni11Fe5Y5 alloys with amorphous matrixes. Scientific Reports, 2023; 13: 21322.
Toplam 34 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil Türkçe
Konular Fiziksel Metalurji, Malzeme Karekterizasyonu, Metaller ve Alaşım Malzemeleri , Üretim Metalurjisi
Bölüm Araştırma Makalesi
Yazarlar

Musa Gögebakan 0000-0001-5104-2874

Proje Numarası Proje No: 2010/5-13 YLS
Yayımlanma Tarihi 30 Eylül 2025
Gönderilme Tarihi 5 Mayıs 2025
Kabul Tarihi 16 Eylül 2025
Yayımlandığı Sayı Yıl 2025 Cilt: 37 Sayı: 2

Kaynak Göster

APA Gögebakan, M. (2025). Hızlı Katılaştırma ile Üretilen Al84Y10Ni4Co2 Alaşımının Mekanik Özelliklerinin ve Faz Dönüşümlerinin İncelenmesi. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 37(2), 877-884. https://doi.org/10.35234/fumbd.1691862
AMA Gögebakan M. Hızlı Katılaştırma ile Üretilen Al84Y10Ni4Co2 Alaşımının Mekanik Özelliklerinin ve Faz Dönüşümlerinin İncelenmesi. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. Eylül 2025;37(2):877-884. doi:10.35234/fumbd.1691862
Chicago Gögebakan, Musa. “Hızlı Katılaştırma ile Üretilen Al84Y10Ni4Co2 Alaşımının Mekanik Özelliklerinin ve Faz Dönüşümlerinin İncelenmesi”. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 37, sy. 2 (Eylül 2025): 877-84. https://doi.org/10.35234/fumbd.1691862.
EndNote Gögebakan M (01 Eylül 2025) Hızlı Katılaştırma ile Üretilen Al84Y10Ni4Co2 Alaşımının Mekanik Özelliklerinin ve Faz Dönüşümlerinin İncelenmesi. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 37 2 877–884.
IEEE M. Gögebakan, “Hızlı Katılaştırma ile Üretilen Al84Y10Ni4Co2 Alaşımının Mekanik Özelliklerinin ve Faz Dönüşümlerinin İncelenmesi”, Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 37, sy. 2, ss. 877–884, 2025, doi: 10.35234/fumbd.1691862.
ISNAD Gögebakan, Musa. “Hızlı Katılaştırma ile Üretilen Al84Y10Ni4Co2 Alaşımının Mekanik Özelliklerinin ve Faz Dönüşümlerinin İncelenmesi”. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 37/2 (Eylül2025), 877-884. https://doi.org/10.35234/fumbd.1691862.
JAMA Gögebakan M. Hızlı Katılaştırma ile Üretilen Al84Y10Ni4Co2 Alaşımının Mekanik Özelliklerinin ve Faz Dönüşümlerinin İncelenmesi. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2025;37:877–884.
MLA Gögebakan, Musa. “Hızlı Katılaştırma ile Üretilen Al84Y10Ni4Co2 Alaşımının Mekanik Özelliklerinin ve Faz Dönüşümlerinin İncelenmesi”. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 37, sy. 2, 2025, ss. 877-84, doi:10.35234/fumbd.1691862.
Vancouver Gögebakan M. Hızlı Katılaştırma ile Üretilen Al84Y10Ni4Co2 Alaşımının Mekanik Özelliklerinin ve Faz Dönüşümlerinin İncelenmesi. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2025;37(2):877-84.