İndüksiyonla sıcak işlemin Si3N4 ve grafen takviyeli Al6061 matrisli kompozitlerin mekanik ve tribolojik özelliklerine olan etkisi

Öz

Yapılan bu çalışmada indüksiyonla sıcak presleme ve toz metalürjisi yöntemleri ile Al6061 matrisli Si3N4 (ağırlıkça %1-12) ve grafen (ağırlıkça %0,15-0,45) takviyeli kompozitler üretilmiştir. Üretilen kompozit malzemelerin yoğunluğu, sertliği, basma dayanımı, aşınma direnci, mikroyapısı ve faz yapısı sırasıyla incelenmiştir. Yapılan testler sonucunda en yoğun mikroyapı, en iyi mekanik ve tribolojik özellikler Al6061-%9Si3N4-%0.15grafen kompozit yapıda elde edilmiştir. Yürütülen ısıl işlem çalışmaları neticesinde ise; sinterleme sonrası indüksiyonla sıcak preslenmiş numunelerin mekanik ve tribolojik özelliklerinin yalnızca sinterlenmiş kompozitlere kıyasla ~%37’ye varan oranlarda iyileştiği tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Silisyum nitrür
• alüminyum
• kompozit
• toz metalürjisi
• aşınma

Destekleyen Kurum

Ondokuz Mayıs Üniversitesi

Proje Numarası

PYO.MUH.1901.22.008

Teşekkür

Bu çalışmada, SEM ve XRD analizi konusunda vermiş olduğu destekten dolayı Karadeniz İleri Tekonoloji Araştırma ve Uygulama Merkezi’ne (KİTAM) teşekkür ederiz. Yürütülen çalışma PYO.MUH.1901.22.008 kodlu proje ile Ondokuz Mayıs Üniversitesi tarafından desteklenmiştir.

The effect of induction hot working on mechanical and tribological properties of Si3N4 and graphene reinforced Al6061 matrix composites

Öz

In this study, Si3N4 (1-12% by weight) and graphene (0.15-0.45% by weight) reinforced composites with Al6061 matrix were produced by the induction hot pressing and powder metallurgy methods. The density, hardness, compressive strength, wear resistance, microstructure, and phase structure of the produced composite materials were investigated, respectively. As a result of the tests, the densest microstructure, the best mechanical and tribological properties were obtained in Al6061-%9Si3N4-0.15%graphene composite structure. As a result of the heat treatment studies, it was determined that the mechanical and tribological properties of the induction hot-pressed samples after sintering process improved by ~37% compared to only sintered composites.

Anahtar Kelimeler

• Silicon nitride
• aluminum
• composite
• powder metallurgy
• wear

Proje Numarası

PYO.MUH.1901.22.008

Kaynakça

1. 1. Bulut M., Özbek Ö., Bozkurt Ö. Y., Erkliğ A., Effect of nano clay particle inclusion on axial and lateral buckling characteristics of basalt fiber reinforced composites, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 37 (4), 1985-1995, 2022.
2. 2. Şenel, M. C., Gürbüz, M., Koç, E., Grafen takviyeli alüminyum matrisli yeni nesil kompozitler, Mühendis ve Makina, 56, 36-47, 2015.
3. 3. Gül C., Albayrak S., Çinici H., Şimşek İ. B. A., The effects of alkali, alkali-acid and sandblasting surface treatments applied before Tantalum-oxide coating with magnetron sputtering on the wear behavior of 7075 Aluminum alloys, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 38 (2), 795-806, 2023.
4. 4. Öztop, B., Atık alüminyum kullanarak grafen ve silisyum nitrür takviyeli kompozit üretimi ve karakterizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Samsun, 2017.
5. 5. Korucu, S., Gürkan, S., Alüminyum matrisli kompozitlerde tungsten karbür ve grafen takviyelerinin mekanik özelliklere etkileri üzerine bir araştırma, Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 7, 1466-1487, 2019.
6. 6. Demir, M., Al6061-seramik-grafen hibrit kompozitlerin toz metalürjisi yöntemiyle üretimi ve karakterizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, 132, Samsun, 2022.
7. 7. Canakci, A., Varol, T., Microstructure and properties of AA7075/Al–SiC composites fabricated using powder metallurgy and hot pressing, Powder Technology, 268, 72-79, 2014.
8. 8. Çolak, H., Akçay, S.B., Varol, T., Güler, O., Aksa, H.C., Sıcak presleme yöntemi ile üretilen Cu-Cr alaşımlarının sertlik ve elektriksel iletkenlik özellikleri üzerine mekanik alaşımlama süresinin etkisi, Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi, 12 (1), 47-58, 2022.

9. 9. Arık, H. Semerci, P., Kırmızı, G., Sıcak presleme ile alüminyum matrisli ve Al2O3 takviyeli toz metal kompozit malzeme üretimi ve aşınma davranışının araştırılması, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C:Tasarım ve Teknoloji, 5 (4), 87-97, 2017.
10. 10. Gezici, L.U., Yüksek frekanslı indüksiyon ile sinterlemenin hibrid alüminyum matrisli kompozitlerin mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi. Doktora Tezi, Manisa Celal Bayar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı, 118, Manisa, 2019.
11. 11. Hanizam, H., Salleh, M.S., Omar, M.Z., Sulong, A.B., Effects of mechanical stirring and short heat treatment on thixoformed of carbon nanotube aluminium alloy composite, Journal of Alloys and Compounds, 788, 83-90, 2019.
12. 12. Fomin, A., Fomina, M, Koshuro, V., Rodionov, I., Composite metal oxide coatings on chromium-nickel stainless steel roduced by induction heat treatment, Composite Structures, 229, 1-8, 2019.
13. 13. Türkoğlu, T., Çelik, S., Aslan, N., Atik, E., The effect of processing parameters on the wear properties Al6061/GNP composites produced by hot pressing, Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 25 (1), 1-12, 2023.
14. 14. Şenel, M.C., Demir, M., Effect of induction heat treatment process and graphene/B4C amount on the tribological and mechanical properties of Al6061 hybrid composites, JOM, 75 (7), 1-15, 2023.
15. 15. Bastwros, M., Kim, G.Y., Zhu, C., Zhang, K., Wang, S., Tang, X., Wang, X., Effect of ball milling on graphene reinforced Al6061 composite fabricated by semi-solid sintering, Composites Part B: Engineering, 60, 111-118, 2014.
16. 16. Khan, M., Din, R. U., Wadood, A., Syed, W. H., Akhtar, S., Aune, R. E., Effect of graphene nanoplatelets on the physical and mechanical properties of Al6061 in fabricated and T6 thermal conditions, Journal of Alloys and Compounds, 790, 1076-1091, 2019.
17. 17. Li, G., Xiong, B., Effects of graphene content on microstructures and tensile property of graphene-nanosheets/aluminum composites, Journal of Alloys and Compounds, 697, 31-36, 2017.
18. 18. Hsieh, C.T., Ho, Y.C., Wang, H., Sugiyama, S., Yanagimoto, J., Mechanical and tribological characterization of nanostructured graphene sheets/A6061 composites fabricated by induction sintering and hot extrusion, Materials Science and Engineering: A, 786, 2020.
19. 19. Arık, H., Al-Si3N4 toz metal kompozit malzeme üretimi ve aşınma davranışının araştırılması, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 7 (4), 776-787, 2019.
20. 20. Öztop, B., Gürbüz, M., Si3N4 takviyesiyle atık alüminyumdan üretilmiş kompozitlerin özelliklerinin incelenmesi, Technological Applied Sciences, 13(1), 57-66, 2018.
21. 21. Ramu, P., Hari Kiran Reddy, R., Kunaal Kumar, B., Padmanathan, T., Phanibhushana, M. V., Investigation of wear characteristics of Al6061-Si3N4 composites subjected to strain hardening through equal channel angular pressing, Materials Today: Proceedings, 46, 790-794, 2021.
22. 22. Şenel, M. C., Gürbüz, M., Koç, E., Fabrication and characterization of SiC and Si3N4 reinforced aluminum matrix composites, Universal Journal of Materials Science, 5 (4), 95, 2017.
23. 23. Akkurt, A., Ticari saf alüminyum ve Al6061 alüminyum alaşımı malzemelerin aşındırıcı su jeti ile kesilmesi uygulamalarında kesme hızının yüzey pürüzlülüğüne etkisi, Politeknik Dergisi, 8 (1), 69-79, 2015.
24. 24. Bozkurt, D., Silisyum nitrür esaslı kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Anabilim Dalı Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı, 94, İstanbul, 2019.
25. 25. Şenel, M.C., Mahmutoğlu, Ü., Effect of induction heat treatment on the mechanical properties of Si3N4–graphene-reinforced Al2024 hybrid composites, Bulletin of Materials Science, 45 (1), 1-17, 2022.
26. 26. Şenel, M.C., Üstün, M., Dry sliding wear and friction behavior of Graphene/ZrO2 binary nanoparticles reinforced aluminum hybrid composites, Arabian Journal for Science and Engineering, 47, 9253-9269, 2022.
27. 27. Rashad, M., Pan, F., Yu, Z., Asif, M., Lin, H., Pan, R., Investigation on microstructural, mechanical and electrochemical properties of aluminum composites reinforced with graphene nanoplatelets, Progress in Natural Science: Materials International, 25 (5), 460-470, 2015.
28. 28. Chen, C., Ding, Z., Tan, Q., Qi, H., He, Y., Preparation of nano α-alumina powder and wear resistance of nanoparticles reinforced composite coating, Powder Technology, 257, 83-87, 2014.
29. 29. Chen, X., Tao, J., Yi, J., Liu, Y., Li, C., Bao, R., Strengthening behavior of carbon nanotube-graphene hybrid in copper matrix composite, Materials Science and Engineering:A, 718, 427-436, 2018.
30. 30. Pourmand, N.S., Asgharzadeh, H., Aluminum matrix composites reinforced with graphene: a review on production, microstructure, and properties, Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 45 (4), 289-337, 2020.
31. 31. Jiang, Y., Xu, R., Tan, Z., Ji, G., Fan, G., Li, Z., Xiong, D.B., Guo, Q., Li, Z., Zhang, D., Interface-induced strain hardening of graphene nanosheet/aluminum composites, Carbon, 146, 17-27, 2019.
32. 32. Munoz-Morris, M.A., Oca, C.G., Morris, D.G., An analysis of strengthening mechanisms in a mechanically alloyed, oxide dispersion strengthened iron aluminide intermetallic, Acta Materialia, 50 (11), 2825-2836, 2002.