Investigation of Wear and Friction Behavior of Carbon Nanotube Reinforced Al6061 Matrix Composites

Öz

In the present study, wear and friction behavior of Al6061-based composites reinforced with carbon nanotube (0.1, 0.3, 0.5wt.%) fabricated via the powder metallurgy and hot-pressing were investigated. Production process consists of the process steps of mixing powders, filtering, drying, pressing, sintering and hot pressing. The wear and friction behavior of the produced samples were examined with the help of a pin-on-disc wear test device. The worn and fracture surfaces of the samples were researched by scanning electron microscopy. As a result of the tests conducted, the highest hardness value (118 HV), minimum wear rate (5.1×10-7 mm3/(Nm)), and minimum mass loss (0.0033 g) were obtained in the Al6061-0.1%carbon nanotube composite structure. It was determined that the hardness and wear rate of the Al6061-0.1%carbon nanotube improved by 10.2% and 17.6% compared to the Al6061 alloy. It has been determined that carbon nanotube reinforcement up to 0.1wt.% amount improves the tribological properties of Al6061 matrix composite. Hardness and wear rate of the composite were decreased due to the clustering of carbon nanotube after 0.1wt.% reinforcement ratio.

Anahtar Kelimeler

• Carbon nanotube
• Al6061 alloy
• Wear
• Friction
• Composite

Destekleyen Kurum

This work was supported by the Scientific Researched Project Department of Ondokuz Mayıs University under Grant No. PYO.MUH.1901.22.008.

Proje Numarası

PYO.MUH.1901.22.008

Karbon Nanotüp Takviyeli Al6061 Matrisli Kompozitlerin Aşınma ve Sürtünme Davranışının Araştırılması

Öz

Yürütülen çalışma kapsamında, toz metalürjisi ve sıcak preslemeyle üretilen karbon nanotüp katkılı (ağırlıkça %0.1, 0.3, 0.5) Al6061 esaslı kompozitlerin aşınma ve sürtünme davranışı araştırılmıştır. Üretim süreci; tozların karıştırılması, filtreleme, kurutma, presleme, sinterleme ve sıcak presleme işlem adımlarından oluşmaktadır. Üretilen numunelerin aşınma ve sürtünme özellikleri pin-on disk aşınma test düzeneği yardımıyla incelenmiştir. Numunelerin aşınmış ve kırık yüzeyleri, taramalı elektron mikroskobuyla analiz edilmiştir. Yürütülen testler neticesinde en yüksek sertlik değeri (118 HV), minimum aşınma oranı (5.1×10-7 mm3/(Nm)) ve minimum kütle kaybı (0.0033 g) Al6061-%0.1karbon nanotüp kompozit yapıda elde edilmiştir. Al6061 alaşımına kıyasla Al6061-%0.1karbon nanotüp kompozitin sertliğinin %10.2 ve aşınma oranının %17.6 oranında iyileştiği tespit edilmiştir. Karbon nanotüp katkısının ağırlıkça %0.1 oranına kadar Al6061 matrisli kompozitin tribolojik özelliklerini iyileştirdiği belirlenmiştir. Ağırlıkça %0.1’in üzerindeki katkı oranlarında ise karbon nanotüpün kümelenmesi sebebiyle kompozitin sertliği ve aşınma oranı düşmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Karbon nanotüp
• Al6061 alaşımı
• Aşınma
• Sürtünme
• Kompozit

Destekleyen Kurum

Ondokuz Mayıs Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi

Proje Numarası

PYO.MUH.1901.22.008

Kaynakça

1. Chawla, K.K. (2006). Composite materials. New York: Springer.
2. Demir, M. (2022). İndüksiyonla Sıcak İşlemin Grafen ve/veya Si3N4/B4C Takviyeli Al6061 Esaslı Kompozitlerin Mekanik, Tribolojik Özelliklerine ve Mikroyapısına Olan Etkisi (Yüksek Lisans Tezi), Erişim adresi: https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi
3. Dieter, G.E. (1961). Mechanical Metallurgy, UK: McGraw-Hill.
4. Erdoğan, M. (2005). Çelik Takviyeli Alüminyum Kompozit Üretimi ve Mekanik Özelliklerinin Deneysel İncelenmesi (Yüksek Lisans Tezi). Erişim adresi: https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi
5. German, R.M. (2005). Powder metallurgy and particulate materials processing. New Jersey:Princeton University Press.
6. Koli, D.K., Agnihotri, G. & Purohit, R. (2012). Advanced aluminium matrix composites: the critical need of automotive and aerospace engineering fields. Materials Today: Proceedings, 2(4-5), 3032-3041.
7. Macke, A., Schultz, B.F. & Rohatgi, P. (2012). Metal matrix composites offer the automotive industry an opportunity to reduce vehicle weight. improve performance. Advanced Materials&Proceedings, 170, 19-23.
8. Mansoor, M. & Shahid, M. (2016). Carbon nanotube-reinforced aluminum composite produced by induction melting. Journal of Applied Research and Technology, 14(4), 215-224.

9. Mohammed, S.M.A.K. ve Chen, D.L. (2019). Carbon nanotube reinforced aluminum matrix composites. Advanced Engineering Materials, 1901176, 1-26.
10. Omidi, M., Khodabandeh, A., Nategh, S. & Khakbiz, M. (2018). Microstructural and tribological properties of nanostructured Al6061-CNT produced by mechanical milling and extrusion. Advanced Powder Technology, 29(3), 543-554.
11. Preethi, K., Raju, T.N., Shivappa, H.A., Shashidhar, S. & Nagral, M. (2023). Processing, microstructure, hardness and wear behavior of carbon nanotube particulates reinforced Al6061 alloy composites. Materials Today: Proceedings, 81(2), 449-453.
12. Pul, M. (2010). Al Matrisli MgO Takviyeli Kompozitlerin Infiltrasyon Yöntemi ile Üretilmesi ve İşlenebilirliğinin Değerlendirilmesi (Doktora Tezi). Erişim adresi: https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi
13. Shivaramu, H.T., Vignesh Nayak, U. & Umashankar, K.S. (2020). Dry sliding wear characteristics of multi-walled carbon nanotubes reinforced Al-Si (LM6) alloy nanocomposites produced by powder metallurgy technique. Materials Research Express, 7(4), 1-12.
14. Sridhar, I. & Narayanan, K.R. (2009). Processing and characterization of MWCNT reinforced aluminum matrix composites, Journal of Materials Science, 44, 1750-1756.
15. Şahin, İ. (2014). Alüminyum matrisli kompozit malzemelerin matkap ile delinmesi konusunda yapılan çalışmaların incelenmesi. Mühendis ve Makina Dergisi, 55(649), 9-16.
16. Şahin, Y. (2006). Kompozit malzemelere giriş. Ankara: Seçkin Yayınevi.
17. Şenel, M.C., Gürbüz, M. & Koç, E., (2017). Grafen takviyeli alüminyum esaslı kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 23(8), 974-978.
18. Şenel M.C. & Gürbüz, M. (2021). Investigation on mechanical properties and microstructure of B4C/graphene binary particles reinforced aluminum hybrid composites. Metals and Materials International, 27, 2438-2449.
19. Şenel, M. C., Gürbüz, M. & Koç, E. (2018). Mechanical and tribological behaviors of aluminum matrix composites reinforced by graphene nanoplatelets. Journal of Materials Science and Technology, 34(16), 1980-1989.
20. Topcu, İ. (2018). Karbon nanotüp takviyeli alüminyum matriksli AlMg/KNT kompozitlerinin mekanik davranışlarının incelenmesi. Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 4(1), 99-109.