Toz Metalürjisi ve Sıcak Preslemeyle Üretilen Al7075-Si3N4 Kompozitlerin Mikroyapısının ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi

Yıl 2025, Cilt: 66 Sayı: 718, 1 - 22

Aleyna Taşkın , Elif Işık , Mahmut Can Şenel

https://doi.org/10.46399/muhendismakina.1409791

Öz

Yapılan bu çalışmada toz metalürjisi ve sıcak presleme yöntemleriyle Al7075 matrise farklı oranlarda (ağırlıkça %1, 3, 6, 9 ve 12) Si3N4 takviye edilmiştir. Katkı oranının üretilen kompozitlerin mikroyapılarına ve mekanik özelliklerine (yoğunluk, gözeneklilik oranı, Vickers sertliği ve basma dayanımı) olan etkisi incelenmiştir. Yapılan testler sonucunda en yüksek yoğunluk (2,65 g/cm3), Vickers sertliği (205 HV), basma dayanımı (344 MPa) ve en düşük gözeneklilik oranı (%7,5) Al7075-9Si3N4 kompozitte elde edilmiştir. Mikroyapı incelemeleri sonucunda ise %9Si3N4 katkı oranında takviye partiküllerinin matris içerisinde homojene yakın bir şekilde dağıldığı belirlenmiştir. Sonuç olarak Al7075 matrise %9Si3N4 katkısının kompozitin mikroyapısını yoğunlaştırdığı ve mekanik özelliklerini iyileştirdiği tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Toz metalürjisi, Al7075 alaşımı, Si3N4, Kompozit

Etik Beyan

Yazarlar, bu çalışmanın başka bir yerde yayınlanmadığını ve başka bir dergi tarafından değerlendirme aşamasında olmadığını beyan etmektedir. Ayrıca yazarlar herhangi bir çıkar çatışması olmadığını da bildirmektedir.

Destekleyen Kurum

Ondokuz Mayıs Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi

Proje Numarası

PYO.MUH.1901.22.008

Teşekkür

Bu çalışmada, SEM ve XRD analizleri için Ondokuz Mayıs Üniversitesi (OMÜ) Karadeniz İleri Teknoloji Araştırma ve Uygulama Merkezi'ne (KİTAM) teşekkür ederiz. Sıcak presleme ve mikroyapı analizleri ile ilgili faydalı önerileri için Doç. Dr. Mevlüt Gürbüz'e teşekkür ederiz. Bu çalışma, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından PYO.MUH.1901.22.008 numaralı proje kapsamında desteklenmiştir.

Investigation of the Microstructure and Mechanical Properties of Al7075-Si3N4 Composites Produced by Powder Metallurgy and Hot Pressing

Öz

In this study, Si3N4 was reinforced into the Al7075 matrix at different rates (1, 3, 6, 9, and 12% by weight) by powder metallurgy and hot pressing methods. The effect of the addition ratio on the microstructure and mechanical (density, porosity ratio, Vickers hardness and compressive strength) of the fabricated composites was examined. As a result of the tests, the highest density (2.65 g/cm3), Vickers hardness (205 HV), compressive strength (344 MPa), and the lowest porosity rate (7.5%) were obtained in Al7075-9Si3N4 composite. In microstructure examinations, it was detected that the reinforcement particles were distributed nearly homogeneously in the matrix at 9% Si3N4 contribution rate. As a result, it was determined that 9% Si3N4 addition to the Al7075 matrix intensified the microstructure of the composite and improved its mechanical properties.

Anahtar Kelimeler

Powder metallurgy, Al7075 alloy, Si3N4, Composite

Proje Numarası

PYO.MUH.1901.22.008

Kaynakça

• Adin, H. and Adin, M. (2022). “Effect of particles on tensile and bending properties of jute epoxy composites.” Materials Testing, 64(3), 401-411. doi: https://doi.org/10.1515/mt-2021-2038.
• Adin, M.Ş. and Okumuş, M. (2022). “Investigation of Microstructural and Mechanical Properties of Dissimilar Metal Weld Between AISI 420 and AISI 1018 Steels.” Arabian Journal for Science and Engineering, 47:8341–8350. doi: https://doi.org/10.1007/s13369-021-06243-w.
• Ahmad, Z., Khan, S. and Hasan, S. (2020). “Microstructural characterization and evaluation of mechanical properties of silicon nitride reinforced LM 25 composite.” Journal of Materials Research and Technology, 9(4):9129-9135. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.06.037.
• Alharthi, N. H., Almotairy, S. M., and Almutairi, M. A. (2022). “Frictional behavior and mechanical performance of Al reinforced with SiC via novel flake powder metallurgy.” Metals, 12(2), 1-14. doi: https://doi.org/10.3390/met12020323.
• Arık, H. (2019). “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. doi: https://doi.org/10.29109/gujsc.621116.
• Ayvacı, B. (2019). Toz metalürjisi ile üretilen çeliklerde presleme tekniğinin mikroyapı mekanik özelliklere etkisinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük.
• Bharathi, P. and Kumar, T.S. (2023) “Mechanical characteristics and wear behaviour of Al/SiC and Al/SiC/B4C hybrid metal matrix composites fabricated through powder metallurgy route,” Silicon, 15(10):4259–4275. doi: https://doi.org/10.1007/s12633-023-02347-0.
• Bhuvanesh, D., and Radhika, N. (2017). “Experimental investigation on tribological characteristics of silicon nitride reinforced aluminium metal matrix composites.” Journal of Engineering Science and Technology, 12(5):1295–1306.
• Chen, X., Tao, J., Yi, J., Liu, Y., Li, C., and Bao, R. (2018). “Strengthening behavior of carbon nanotube-graphene hybrids in copper matrix composites.” Materials Science and Engineering: A, 718:427–436. doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.02.006.
• Dursun, T., and Soutis, C. (2014). “Recent developments in advanced aircraft aluminium alloys.” Materials and Design, 56:862–871. doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.12.002.
• Gürbüz, M., Şenel, M. C., and Koc, E., (2018). "The effect of sintering time, temperature, and graphene addition on the hardness and microstructure of aluminum composites." Journal of Composite Materials , 52(4):553-563. doi: https://doi.org/10.1177/0021998317740200.
• Haq, M. U. I. M., and Anand, A. (2018). “Microhardness studies on stir cast AA7075-Si3N4 based composites.” Materials Today: Proceedings, 5(9):19916–19922. doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.06.357.
• Kumar, P. N. S., Sachit, T. S., Mohan, N., and Akshayprasad, M. (2021). “Dry sliding wear behaviour of Al -5Si-3Cu-0.5Mn alloy and its WC reinforced composites at elevated temperatures.” Materials Today: Proceedings, 44:566–572. doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.10.351.
• Kumar, S. A., Vignesh, J. H., and Joshua, S. P. (2020). “Investigating the effect of porosity on aluminium 7075 alloy reinforced with silicon nitride (Si3N4) metal matrix composites through stir casting process.” Materials Today: Proceedings, 39:414–419. doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.07.690.
• Kumar, N. and Khanduja, D. (2024)“A study of mechanical properties on aluminum ‑ based hybrid metal matrix composite (AA7175/B4C/SiC/Gr),” Journal of The Institution of Engineers (India): Series D, 105(1):351–358. doi: https://doi.org/10.1007/s40033-023-00485-8.
• Mattli, M. R., Matli, P. R., Shakoor, A., and Mohamed A. M. A. (2019). “Structural and mechanical properties of amorphous Si3N4 nanoparticles reinforced Al matrix composites prepared by microwave sintering.” Ceramics, 2(1):126–134. doi: https://doi.org/10.3390/ceramics2010012.
• Rao, P.S.R. and Mohan, C.B. (2020). "Study on mechanical performance of silicon nitride reinforced aluminium metal matrix composites." Materials Today: Proceedings, 33(8):5534-5538. doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.03.495.
• Şenel, M. C., and Mahmutoğlu, Ü. (2022). “Effect of induction heat treatment on the mechanical properties of Si3N4–graphene-reinforced Al2024 hybrid composites.” Bulletin of Materials Science, 45(1):1–17. doi: https://doi.org/10.1007/s12034-021-02638-5.
• Şenel, M. C. (2018). Grafen-seramik tanecik takviyeli alüminyum matrisli hibrit kompozitlerin toz metalürjisi metoduyla üretimi, mekanik ve mikroyapı özelliklerinin incelenmesi. Doktora Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
• Şenel, M. C., and Demir, M., (2023). "Effect of induction heat treatment process and graphene/B4C amount on the tribological and mechanical properties of Al6061 hybrid composites." JOM , 75(7):2554-2568. doi: https://doi.org/10.1007/s11837-023-05790-x.
• Sekar, B.K., Pradeep, G.V.K., Silambarasan, R. and Dhairiyasamy, R. (2024). "Microstructural and mechanical characterization of AA2124 aluminum alloy matrix composites reinforced with Si3N4 particulates fabricated by powder metallurgy and high-energy ball milling." Revista Materia, 29(3):1-22. doi: https://doi.org/10.1590/1517-7076-RMAT-2024-0196.
• Shantharaj, P., Prashanth, A. S., Nagaral, M., Bharath, V., Auradi, V., and Dharshan, K. (2022). “Microstructure, tensile and compression behaviour of B4C particles reinforced Al7075 matrix composites.” Materials Today: Proceedings, 52:1135–1139. doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.11.008.
• Sharma, S.K., Saxena, K.K., Salem, K.H., Mohammed, A., Singh, R. and Prakash, C. (2024) " Effects of various fabrication techniques on the mechanical characteristics of metal matrix composites : a review." Advances in Materials and Processing Technologies, 10(2):277-294. doi: https://doi.org/10.1080/2374068X.2022.2144276.
• Sönmez, F., and Başak, H. (2016). “Sürtünme karıştırma kaynağının yaşlandırılabilir parçalar üzerinde etkisi effect of stir friction welding on age hardenable parts.” Çukurova University Journal of the Faculty of Engineering and Architecture, 31(ÖS1):29-34. doi: https://doi.org/10.21605/cukurovaummfd.311198.
• Şahingöz, B. Karakoç, H. and Çıtak, R. (2024) “Production of AA6061/TiB2/B4C/GNP hybrid surface composites processed by friction stir processing (FSP) and ınvestigation of mechanical properties,” Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C Tasarım ve Teknoloji, 12(1):405–426. doi: https://doi.org/10.29109/gujsc.1435733.
• Taskin, A. and Şenel, M. C. (2024) “Tribological properties and microstructures of tungsten carbide and few-layer graphene-reinforced aluminum-based composites,” Transactions of the Indian Institute of Metals, 77(2):445–456, doi: https://doi.org/10.1007/s12666-023-03114-w.
• Tümer, M. (2004). Silisyum tozu üretilmesi ve sinterlenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya.
• Yıldırım, M. (2016). Mekanik alaşımla yöntemi ile AA7075- karbon nanotüp takviyeli metal matrisli kompozit üretimi karakterizasyonu ve asınma davranışlarının incelenmesi. Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük.
• Yıldırım, M., and Özyürek, D. (2018). “Toz metalurjisi yöntemiyle üretilen 7075 Al alaşımlarında Mn miktarının aşınma davranışlarına etkisinin incelenmesi.” Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 6(2):269–276. doi: https://doi.org/10.29109/http-gujsc-gazi-edu-tr.336025.