Titanyum Takviye Miktarının Alümina Esaslı Kompozitlerin Mekanik ve Mikroyapı Özelliklerine Etkisi

Yıl 2024, Cilt: 14 Sayı: 2, 361 - 373, 31.12.2024

Samet Yavuz , Mevlüt Gürbüz

https://doi.org/10.54370/ordubtd.1487283

Öz

Yapılan bu çalışmada endüstride yaygın olarak kullanılan Al2O3’ün gevrek ve kırılgan olan yapısının iyileştirilmesi adına ikinci faz takviyesi olarak Ti tozu kullanılmıştır. Matris fazı olarak belirlenen alüminaya artan oranlarda %0,5, %1, %3, %5 ve %10 Ti takviyeleri yapılmıştır. Toz metalurjisi yöntemiyle üretilen saf alümina ve alümina-titanyum kompozitleri 1550 oC sinterleme sıcaklığı ve 120 dk. bekleme süresinde sinterlenmiştir. Üretilen kompozitlerin sinterleme öncesi ve sonrası yoğunlukları ölçülmüştür. Sinterleme sonrası sertlik deneyleri, kırılma tokluğu ölçümü, basma deneyleri gerçekleştirilmiş ve SEM görüntüleri alınarak mikro yapı analizleri yapılmıştır. Yapılan incelemeler sonucunda alümina matrise %0,5 Ti takviyesi ile elde edilen AT05 kompozitinin en uygun takviye oranı olduğu belirlenmiştir. %0,5 Ti takviyeli kompozitte %94 yoğunluk, 14,84 GPa sertlik, 7,37 MPa.m1/2 kırılma tokluğu, 1207 MPa basma dayanımı değerleri elde edilmiştir. Titanyum ilave oranının artırılmasının mekanik deneyler ve mikro yapı analiz sonuçlarını olumsuz etkilediği ve %10 Ti takviyeli kompozitte hem monolitik alümina hem de AT05 kompozitine kıyasla daha düşük mekanik özellikler elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Al2O3, Ti, sinterleme, kompozit

Etik Beyan

Bu makalenin yayınlanmasıyla ilgili herhangi bir etik sorun bulunmamaktadır.

Effect of Titanium Reinforcement Amount on Mechanical and Microstructural Properties of Alumina Based Composites

Öz

In this study, Ti powder was used as the second phase reinforcement to improve the brittle and brittle structure of Al2O3, which is widely used in industry. Increasing amounts of 0.5%, 1%, 3%, 5% and 10% Ti were added to the alumina determined as the matrix phase. Pure alumina and alumina-titanium composites produced by powder metallurgy method were sintered at a sintering temperature of 1550 oC and a dwell time of 120 minutes. The densities of the produced composites were measured before and after sintering. After sintering, hardness tests, fracture toughness measurement, compression tests were carried out and microstructure analyzes were performed by taking SEM images. As a result of the examinations, it was determined that the AT05 composite obtained with 0.5% Ti reinforcement in the alumina matrix was the most appropriate reinforcement ratio. In the 0.5% Ti reinforced composite, 94% density, 14.84 GPa hardness, 7.37 MPa.m1/2 fracture toughness, 1207 MPa compressive strength values were obtained. Increasing the titanium addition rate negatively affected the results of mechanical experiments and microstructure analysis, and lower mechanical properties were obtained in the 10% Ti reinforced composite compared to both monolithic alumina and AT05 composite.

Anahtar Kelimeler

Al2O3, Ti, sintering, composite

Kaynakça

• Bahraminasab, M., Ghaffari, S. ve Eslami-Shahed, H. (2017). Al2O3-Ti functionally graded material prepared by spark plasma sintering for orthopaedic applications. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 72(February), 82–89. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2017.04.024
• Boatemaa, L., Zwaag van der, S., ve Sloof, W. G. (2018). Self-healing of Al2O3 containing Ti microparticles. Ceramics International, 44(10), 11116–11126. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.03.119
• Esparza-Vázquez, S. J., Rocha-Rangel, E., Rodríguez-García, J. A. ve Hernández-Bocanegra, C. A. (2014). Strengthening of alumina-based ceramics with titanium nanoparticles. Materials Sciences and Applications, 05(07), 467–474. https://doi.org/10.4236/msa.2014.57050
• Hayun, S., Meir, S., Kalabukhov, S., Frage, N. ve Zaretsky, E. (2016). Phase constitution and dynamic properties of spark plasma-sintered alumina-titanium composites. Journal of the American Ceramic Society, 99(2), 573–580. https://doi.org/10.1111/jace.13992
• İnan, U. (2005). Farklı sinterleme sıcaklıklarının Ağırlıkça %2 MnO ve %2 TiO2 katkılı alümina seramiğin mikroyapısal ve fiziksel özelliklerine olan etkileri. İstanbul Teknik Üniversitesi.
• Liu, M., Wang, Z., Li, Q., Shi, G., Wu, C. ve Li, Y. (2015). Effects of Y2O3 on the mechanical properties of Ti/Al2O3 composites of hot pressing sintering. Materials Science and Engineering: A, 624(1), 181–185. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.11.058
• Lu, Y., Zhu, M., Zhang, Q., Hu, T., Wang, J. ve Zheng, K. (2020). Microstructure evolution and bonding strength of the Al2O3/Al2O3 interface brazed via Ni-Ti intermetallic phases. Journal of the European Ceramic Society, 40(4), 1496–1504. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.11.066
• Meir, S., Kalabukhov, S., Frage, N. ve Hayun, S. (2015). Mechanical properties of Al2O3\Ti composites fabricated by spark plasma sintering. Ceramics International, 41(3), 4637–4643. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.12.008
• Meir, S., Kalabukhov, S. ve Hayun, S. (2014). Low temperature spark plasma sintering of Al2O3-TiC composites. Ceramics International, 40, 12187–12192. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.04.059
• Mutuk, T. (2019). Grafen-Si3N4 takviyeli titanyum hibrit kompozit ile prototip implant üretimi. Ondokuz Mayıs Üniversitesi.
• Şenel, M. C. (2018). Grafen-seramik tanecik takviyeli alüminyum matrisli hibrit kompozitlerin toz metalurjisi metoduyla üretimi, mekanik ve mikroyapı özelliklerinin incelenmesi [Yayımlanmamış doktora tezi]. Ondokuz Mayıs Üniversitesi.
• Shi, S., Cho, S., Goto, T. ve Sekino, T. (2020a). CNT-induced TiC toughened Al2O3/Ti composites: Mechanical, electrical, and room-temperature crack-healing behaviors. Journal of the American Ceramic Society, 103(8), 4573–4585. https://doi.org/10.1111/jace.17152
• Shi, S., Cho, S., Goto, T. ve Sekino, T. (2020b). Role of CeAl11O18 in reinforcing Al2O3/Ti composites by adding CeO2. International Journal of Applied Ceramic Technology, 18(1), 170–181. https://doi.org/10.1111/ijac.13629
• Shi, S., Sekino, T., Cho, S. ve Goto, T. (2020). Ti and TiC co-toughened Al2O3 composites by in-situ synthesis from reaction of Ti and MWCNT. Materials Science and Engineering A, 777(January), 139066. https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139066
• Sousa, L., Basilio, L., Alves, A. C. ve Toptan, F. (2021). Tribocorrosion-resistant biofunctionalized Ti-Al2O3 composites. Surface and Coatings Technology, 420(April), 127329. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2021.127329
• Xu, H., Zhang, L., Wang, Z., Wu, J. ve Yang, F. (2017). Effects of Ta2O5 on mechanical properties and elements diffusion of Ti/Al2O3 composites prepared via hot pressing sintering. Ceramics International, 43(10), 7935–7941. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.03.003
• Yavuz, S. ve Gürbüz, M. (2023a). Al2O3 matrise Ti takviyesinin mekanik özelliklere etkisinin incelenmesi. 12. Uluslararası Bilimsel Çalışmalar Kongresi (UBCAK), 325–334.
• Yavuz, S. ve Gürbüz, M. (2023b). Farklı sinterleme parametrelerinin monolitik alüminanın yoğunluğuna etkisinin incelenmesi. Global Conference on Engineering Research (GLOBCER’23), 196–207.
• Yin, Z., Huang, C., Zou, B., Liu, H., Zhu, H. ve Wang, J. (2013). Preparation and characterization of Al2O3/TiC micro-nano-composite ceramic tool materials. Ceramics International, 39(4), 4253–4262. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.10.277
• Yin, Z., Yuan, J., Wang, Z., Hu, H., Cheng, Y. ve Hu, X. (2016). Preparation and properties of an Al2O3/Ti(C,N) micro-nano-composite ceramic tool material by microwave sintering. Ceramics International, 42(3), 4099–4106. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.11.082
• Zygmuntowicz, J., Tomaszewska, J., Wieczorek, M., Żurowski, R., Piotrkiewicz, P., Wachowski, M. ve Wieciński, P. (2022). Properties of Al2O3/Ti/Ni composites fabricated via centrifugal slip casting under environmentally assessed conditions as a step toward climate-neutral society. Ceramics International, 48(15), 21920–21933. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.04.174