SiC/B4C takviyeli metal matriks kompozit üretimi ve mekanik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, gözenekli preform şeklinde üretilen SiC, B4C ve SiC/B4C seramik yapılara basınçlı döküm infiltrasyon yöntemi uygulanmış, ardından AlSi10Mg alüminyum döküm alaşımı infiltre edilmiş ve nihayetinde metal matriks kompozit malzemeler üretilmiştir. İnfiltrasyon uygulaması öncesinde SiC ve B4C partiküller replika yöntemi kullanılarak gözenekli seramik preformlara dönüştürülmüştür. Matriks ile takviye elemanı arasındaki arayüzey bağ mukavemetini ve ıslatmayı artırmak için SiC seramik preformlar akımsız kaplama tekniği ile bakır ve nikel kaplanmıştır. İdeal seramik preformların üretilmesi ile ilgili optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Üretilen kompozit malzemelerin çekme, eğme ve sertlik deneyleri ile mekanik özellikleri, ısıl yayınım, ısıl iletkenlik ve ısıl genleşme deneyleri ile ısıl özellikleri, aşınma deneyleri ile tribolojik özellikleri tespit edilmiştir. İşlenebilinirlik testi ile kompozit malzemelerin işlenebilirlik performansı incelenmiştir. Üretilen seramik preformların ve kompozitlerin optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobunda (SEM) mikro yapıları incelenmiştir. Kompozitlerin çekme mukavemeti, eğme mukavemeti ve elastik modülü değerleri takviye elemanı gözenek sıklığının artmasıyla artmıştır. Aşınma deneylerinde kompozitlerde kayma mesafesi arttıkça aşınma oranı ve sürtünme katsayısı değerleri artmıştır. Kompozit malzemelerin ısıl genleşme ve ısıl genleşme katsayısı değerlerinde takviyesiz matriks alaşımı ile karşılaştırıldığında azalma görülmüştür. İşlenebilirlik testlerinde ise kompozit malzemelerin daha fazla takım aşınmasına sebebiyet verdiği görülmüştür. Seramik preformların infiltrasyon öncesi akımsız bakır ve nikel kaplanmasıyla ıslatabilirlik özellikleri iyileştirilmiş ve daha az boşluklu kompozit malzemeler üretilmiştir. Kaplanmanın bu olumlu etkisiyle tüm mekanik, fiziksel ve tribolojik özeliklerde artış gözlenmiştir.

In this PhD thesis, pressure infiltration technique was used for production aluminium metal matrix composites. For this purpose, AlSi10Mg aluminium casting alloy were infiltrated into the open pore SiC, B4C and SiC/B4C ceramic foams by using pressure die casting method. Before infiltration, SiC, B4C and bentonite mix slurry were prepared penetrated into reticulated sponge. Ceramic foams were produced after firing of the ceramic penetrated polyester sponge. These foams were also coated by copper and nickel via electroless coating technique which can improve interface bond strength and wetting between matrix and reinforcement material. Optimisation studies were accomplished for manufacturing ideal ceramic foams. Mechanical properties were determined by measuring tensile, bending and hardness; thermal behaviours were investigated by measuring thermal diffusivity, thermal conductivity and thermal expansion; wear behaviours of composite materials were investigated by using pin-on-disk method. Micro structural examination of composites and ceramic foams were carried out using optical and scanning electron microscope (SEM). Increase in pore frequency of reinforcement has increased tensile strength, bending strength and elastic modules of composites. In wear tests, as the sliding distance increases wear lost and friction coefficient have increased for both composite and un-reinforced matrix alloy. Thermal expansion and coefficient of thermal expansion values of composite have decreased for particle reinforced composites by comparison of un-reinforced matrix alloy. It has been clearly shown that from machining tests, ceramic particle reinforced composites have needed more cutting force compared with monolithic Al alloy. Because of that, cutting tools have tremendously worn out during machining composite materials. Electroless copper and nickel coating of ceramic foams has improved wetting properties of the foam surfaces and by means of the coating, less porous composite materials have been produced. With the positive effect of metallic coating, all mechanical and tribological property values of the composites have increased.