Fonksiyonel derecelendirilmiş seramik partikül takviyeli AI2124 kompozitlerinin üretimi ve mekanik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Toz metalürjisi ile üretilenkompozit malzemeler, düşük yoğunluk, yüksek mukavemet ve sertlik gibi mükemmel özelliklerinden sebebiyeçoğunlukla endüstride kullanılmaktadır. Bu çalışmanın amacı SiC ve Al2O3 seramik partikül takviye ile güçlendirilmiş yaşlandıralabilir. Al2124 matriksli metal matrikskompozit üretmektir. Havacılık ve savunma sanayiinde kullanılan 2100 serisi alüminyum alaşımları bu çalışma kapsamında hem tek katmanlı hem çok katmanlı fonksiyonel derecelendirilerek üretilerek özellikleri geliştirilecektir. Kullanılan takviye malzemeleri ve toz formunda tedarik edilen Al2124 alaşımı ile homojen karıştırılarak toz metalurjisi yöntemiyle üretilmiştir. Toz karışımları optimum bileşimi belirlemek için altı farklı molar oranda hazırlanmış, daha sonra karışımın dağılımın etkinliğinin arttırılması ve Al parçacık boyutunun azaltılmasını sağlamak için yüksek öğütme etkili atritör değirmende öğütülmüştür. Presleme sonucu elde edilen ham numuneler 575-650°C arasındaki sıcaklıklarda 45-150dk sürelerde koruyucu gaz atmosferinde (Ar, N2, hava) sinterlenmiştir. Sinterlenen numuneler metalografik hazırlanıp yoğunlaşma davranışı, takviye fazının dağılımı, porozite şekli ve dağılımı, katmanlararası geçiş bölgesinin mikro yapı değişimi, fazların tanımlanması açısından optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Ham maddelerin ve ürünlerin kimyasal karakterizasyonları X-ışınları analizi (XRD), X ışını floresans analizi (XRF), spektral analiz, atomik absorpsiyon spektroskopisi (AAS) ve enerji dağılım spektroskopisi (EDS) kullanılarak karakterize edilmiştir. Nihai ürünlerin mekanik özellikleri mikrovickers sertlik testi ve 3 nokta eğme testi ile ölçülmüştür. Sonuç olarak, tek katmanlı ve fonksiyonel derecelendirilmiş çok katmanlı (FDM) olarak SiC ve Al2O3 takviyeli Al2124 kompozit malzeme üretimi başarılmıştır. Yüksek yoğunluklu (>%97 R.D.) ürünler elde edilmiştir.

Composite materials produced by powder metallurgy are mostly used industrially due to their excellent properties such as low density, high strength and hardness. The aim of this work is to produce metal matrix composites of Al2124, which can be aged, reinforced with SiC and Al2O3 ceramic particle reinforcement. Properties of the 2100 series aluminum alloys used in the aerospace and defense industry will be improved by producing both single layer and multi-layer functional grades within the scope of this study. The composite was produced by powder metallurgy method with the use of Al2124 alloy and the reinforcements in particulate form. Powder mixtures were prepared in six different molar ratios to determine the optimum composition, then the mixture was milled in aattritory mill that has high grinding efficiency to obtain awell-distributed microstructure and to reduce the Al particle size. The green samples obtained were sintered under shielding gas atmosphere (Ar, N2, air) for 45-150 minutes at temperatures between 575-650°C.Optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM) were used to determine densification behavior, reinforcement phase distribution, porosity shape and distribution, microstructural change of interstitial transition zone and phases in the sintered samples. The chemical characterizations of starting materials and products were carried out by using X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence analysis (XRF), spectral analysis, atomic absorption spectroscopy (AAS) and energy dispersive spectroscopy (EDS). The mechanical properties of the final products were measured by the microVickers hardness test and the 3 point bending test. As a result, high dense (> 97% R.D.) SiC and Al2O3-reinforced Al2124 composite materials were produced as single-layered and functional graded material (FGM).