Karışım Tasarımı Yaklaşımı ile Magnezyum Esaslı Nanokompozit Malzeme Üretilmesi ve Malzeme Özelliklerinin Optimizasyonu
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2016
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Yahya Kaya
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Mehmet Baki Karamış
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Yüksek dayanımlı ve hafif malzemelerin kara ve hava taşımacılığı ile ileri savunma sistemlerinde kullanım potansiyeli oldukça artmıştır. Enerji verimliliği, çevreye duyarlılık, yasal zorunluluklar, yüksek performans, çalışma ortamı gibi koşullar ve hızla yükselen yüksek kalite standartları nedeniyle, Dünyada bol miktarda mevcut olan, geri dönüşüm imkanı ve yüksek özgül dayanım özelliği gibi olumlu özellikleri nedeniyle magnezyum oldukça ilgi çeken bir metaldir. Bu olumlu özelliklerine rağmen yüksek sıcaklık ve korozyon koşullarından kolayca etkilenen özellikleri ise kullanım alanlarını kısıtlayan faktörler olmuştur. Magnezyumun olumsuz özelliklerinin takviye elemanı kullanılarak iyileştirilmesi ile elde edilecek metal matrisli kompozitler, günden güne artan hafif malzeme ihtiyacı için iyi bir alternatif olarak görülmektedir. Bu çalışmada takviye malzemesi olarak, nano boyutta olmanın getirdiği avantajlar ve oldukça yüksek mekanik özellikleri nedeniyle karbon nanotüp ile magnezyumun yüksek sıcaklık ve korozyon dayanımını artıran nadir toprak elementlerinden seryum takviye elemanı olarak tercih edilmiştir. Yukarıda verilen amaçlara ulaşabilmek için bu araştırmada ortalama 266 µm boyutunda AZ41 magnezyum alaşımı talaşı matris malzemesi olarak kullanılmıştır. Bu matrise güçlendirmek maksadıyla takviye elemanı olarak 5-20 nm çaplı ve 1- 10 µm uzunluklu çok duvarlı karbon nanotüp ile < 44 µm tane boyutuna sahip seryum kullanılmıştır. Magnezyum esaslı nanokompozit malzemelerin elde edilmesi için toz metalürjisi yöntemi kullanılmıştır. Takviye elemanlarının belirtilen özelliklere olan etkilerinin incelenmesi amacıyla karışım tasarımı yöntemi kullanılarak numune karışım oranları belirlenmiştir. Bu çalışma kapsamında geliştirilen nano malzemeleri homojen karıştırma yöntemi kullanılarak karışım tasarımına uygun olarak karıştırılan toz gruplarıyla elde edilen ham kompozitler (biletler) ekstrüze edilerek çubuk haline getirildikten sonra her bir teste uygun numuneler hazırlanarak nanokompozit malzemelerin mikroyapı, çekme dayanımı, uzama, sertlik, yoğunluk, gözeneklilik, darbe ve korozyon dayanımı gibi özellikleri incelenmiştir. İlgilenilen özellikler için tahmin modelleri geliştirilerek oluşturulan yüzey grafikleriyle özellik-takviye elemanı ilişkisi incelenerek değerlendirilmiştir. Yapılan değerlendirmeler sonucunda genel olarak karbon nanotüp takviyesinin tek başına kompozit malzemenin enerji sönümleme özelliğini önemli oranda arttırdığı, korozyon direncinin azalması konusunda önemli etkiye sahipken mekanik özelliklerin azalmasında daha az etkiye sahip olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte seryumun oda şartlarında ve yüksek sıcaklıklarda korozyon direncini artırdığı, enerji sönümleme özelliklerine önemli bir etkisi olmadığı, yüksek oranda (bu çalışmada kullanılan) katılmasının ise kompoziti sünekleştirdiği tespit edilmiştir. İkili ve üçlü kompozit numunelerinde takviye elemanlarının kombine etkileri incelendiğinde, gerilme-uzama, korozyon ve enerji sönümleme özelliklerinin KNT ve seryum takviyelerinin üst sınırlarında en kötü seviyeye düştüğü belirlenmiştir. Ancak özelliklerin teker teker veya hep birden iyileştiği optimum karışım oranları bu çalışmada kullanılan karışım tasarımı yöntemiyle tespit edilmiştir. Ayrıca takviye elemanlarının kompozit malzeme özelliklerine olan genel etkilerinin çoğunlukla doğrusal olmaması, tüm takviye oranları için kompozit malzeme üretip sonuçlarını değerlendirmenin süre ve maliyet bakımından mümkün olmaması nedeniyle malzeme geliştirme çalışmalarında karışım tasarımı yönteminin kullanılmasının uygun olduğu elde edilen sonuçlarla açık bir şekilde ortaya konmuştur.