Öz: Giriş: Dayanıklı, hafif ve sert malzemeler için duyulan ihtiyaç metal matrisli kompozitlere olan ilgiyi artırmıştır. Son otuz yıldır metal matrisli kompozitler, geliştirilen dayanımları, yüksek elastisite modülü ve geleneksel alaşımlı malzemelere göre artan aşınma direnci nedeniyle büyük ilgi görmüştür. Metal matrisli kompozitlerin kullanımı teknolojik gelişmelerle eş zamanlı olarak artmaktadır. Alüminyum hafifliği, düşük maliyetli olması, korozyon direnci ve iyi mekanik özelliklerinin olmasından dolayı metal matrisli kompozitlerde ana matris malzemesi olarak kullanımı için uygun bir malzemedir. Alüminyum matrisli kompozitler, geleneksel Al alaşımlarına kıyasla oldukça düşük bir termal genleşme katsayısına ve yüksek özgül mukavemete, aşınma direncine ve ısı direncine sahiptir. Öne çıkan bu özellikleri ile birlikte alüminyum matrisli kompozit malzemeler geliştirilen aşınma direnci ile tribolojik olarak dikkat çekmektedir. Bununla birlikte, bir alüminyum matris içindeki birden fazla takviyenin kullanılması ile fiziksel özellikler iyileştirilebilir. Alüminyum matrisli kompozitlere SiC partiküllerinin eklenmesiyle kompozitlerin hem mukavemeti hem de aşınma direnci artmaktadır. Alüminyum matrisli kompozit malzemeler, otomotiv ve havacılık sektörlerindeki üreticiler tarafından kritik önem taşıyan parçaların çoğunda kullanmıştır. Otomotiv endüstrisinde, konik makaralı rulman, valf yuvası, bağlantı çubukları, kamlar, fren diskleri gibi bir çok parça alüminyum matrisli kompozitlerle üretilmektedir. Metal matrisli kompozit malzemeler, çeşitli döküm ya da toz metalurjisi teknikleriyle üretilmektedir. Toz metalurjisi yöntemi ile yüksek ergime dereceli metal ve alaşımlarından ikincil imalat işlemlerine gerek kalmadan küçük, karmaşık ve boyutsal hassasiyeti yüksek seri üretim parçalar üretmek mümkündür. Bu avantajlardan dolayı toz metalurjisi yöntemi metal matrisli kompozit üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Amaç: Bu çalışmada farklı sıcaklıklarda sinterlenmiş Al/Cu/SiC hibrit kompoziti için sinterleme sıcaklığının malzemenin sertlik ve aşınma özelliklerini nasıl etkilediğinin incelenmesi amaçlanmıştır. Kapsam: Alüminyumdan imal edilmiş otomobil parçaları otomobillerde ağırlık azaltmak ve aracın yakıt verimliliğini artırmak için kullanılmaktadır. Otomobillerde eksantrik mili, yatak kapakları, kasnaklar, yağ pompası rotorları, silindir gömlekleri alüminyum alaşımlarının kullanıldığı parçalara örnektir. Sürtünme kuvvetleri etkisi altında çalışan bu parçalarda aşınmalar görülür. Aşınmanın azaltılması ve mekanik özelliklerin iyileştirilmesi için alüminyum matrisli kompozit malzeme içerisine çeşitli alaşımlar katılır. Sınırlıklar: Literatür taraması sonucu elde edilen verilere göre yapılan çalışmada mekanik alaşımlama süresi 15 saat, sinterleme süresi 20 dakika, aşınma testinde kayma mesafesi 200 m ve kayma hızı 0.09 m/s olarak sınırlandırılmıştır. Yöntem: Çalışmada toz metalurjisi yöntemi ile kompozit malzeme üretimi için yüksek saflıktaki Al tozları (63µm), Cu tozları (20µm), SiC tozları (10µm) kullanılmıştır. Ana matris olan alüminyumun içerisine kütlece %4 Cu ve %5 SiC tozları katılarak karıştırma cihazında Ni bilyeler kullanarak 15 saat tozlara mekanik alaşımlama yapılmıştır. Mekanik alaşımlama yapılarak homojen dağılımlı toz karışımı elde edilmiştir. Grafit kalıplara konulan toz karışımı sıcak pres cihazında vakum ortamında, 45 MPa basınç altında, üç farklı sıcaklıkta (520°C, 560°C, 600°C) 20 dakika sinterlenmiştir. Tozların sinterlenmesiyle 20 mm çapında 6 mm yüksekliğinde numuneler üretilmiştir. Üretilen numunelere 2.5 mm çapında çelik bilye ile 31,25 kgf yük altında Brinell sertlik ölçümü yapıldıktan sonra numuneler parlatılarak yüzeyleri aşınma testi için hazırlanmıştır. Aşınma testi pin-on disk test cihazında 10N yük altında, 200 m kayma mesafesi ve 0.09 m/s kayma hızında 6 mm çapında çelik bilye kullanılarak yapılmıştır. Aşınma testinden sonra numunelerin aşınma yüzeylerine SEM analizi yapılmıştır. Bulgular: Sinterlemeden sonra yapılan sertlik ölçümlerinde 520°C’de sinterlenen numunenin sertliğinin 49.7 HB, 560°C’de sinterlenen numunenin sertliğinin 69.1 HB, 600°C’de sinterlenen numunenin sertliğinin 79.6 HB olduğu görülmüştür. Aşınma testi sonucunda ağırlık kaybının en fazla olduğu numune 6,5 mg ağırlık kaybı ile 520°C’de sinterlenen numune olduğu, ağırlık kaybının en az olduğu numune 2,6 mg ağırlık kaybı ile 600°C’de sinterlenen numune olduğu tespit edilmiştir. 600°C’de sinterlenen numunenin ağırlık kaybının 520°C’de ve 560°C’de sinterlenen numunelere göre daha az olduğu görülmüştür. Yapılan yoğunluk ölçümleri sonuçlarına göre sinterleme sıcaklığı arttıkça teorik yoğunluğa yakın bir yoğunluk elde edilmektedir. Yapılan SEM analizlerinde 520°C’de sinterlenen numunede delaminasyonlara bağlı olarak aşınmanın fazla olduğu, 560°C’de sinterlenen numunede daha az delaminasyon olduğu, 600°C’de sinterlenen numunede ise delaminasyonların azaldığı yerini abrazif aşınmanın aldığı görülmüştür. Sonuç: Çalışmalar sonucunda sinterleme sıcaklığı arttıkça malzemelerin yoğunluğunun arttığı, malzemede sertlik artışı sağlandığı ve aşınma sonucu ağırlık kaybının azaldığı tespit edilmiştir. Ayrıca aşınma tipinin değiştiği görülmüştür.
Anahtar Kelimeler: Kompozit malzeme, Toz metalurjisi, Sinterleme, Aşınma
|
