Mustafa ÖZCAN tarafından hazırlanan “HADDEHANE KANTARININ POLİMER MATRİSLİ KOMPOZİT ÜRETİMİNDE KULLANIMI” başlıklı bu çalışma, 2018 yılında yapılan savunma sınavı sonucunda oybirliğiyle başarılı bulunarak jürimiz tarafından yüksek lisans tezi olarak kabul edildi. Üniversite eğitimim boyunca bilgi ve tecrübesini benden esirgemeyen, her zaman ilgi ve alakasını gösteren, sınırsız sabır gösteren değerli hocam Prof. Yüksek lisansımda bana destek olan ve halen iş ve iş alanında gelişmemi sağlayan ECOPLAS otomobil firmasının değerli yöneticileri Bülent Yazıcı, Yeşim Yazıcı, Mahmut Yazıcı ve Emre Bingöl Bey'e sonsuz şükranlarımı sunuyorum. eğitim.
Bu çalışmada ticari adı Clarofast olan polimer esaslı malzemenin vals tufal (Fe2O3) kullanılarak kuru kayma aşınma direncinin arttırılmasına yönelik bir girişimde bulunulmuştur. Deneyler sonucunda kompozit numunelerin aşınma direncinin takviyenin boyutuna ve oranına bağlı olarak arttığı görülmüştür. En iyi aşınma direnci %5 Fe2O3 katkılı numunelerde görülürken, takviye oranının arttırılmasının aşınma direncini azalttığı gözlendi.
In this study, an attempt was made to increase the dry sliding abrasion resistance of polymer based material whose trade name is Clarofast by using rolling scale (Fe2O3). As a result of the experiments, it was observed that the abrasion resistance of composite samples increased depending on the size and ratio of reinforcement material. The best abrasion resistance was observed in the samples with 5% Fe2O3 added, while increasing reinforcement material ratio was found to decrease the abrasion resistance.
GİRİŞ
AŞINMA
Aşınma Türleri
- Adezyon Aşınması
- Abrazif Aşınması
- Oksidasyon Aşınması
- Yorulma Aşınması
Genel olarak sert metaller çok zor plastik davranışlar sergiler ve daha düşük sürtünme katsayısına sahiptir, dolayısıyla malzemenin mümkün olduğu kadar sertleştirilmesi yapışma aşınmasını azaltır. Malzemeler ısıl işlemle sertleştirilerek bu çok hızlı aşınmaya karşı önlem alınır. Sert bir yüzey tabakası elde etmek ve sert parçacıklar içermeyen iş parçaları kullanmak en iyi korunma yöntemleridir.
Reaksiyon ürünlerinin yüzeye güçlü bir şekilde bağlanmasıyla yüzeyde ince, sert bir tabaka oluşur (Kato ve Adachi, 2001). Sürekli deformasyon sonucu oluşan gerinim sertleşmesi sonucu yüzey çatlakları meydana gelir ve küçük parçalar halinde kopan çukurlaşma (çukurlaşma) meydana gelir. Değişken yük nedeniyle, kayma gerilmelerinin en fazla olduğu yerlerde plastik deformasyon ve dislokasyonların oluşturduğu küçük boşluklar zamanla yüzeye doğru büyüyerek yüzeyde yorulma aşınması adı verilen çukurların oluşmasına neden olur.
Erozif aşınma, katı veya sıvı parçacıkların çarpması nedeniyle bir nesnenin yüzeyinde meydana gelen aşınmadır.
POLİMER MALZEMELER
Polimer Malzemelerin Sınıflandırılması
- İnorganik Polimerler
Polimerler yapılarına göre iki ana gruba ayrılır: Organik ve İnorganik (Alümina silikat, doğal ve sentetik zeolitler). Ancak bazı polimerlerde ana zincirde karbon atomları yerine silikon, fosfor ve kükürt gibi başka atomlar da bulunabilir. Endüstride kullanılan polimerik malzemeler fiziksel ve mekanik özelliklerine göre Plastikler – Kauçuklar ve Lifler olmak üzere üç ana sınıfa ayrılmaktadır (Yalova Üniversitesi, 2018).
Bu bağlardan dolayı yeniden kullanılabilen termosetler, kimyasal reaksiyonla kalıcı olarak şekillendirilip olgunlaştırıldıktan sonra ısıtılarak yeniden yumuşatılamaz veya yeniden şekillendirilemez; yalnızca çok yüksek sıcaklıklara ısıtıldıklarında bozunurlar (Saçak, 2012). Plastik, ısı ile kalıcı olarak şekillendirilebildiği ve kürlendikten sonra ısı ile sertliğini kaybetmediği için termal olarak sert olarak adlandırılmaktadır (Şekil 3.8).
POLİMER KOMPOZİTLER
Das ve arkadaşlarının (Das ve diğerleri, 2007) alümina ve zirkonyum takviyeli Al-%4.5Cu kompozitlerinin aşındırıcı aşınma davranışı üzerine yaptıkları çalışmada, her iki kompozitte de takviye parçacık boyutunun azalmasıyla birlikte aşınma direncinin arttığı bulunmuştur. kompozit malzemelerin yanı sıra zirkonyumla güçlendirilmiş kompozit. Karşılaştırıldığında, alümina takviyeli kompozitin nispeten zayıf aşınma direnci sergilediği bulunmuştur. Lee ve diğerleri (Lee ve diğerleri, 2002) tarafından yapılan teorik çalışmada, takviyenin rolünü tanımlayan kritik değişkenler, takviyenin göreceli boyutu, daldırma derinliği ve matris ile takviye arasındaki arayüz olarak tanımlanmış ve takviyenin sağlamlığı.
NANOKOMPOZİTLER
- Nanokompozitlerin Çeşitleri
- Metal Matris Nanokompozitleri
- Polimer Matris Nanokompozitleri
- Al-Nano Al 2 O 3 Kompozitler
- Al/Al 2 O 3 Nanokompozitleri
- Al 2 O 3 -SiC Nanokompozitler
Nanokompozitler, inanılmaz en boy oranlarından veya takviye fazının alışılmadık derecede yüksek yüzey/hacim oranından dolayı geleneksel kompozitlerden farklılık gösterir (Ronald, 2010). Küresel bir parçacık için yüzey alanı/hacim oranı (A/V), yarıçapıyla ters orantılıdır, dolayısıyla nano boyutlu bir parçacık için A/V oranı, mikron boyutlu bir parçacığın A/V oranından 1000 kat daha büyük olacaktır. Takviye malzemesi parçacıklardan (mineraller vb.), kağıtlardan (eski kitaplar vb.) veya liflerden (karbon nanotüpler vb.) oluşabilir.
Matris ve takviye fazları arasındaki arayüz, geleneksel kompozit malzemeler için tipik olandan daha büyük bir mertebededir. Metal matrisli nanokompozitler, bazı nano ölçekli malzemelerin eklendiği sünek metallerden veya alaşım matrislerinden oluşan malzemelerdir. Bu nedenle metal matrisli nanokompozitler, kesme/basınç mukavemeti işlemleri ve yüksek servis sıcaklıkları ile yüksek mukavemetli malzemelerin üretimi için uygundur.
Mikron altı veya nanoboyutlu parçacıkların alüminyum matris ile güçlendirilmesi, nanokompozitlerin üstün mekanik ve fiziksel özelliklerine ve yapı ve arayüz özelliklerinde değişikliklere yol açtı. Nanoteknoloji, en az bir boyutu nanometre boyutunda veya 100 nanometreden (insan saçının çapının yaklaşık binde biri) daha küçük olan, atom veya küçük molekül boyutlarındaki yapıları ifade eder. Nanomalzemelerin küçük boyutları nedeniyle, bunların fiziksel/kimyasal özellikleri (kararlılık, sertlik, iletkenlik, reaktivite, optik hassasiyet, erime noktası vb.), geleneksel malzemelerin tüm özelliklerini geliştirmek üzere değiştirilebilir (Seal ve diğerleri, 2004; Veeresh ve diğerleri, 2011; Yung-Chang ve Sammy, 2004).
Nano ölçeğe indirgenmiş malzemeler, makro ölçekteki davranışlarına kıyasla farklı özellikler sergileyerek benzersiz uygulamalara olanak sağlayabilir. Hafifliği ve yüksek özgül mukavemeti nedeniyle, tanecik takviyeli alüminyum kompozitler, otomotiv ve havacılık uygulamaları gibi çeşitli alanlarda yapısal malzeme olarak ilgi çekicidir (Tousi vd., 2009). Hafeez ve Senthil (2010) yaptıkları çalışmada alüminyumun düşük yoğunluk, düşük erime noktası, yüksek özgül dayanım ve ısı iletkenliği nedeniyle takviye parçacıkları olarak Al2O3, SiC, B4C, AlN, Si3N4'ü kullanmışlardır.
SiC kaynağı olarak organosilikon polimer kullanılarak yapılan kompozitler, geleneksel mikron altı alümina ve SiC tozlarının karışımı ile yapılan kompozitler ile karşılaştırıldığında, sistemin termodinamik analiz sonuçlarına göre parça ile yapılan koşullar altında, bu da sistemin termodinamik analizini dikkate almaktadır. piroliz serilerinde prepolimer oksidasyonunun bir sonucu olarak oluşan olası istenmeyen oksit fazlarını hesaba katın; Granüller arası ve intragranüler SiC tanelerinin ortalama boyutu ve boyut dağılımı, malzemedeki SiC hacimsel kırınımı ve sinterleme koşullarından etkilenmiştir (Klement ve diğerleri, 2018).
HADDEHANE TUFALİ (PULLANMA OLUŞUMU)
Koruyucu olmayan oksitlere sahip metallerin ölçek ağırlıkları W'dir; burada A, sıcaklığa bağlı bir sabittir ve t, zamandır. Burada hem M++ metal iyonunun hem de elektronların oksit tabakasından oksijen yüzeyine yayıldığı ve bunun sonucunda metalin oksit-metal arayüzünde iyonlaşmasına neden olduğu görülmektedir. Bu davranış deneysel olarak belirlenmiştir ve Şekil 6.3 bakırın ve bazı ikili bileşiklerin B hız sabiti üzerindeki etkisini göstermektedir.
İki veya daha fazla oksit tabakasının eşzamanlı oluşumuna bir örnek, demirin oksidasyonudur. Yüksek sıcaklıklarda tortu esas olarak FeO'dan oluşur; Fe3O4 orta tabakayı oluşturur ve yüzeyde oksijen Fe2O3 bulunur. FeO fazı mevcut olmadığından, yaklaşık 566 °C'nin altındaki sıcaklıklarda demir üzerinde oluşan tortu daha yapışkandır ve çelik yüzeyleri temizlemek için yaygın olarak kullanılan asitle temizleme işlemiyle çıkarılması çok daha zordur.
Diğer durumlarda, örneğin orta sıcaklıklardaki demir ve nikelde, oksit tabakasının ağırlık artışı Denklem 2'deki gibi logaritmik bir değişimi takip eder. Yüksek sıcaklıklarda çelik yüzeyinde üç tip demir tortusu tabakası bulunur: Wüstit (FeO), Manyetit (Fe3O4) ve Haematit (Fe2O3). Sıcaklık 700 °C'ye yükseldikçe manyetitin yerini wüstit almaya başlar ve daha yüksek sıcaklıklarda manyetit tufal tabakasının yalnızca %4'ünü içerir.
Haddehanenin ölçeği hakkında genel bir fikir vermemiz gerekirse %49'unun iki değerlikli, %13'ünün üç değerlikli ve %7'sinin metalik demir olduğunu söyleyebiliriz. Demirin (α fazı) yüksek sıcaklık ve atmosferik koşullar altında yüzey oksidasyonunun XRD analizinde, 300 °C ve 400 °C'de ağırlıklı olarak manyetit ve küçük hematit parçalarından oluşurken, 300 °C ve 400 °C'de hematit baskın faz olarak gözlendi. 500°C. C ve 600 °C (Marcius ve diğerleri, 2012). Çelik yüzeyinde oluşan renk ile kırmızı pullanma arasındaki ilişki araştırılmış ve hematit (α-Fe2O3) toz boyutu 2 µm'den küçük olduğunda çelik yüzeyindeki bantlaşmanın görülebildiği gösterilmiştir (Asai ve ark. 2012). , 1993).
Başka bir çalışmada, düşük silikonlu çeliğin toz ağırlığı ile renk değeri arasındaki ilişki, ultrasonik temizleme ile çelik yüzeyinden uzaklaştırılan tozların ağırlığı ölçülerek incelenmiştir (Okuda ve diğerleri, 1995). Yüksek sıcaklıklarda bu pullar Fe/FeO/Fe3O4/α-Fe2O3'e dönüşür. En büyüğünün FeO içerdiği bilinen üç ayrı katmandan oluştuğu biliniyor.
DENEYSEL ÇALIŞMALAR
- Numunelerin Üretimi
- Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM-Scanning Elektron Microscopy)
- Noktasal Analiz Çalışmaları (EDS- Energy Dispersive Spectroscopy)
- Sertlik Deneyleri
- Kuru-Kayma Aşınma Deneyleri
Kompozit numuneler üzerinde gerçekleştirilen kuru kayma testleri sonrasında numunelerin aşınma hacim kayıplarının belirlenmesi ve yüzey profillerinin belirlenmesi amacıyla kullanılmıştır. Kuru kayma aşınma testleri, 6 mm çaplı bir Al2O3 bilyası kullanılarak disk üzerinde bilya tribometre cihazı (Şekil 7.1) ile oda sıcaklığında gerçekleştirildi.
BULGULAR VE DEĞERLENDİRME
Aşındırıcının nüfuz derinliğinin, takviye parçacıklarının boyutuna ve bu parçacıklar arasındaki mesafeye bağlı olduğunu belirtmişlerdir. Takviye tozu oranına bağlı olarak numunelerin aşınma performansları karşılaştırıldığında kompozitteki tufal oranının artması nedeniyle azaldığı tespit edilmiştir. En iyi aşınma direnci en düşük kabuk takviyesi yani %5 branda ile güçlendirilmiş numunelerde görülürken, en kötü aşınma direnci en yüksek kabuk miktarı (%25) ile güçlendirilmiş numunelerde görülmüştür.
Bu durumun nedeni, kompozitteki takviye oranının artması nedeniyle matris bağ dokusunun zayıflaması veya aşınma sırasında aşındırıcı top ile kompozit arasında oluşan kuvvetlerin varlığına bağlanabilir. Takviye oranının artmasıyla birim alana düşen tufal parçacıklarının sayısı artacağından yumuşak polimer matris aşındırıcının olumsuz etkilerinden korunacaktır. Numunenin yüzeyinde oluşan gerilime bağlı çatlakları (Şekil 8.8 a.) ve yapışma nedeniyle yüzeyden ayrılan veya yüzeyde kalan parçacıkları gözlemliyoruz.
Aynı numunenin %20 kararma ile güçlendirildikten sonra aşındırma işlemi sonrası yüzey fotoğrafı incelendiğinde (Şekil 8.10), aşınma izi bölgesinde takviye parçacıklarının birbirine yakın göründüğünü görüyoruz. Şekil 8.11'de aynı numunenin 1500x büyütmedeki görüntüsü incelendiğinde, sert takviye parçacıklarının etrafında aşınmanın meydana geldiği fark edilmektedir. Şekil 8.12'de 5 takviyeli Clarofast'ın 7 N yük altında aşınmaya maruz kaldıktan sonra aşınma yüzeyinin farklı büyütmelerde SEM fotoğrafları çekilmiştir.
SONUÇ VE ÖNERİLER
KAYNAKLAR
Mechanical Behavior of Al-Al2O3 MMC Prepared by PM Techniques Part I—Scheme I Processing Parameters, Journal of Materials Engineering and Performance, Volume 7, pp. 393-401. On structure and mechanical properties of ultrasonically cast Al-2% Al2O3 Nanocomposite, Materials Research Bulletin 44, pp.1154-1160. Nanocrystalline Al-Al2O3p and SiCp composites prepared by high-energy ball milling, Journal of Materials Processing Technology, pp.111-118.
Advances in Ceramic Matrix Composites, Edition: Second Edition, Chapter: Al2O3- SiC Nanocomposites: preparation, microstructure and properties, Matthew. Processing of Al2O3/SiC nanocomposites—part 2: green body formation and melting, Journal of the European Ceramic Society 22, pp.1569–1586. Mechanical and tribological behavior of particulate reinforced aluminum metal matrix composites – a review, Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering, Vol.
Tribological Behavior of Al-Based MMCs and their Application in Automotive Industry, Tribology in industry, bind 26, nr. Trækegenskaber af nanometriske Al2O3-partikelforstærkede aluminiummatrix-kompositter, Materials Chemistry and Physics 85, s.438-443.
ÖZGEÇMİŞ
