Grafen Takviyeli Magnezyum Kompozitlerin Üretimi ve Karakterizasyonu

Abstract

Magnezyum ve alaşımları, otomotiv, havacılık, uzay, elektronik, spor ve sağlık endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu alanlarda gelişen teknolojiyle birlikte bu malzemelerden daha yüksek özellikler istenmektedir. Bunun için kompozit yapılı metal matrisli malzemeler üretilmektedir. Kompozit malzemeler, istenen yapısal özellikleri elde etmek amacıyla iki veya daha fazla malzemenin birbirleri ile takviyelenmesiyle üretilmektedir. Bu kompozitlerde daha çok seramik takviye tercih edilmekte olup günümüzde halen istenen özellikleri sağlamamaktadır. Bunun için yeni takviye malzemelere ihtiyaç duyulmuştur. Bu malzemeler arasında grafen yüksek mekanik, elektriksel ve termal iletkenlik özelliklerinden dolayı son yıllarda en çok tercih edilenidir. Bu tez çalışmasında, toz metalurjisi yöntemiyle magnezyum matris içerisine ağırlıkça % 0,15, % 0,30, % 0,45, % 0,60 ve % 0,75 oranlarında grafen takviyesi yapılarak kompozit malzemeler üretilmiştir. Numunelere sertlik, basma, çentik darbe testi, aşınma dayanımı, mikroyapı ve kristal yapı incelemeleri yapılmıştır. Uygulanan testlerin tümünde genel olarak en iyi sonuç ağırlıkça % 0,15 grafen katkısı içeren malzemeye aittir. Sonuçlara göre; mikrosertlik değeri saf magnezyum için 38,25 HV iken grafen katkısıyla 44,25 HV değerine yükselmiştir. Benzer şekilde maksimum basma dayanımı 165,19 MPa'dan 299,73 MPa'a kadar artmıştır. Aşınma oranı ise saf magnezyum için 9,15 mm3/Nm iken kompozit için 8,52 mm3/Nm'ye düşmüştür. Taramalı elektron mikroskobu analizlerinden grafenin magnezyum tane sınırında bulunduğu belirlenmiştir. X-ışını difraksiyonu analizinden ise istenmeyen ikincil fazların oluşmadığı görülmüştür. Sonuç olarak grafen ilavesinin magnezyum matrisli kompozitlerin özelliklerine olumlu katkı yaptığı ortaya konmuştur. Anahtar kelimeler: Magnezyum, kompozit, grafen, yoğunluk, sertlik.Magnesium and its alloys are widely used in the automotive, aviation, space, electronics, sports and health industry. With the developing technology in these fields, higher properties are demanded from these materials. Therefore, metal matrix materials are fabricated in composite form. The composite materials includes two or more materials in order to achieve the desired structural properties. In composites fabrication, various ceramic reinforcements are preferred, but they still does not provide the desired properties. Unique reinforcement materials in composite fabrication are essential to provide better properties. In recently, graphene is the most popular among these materials. Graphene is preferred due to its high mechanical, electrical and thermal conductivity properties. In this study, the graphene reinforced magnesium composites were fabricated by powder metallurgy method with 0 %, 0,15 %, 0,30 %, 0,45 %, 0,60 % and 0,75 % graphene by weight. Hardness, compressive strength, impact resistance, abrasion resistance, microstructure and crystal structure of the samples were performed. The results given that, the best results were evaluated for 0,15 wt.% graphene reinforced magnesium matrix composites. The microhardness was measured as 38.25 HV and 44.25 HV for pure magnesium and graphene reinforced composite. The ultimate compressive strength increased from 165.19 MPa to 299.73 MPa. The wear rate decreased from 9.15 mm3/Nm (pure magnesium) to 8.52 mm3/Nm (magnesium composites). From the scanning electron microscopy images, the graphene was located between the magnesium grains. X-ray diffraction analyses showed that undesired secondary phases were not detected. In conclusion, the graphene addition has a positive effect on magnesium matrix composite properties. Keywords: Magnesium, composite, graphene, density, hardness.