Grafen-Si3N4 Takviyeli Ti6Al4V Köpük Matrisli Kompozitlerin Üretimi ve Karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada; Ti6Al4V köpükler ve Ti64-Si3N4, Ti64-grafen ve Ti64-Si3N4-grafen kompozit köpükler hacimce %70 oranında gözenekliliğe sahip olacak şekilde toz metalürjisi ve boşluk tutucu yöntemiyle üretilmiştir. Si3N4 (ağırlıkça %1, %3, %5 ve %7), grafen (ağırlıkça %0,05, %0,10, %0,15, %0,30, %0,45 ve %0,60) takviye oranlarının ayrı ayrı ve birlikte kompozit köpüklerin % bağıl yoğunluk oranı, % gözeneklilik oranı, basma dayanımı, tokluk, vickers sertlik ve mikro yapı özelliklerine etkisi kıyaslamalı olarak incelenmiştir. Elde edilen Ti64-Si3N4 kompozit köpüklerin basma dayanımındaki en yüksek artış takviyesiz Ti64 köpüklere kıyasla %35,34 oranında artışla %1 Si3N4 takviyeli Ti64-Si3N4 kompozit köpüklerde görülmüştür. Takviye oranının artmasıyla Si3N4'ün topaklanma eğilimi göstermesi ve yapının gevrekleşmesiyle basma dayanımının giderek azaltığı görülmüştür. En iyi sertlik değeri Ti64 köpüklere kıyasla %111,60 artışla %7 Si3N4 takviyeli Ti64 matrisli kompozit köpüklerde elde edilmiştir. Ti64-grafen kompozit köpüklerin basma dayanımıdaki en yüksek artış takviyesiz Ti64 köpüklere kıyasla %86,97 oranında artışla %0,15 grafen takviyeli Ti64-grafen kompozit köpüklerde görülmüştür. Takviye oranının artmasıyla grafenin topaklanma eğilimi göstermesi ve grafenin katı yağlayıcılık özelliği göstererek taneler arası kaymayı kolaylaştırması nedeniyle basma dayanımının giderek azaldığı görülmüştür. En iyi sertlik değeri Ti64 köpüklere kıyasla %26,08 artışla %0,05 grafen takviyeli Ti64 matrisli kompozit köpüklerde elde edilmiştir. Ti64-Si3N4-grafen hibrit kompozit köpüklerin basma dayanımındaki en yüksek artış takviyesiz Ti64 köpüklere kıyasla %5,46 oranında artışla %1 Si3N4 ve %0,05 grafen takviyeli Ti64-Si3N4-grafen kompozit köpüklerde görülmüştür. %1 Si3N4 takviyesinin sabit tutularak grafen takviye oranının artırıldığı diğer hibrit kompozit köpüklerde basma dayanımı giderek azalmıştır. En iyi sertlik değeri Ti64 köpüklere kıyasla %21,88 artışla %1 Si3N4 ve %0,10 grafen takviyeli hibrit kompozit köpüklerde elde edilmiştir.In this study; Ti6Al4V foams and Ti64-Si3N4, Ti64-graphene and Ti64-Si3N4-graphene composite foams were produced by powder metallurgy and space holder method with a porosity of 70% by volume. Si3N4 (1%, 3%, 5% and 7% by weight), graphene (0.05%, 0.10%, 0.15%, 0.30%, 0.45% and 0.60% by weight) reinforcement The effects of ratios of composite foams on % relative density ratio, % porosity ratio, compressive strength, toughness, hardness and microstructure properties were investigated. The highest increase in the compressive strength of the obtained Ti64-Si3N4 composite foams was observed in Ti64-Si3N4 composite foams reinforced with 1% Si3N4 with an increase of 35.34%. It has been observed that the compressive strength of Si3N4 tends to agglomerate with the increase in the reinforcement ratio and the compressive strength gradually decreases with the embrittlement of the structure. The best hardness value was obtained in Ti64 matrix composite foams reinforced with 7% Si3N4 with an increase of 111.60%. The highest increase in compressive strength of Ti64-graphene composite foams was seen in Ti64-graphene composite foams reinforced with 0.15% graphene with an increase of 86.97%. It has been observed that the compressive strength gradually decreases due to the tendency of graphene to agglomerate with the increase of the reinforcement ratio, and the solid lubricating property of graphene, facilitating intergranular sliding. The best hardness value was obtained with an increase of 26.08% in 0.05% graphene reinforced Ti64 matrix composite foams. The highest increase in compressive strength of Ti64-Si3N4-graphene hybrid composite foams was observed with 5.46% increase in 1% Si3N4 and 0.05% graphene reinforced Ti64-Si3N4-graphene composite foams. The compressive strength of hybrid composite foams with fixed 1% Si3N4 reinforcement and increased graphene reinforcement ratio gradually decreased. The best hardness value was obtained in hybrid composite foams reinforced with 1% Si3N4 and 0.10% graphene, increasing by 21.88%.