Şerit Döküm Yöntemiyle Grafen Takviyeli Ti6Al4V Kompozitlerin Üretimi ve Karakterizasyonu

Abstract

Titanyum (Ti) ve alaşımları yüksek özgül mukavemet, düşük yoğunluk, yüksek kimyasal direnç ve aynı zamanda iyi biyouyumluluk sergiler. Bu özellikler de onları biyomedikal uygulamalar, uzay ve havacılık gibi alanlarda temel yapısal malzeme konumuna getirmiştir. Ti alaşımlarından üretilen tek katmanlı ve çok katmanlı levhalar bu uygulama alanlarında sıklıkla kullanılmaktadır. Bu doktora tezinde Ti6Al4V (Ti64) alaşımının şerit döküm yöntemiyle grafen katkılı çok katmanlı kompozit levha formunda üretilmesi ve üretilen malzemenin karakterizasyon çalışmalarının yapılması amaçlanmıştır. Bu amaçla, bir takım fiziksel ve mekanik özelliklerinin güçlendirilmesi için Ti64 matris içerisine farklı oranlarda grafen takviyesi yapılmıştır. Şerit döküm yönteminde birtakım bağlayıcı, plastikleştirici ve çözücü organiklerin en uygun oranlarda ilavesiyle akışkan kıvama getirilen döküm çamuru bir altlık üzerine ince şeritler halinde dökülerek, sıyırıcı bir bıçak yardımıyla yayılır ve kurutma işlemi gerçekleştirilir. Bu çalışmada şerit döküm çamuru parametrelerinin en uygun koşullarda sağlandığı karışım oranı; %60 Ti64, %10 etanol, %10 ksilen, %3 PVB, %1 PEG ve %16 MEK kullanılan bileşim olmuştur. Döküm altlık malzemesi olarak mylar film kullanımı en iyi sonucu vermiştir. Şerit döküm yönteminde kullanılan döküm düzeneği de yine bu tez çalışması kapsamında tasarlanıp üretilerek kompozitlerin üretimi için faaliyete geçirilmiştir. 0,933x10-5 mm3/Nm değeri ile en düşük aşınma oranı 30-G numunesinde görülmektedir. Kompozitlerin üretilmesi sonrası aşınma dayanımı ve sertlik ölçümü gibi mekanik testler, termal iletkenlik davranışının incelenmesi ve içyapı incelemeleri gerçekleştirilmiştir. Böylece grafen takviyesinin uygulanma biçiminin ve takviye miktarının kompozit malzemenin özelliklerine olan etkisi incelenmiştir. SEM görüntülerine göre, presleme basıncının artmasıyla birlikte daha homojen ve yoğun bir malzeme yapısı görülmektedir. Gözeneklilik ise basınç artışı ile birlikte büyük oranda azalmıştır. En yüksek sertlik değeri 676,87 HV0,1 ile %0,45 grafen takviyesinde ölçülmüştür. Termal iletkenlik davranışına göre, 30-G kodlu numune en yüksek termal iletkenlik özelliği sergilemiştir. Çalışmanın sonucunda, grafen takviyesinin Ti64 malzemesinin termal iletkenliğini, aşınma dayanımını ve sertlik değerini artırıcı bir etki yarattığı ortaya konulmuştur.Titanium (Ti) and its alloys exhibit high specific strength, low density, high chemical resistance as well as good biocompatibility. These properties have made them the basic structural material in fields such as biomedical applications, space and aviation. Single-layer and multi-layer plates produced from Ti alloys are frequently used in these application areas. In this doctoral thesis, it is aimed to produce Ti6Al4V (Ti64) alloy in the form of graphene-added multilayer composite sheet by strip casting method and to carry out characterization studies of the produced material. For this purpose, different amounts of graphene were reinforced into the Ti64 matrix to strengthen some of its physical and mechanical properties. In the strip casting method, the casting sludge, which is brought to a fluid consistency by adding some binders, plasticizers and solvent organics in the most appropriate proportions, is poured into thin strips on a substrate, spread with the help of a scraper blade and the drying process is carried out. In this study, the mixing ratio at which the strip casting mud parameters are provided under the most suitable conditions is; The composition used was 60% Ti64, 10% ethanol, 10% xylene, 3% PVB, 1% PEG and 16% MEK. Using mylar film as a casting base material gave the best results. The casting mechanism used in the strip casting method was also designed and produced within the scope of this thesis study and put into operation for the production of composites. The lowest wear rate with a value of 0.933x10-5 mm3/Nm is seen in the 30-G sample. After the production of the composites, mechanical tests such as wear resistance and hardness measurement, examination of thermal conductivity behavior and internal structure examinations were carried out. Thus, the effect of the application method of graphene reinforcement and the amount of reinforcement on the properties of the composite material was examined. According to SEM images, a more homogeneous and dense material structure is observed as the pressing pressure increases. Porosity decreased significantly with increasing pressure. The highest hardness value was measured in 0.45% graphene reinforcement with 676.87 HV0.1. According to the thermal conductivity behavior, the sample coded 30-G exhibited the highest thermal conductivity. As a result of the study, it was revealed that graphene reinforcement had an increasing effect on the thermal conductivity, wear resistance and hardness value of the Ti64 material.