Al7075-Si3N4-Grafen ve Al7075-B4C-Grafen Hibrit Kompozitlerin Mekanik ve Tribolojik Özelliklerinin Araştırılması

Abstract

Yapılan bu çalışmada toz metalürjisi ve indüksiyonla sıcak presleme yöntemleri ile Al7075-Si3N4-grafen ve Al7075-B4C-grafen kompozit yapılar üretilmiştir. Al7075 matrise ağırlıkça %1, 3, 6, 9, 12 oranlarında Si3N4, %1, 3, 6, 9, 12, 15, 30 oranlarında B4C ve %0,1, 0,3, 0,5 oranlarında grafen takviye edilmiştir. Katkı oranının ve ısıl işlem türünün (sinterleme ve indüksiyonla sıcak presleme) kompozitlerin mikroyapılarına, mekanik (yoğunluk, gözeneklilik oranı, Vickers sertliği, basma dayanımı) ve tribolojik özelliklerine (aşınma oranı, kütle kaybı ve sürtünme katsayısı) olan etkisi incelenmiştir. Yürütülen testler neticesinde Al7075-Si3N4 kompozitleri arasında en yoğun mikroyapıya, en iyi mekanik ve tribolojik özelliklere indüksiyonla sıcak preslenmiş Al7075-9Si3N4 kompozit yapıda ulaşılmıştır. Bu nedenle grafen katkı oranının etkisini belirlemek amacıyla Al7075-9Si3N4 kompozit yapısına farklı oranlarda grafen ilavesi yapılmıştır. Al7075-9Si3N4-grafen kompozitleri arasında en yüksek yoğunluk (2,8 g/cm3), Vickers sertliği (238 HV), basma dayanımı (378 MPa) ve en düşük aşınma oranı (0,00016 mm3/Nm), kütle kaybı (0,0021 g) indüksiyonla sıcak preslenmiş Al7075-9Si3N4-0,1grafen kompozit yapıda elde edilmiştir. Al7075-B4C kompozitleri arasında ise en yoğun mikroyapı, en iyi mekanik ve tribolojik özellikler %30 B4C katkı oranında elde edilmiştir. Bu nedenle Al7075-30B4C kompozit yapısına farklı oranlarda grafen takviye edilmiştir. Al7075-30B4C-grafen kompozitleri arasında en yüksek yoğunluk (2,64 g/cm3), Vickers sertliği (256 HV), basma dayanımı (526 MPa) ve en düşük aşınma oranı (0,000076 mm3/Nm), kütle kaybı (0,001 g) indüksiyonla sıcak preslenmiş Al7075-30B4C-0,1grafen kompozit yapıda elde edilmiştir. Ancak %0,1 grafen katkı oranının üzerinde grafenin topaklanması sebebiyle kompozitlerin mekanik ve tribolojik özellikleri bozulmuştur. Sonuç olarak Al7075 matrise belirli oranda Si3N4/B4C ve grafen ilavesi ile kompozitin mekanik ve tribolojik özelliklerinin iyileştiği belirlenmiştir. Ayrıca sinterleme sonrası indüksiyonla sıcak presleme işleminin sadece sinterleme işlemine kıyasla mikroyapıdaki gözenekliliği azalttığı buna bağlı olarak da kompozitin mekanik ve tribolojik özelliklerinin iyileştiği tespit edilmiştir.In this study, Al7075-Si3N4-graphene and Al7075-B4C-graphene composite structures were produced by the powder metallurgy and induction hot pressing methods. Al7075 matrix was reinforced with 1, 3, 6, 9, 12% Si3N4, 1, 3, 6, 9, 12, 15, 30% B4C and 0.1, 0.3, 0.5% graphene. The effects of reinforcement ratio and heat treatment type (sintering and induction hot pressing) on the microstructure, mechanical (density, porosity ratio, Vickers hardness, compressive strength) and tribological properties (wear rate, mass loss and friction coefficient) of composites were investigated. As a result of the tests carried out, the densest microstructure and the best mechanical and tribological properties were reached in the induction hot pressed Al7075-9Si3N4 composite structure among the Al7075-Si3N4 composites For this reason, graphene was reinforced to the Al7075-Si3N4 composite structure in different ratios. Among the Al7075-9Si3N4-graphene composites, the highest density (2.68 g/cm3), Vickers hardness (238 HV), compressive strength (378 MPa) and lowest wear rate (0.00016 mm3/Nm), mass loss (0.0021 g) induction hot pressed Al7075-9Si3N4-0,1graphene composite structure was obtained. Among the Al7075-B4C composites, the densest microstructure and the best mechanical and tribological properties were obtained with 30%B4C content. For this reason, graphene was reinforced to the Al7075-B4C composite structure in different ratios. Among the Al7075-30B4C-graphene composites, the highest density (2.64 g/cm3), Vickers hardness (256 HV), compressive strenght (526 MPa) and the lowest wear rate (0,000076 mm3/Nm), mass loss (0,001 g) were obtained in the induction hot pressed Al7075-30B4C-0.1graphene composite structure. However, the mechanical and tribological properties of composites deteriorated due to agglomeration of graphene above 0.1% graphene amount. As a result, it was determined that the mechanical and tribologic certain amount of Si3N4/B4C and graphene to the Al7075 matrix up to a certain content. In addition, the porosity in the microstructure was reduced by the effect of the induction hot pressing process. Accordingly, it was determined that the mechanical and tribological properties of the composite improved.