B4C TAKVİYELİ CUALNi KOMPOZİTİNİN KARAKTERİZASYON VE AŞINMA ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Abstract

ÖZET

Toz metalurjisi (TM), sıkıştırılmış metal tozlarını erime noktalarının hemen altına ısıtarak metal parçalar oluşturma işlemidir. Başka bir deyişle, TM, toz metalden net parçalar oluşturan bir metal şekillendirme işlemidir. Toz metalurjisi, ince toz halindeki malzemelerin karıştırılması, istenen bir şekle veya forma preslenmesi (sıkıştırma) ve ardından sıkıştırılmış malzemenin kontrollü bir atmosferde ısıtılarak malzemeye bağlanması (sinterleme) işlemidir. Sıkıştırma genellikle oda sıcaklığında gerçekleştirilir ve yüksek sıcaklıktaki sinterleme işlemi genellikle atmosfer basıncında gerçekleştirilir. İsteğe bağlı ikincil işleme, genellikle özel özellikler veya gelişmiş hassasiyet elde etmek için takip eder. TM'nin yüksek hassasiyetli şekillendirme kapasitesi, net şekle, karmaşık özelliklere ve iyi boyutsal hassas parçalara sahip bileşenler üretir. TM sürecinin benzersiz esnekliği, ürünlerin, kullanıcıların özel ihtiyaçlarına göre uyarlanmış malzemelerden yapılmasını sağlar. Bu yetenek, özel olarak seçilmiş malzemeleri kullanarak, parçanın mekanik özelliklerinde iyileştirmeler yapılmasını sağlar. TM süreci, diğer üretim süreçleriyle karşılaştırıldığında, en yüksek hammadde kullanımına (%95'in üzerinde) ve bitmiş parçanın kilogramı başına en düşük enerji gereksinimine sahiptir. Çok az malzeme israfı ile yüksek hacimli üretim için uygundur. İkincil işleme neredeyse ortadan kalkar. CuAlNi alaşımı yüksek sıcaklık uygulamaları için geliştirilmiştir. CuAlNi’ nin en önemli kullanım alanı aktüatörlerdir. Bu alaşımlar en çok ince film olarak aktüatörler içerisinde kullanım alanı bulmaktadır. Yüksek sıcaklık uygulamalarında CuAlNi alaşımlarının aşınma dayanımları azalmaktadır. Bu çalışmada, toz metalurjisi yöntemiyle CuAlNi karışımına farklı kütle oranlarında (%2,5, 5, 7,5 ve 10) B4C partikülleri eklenerek kompozit numuneler oluşturulmuştur. Hazırlanan tozlar türbüla cihazı ile 1 saat karıştırıldı. Karışımı gerçekleştirilen tozlar sıcak pres cihazı ile preslenmiş ve sinterlenmiştir. Sinterleme işlemi 850 ℃'de 1 saat vakum ve argon gaz atmosferinde gerçekleştirilmiştir. Hazırlanan numunelerin mikro yapılarındaki değişimleri belirlemek için optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Üretilen kompozitlerin elemental ve kimyasal kompozisyonunu belirlemek için EDS ve XRF analizleri yapılmıştır. Örneklerde oluşan fazları ve belirlemek için X-ışını kırınımı (XRD) kullanılmıştır. B4C partiküllerinin sertlik üzerindeki etkisini belirlemek için mikrosertlik (HV5) ölçümleri yapıldı. Mikroyapı sonuçları incelendiğinde, B4C partiküllerinin mikroyapı içerisinde homojen olarak bir dağılım gerçekleştirdiği tespit edilmiştir. Hazırlanan numunelerin sertlik değerleri artan B4C miktarı ile artmıştır. Ayrıca deneyler sonucunda en yüksek sertlik değeri olan 303.3 HV5 %10 B4C ilave edilen numune için ölçülmüştür. Katkısız CuAlNi kompozitleri, %5 B4C eklenen kompozitler ve %10 B4C eklenen kompozitler aşınma testlerine tabi tutulmuştur. En iyi aşınma direnci %10 B4C ilaveli kompozitte tespit edilmiştir.

ABSTRACT

Powder metallurgy (TM) is the process of forming metal parts by heating compressed metal powders just below their melting point. In other words, TM is a metal forming process that creates net pieces from powdered metal. Powder metallurgy is the process of mixing fine powder materials, pressing them into a desired shape or form (compression), and then bonding (sintering) the compressed material to the material by heating it in a controlled atmosphere. Compression is usually carried out at room temperature, and high temperature sintering is usually carried out at atmospheric pressure. Optional secondary processing often follows to achieve special features or enhanced precision. TM's high precision forming capability produces components with clear shape, complex features and good dimensional precision parts. The unique flexibility of the TM process allows products to be made from materials tailored to the specific needs of users. This capability enables improvements in the mechanical properties of the part, using specially selected materials. Compared to other manufacturing processes, the TM process has the highest raw material usage (over 95%) and the lowest energy requirement per kilogram of finished part. It is suitable for high volume production with very little material wastage. Secondary processing is virtually eliminated. CuAlNi alloy was developed for high temperature applications. The most important usage area of CuAlNi is actuators. These alloys are mostly used in actuators as thin films. In high temperature applications, the wear resistance of CuAlNi alloys decreases.

In this study, composite samples were formed by adding B4C particles in different mass ratios (2.5%, 5, 7.5 and 10) to the CuAlNi mixture by powder metallurgy method. The prepared powders were mixed with a turbula device for 1 hour. The mixed powders were pressed and sintered with a hot press device. The sintering process was carried out at 850 °C for 1 hour in vacuum and argon gas atmosphere. Optical microscope and scanning electron microscope (SEM) were used to determine the changes in the microstructure of the prepared samples. EDS and XRF analyzes were performed to determine the elemental and chemical composition of the produced composites. X-ray diffraction (XRD) was used to determine the phases formed in the samples. Microhardness (HV5) measurements were made to determine the effect of B4C particles on hardness. When the microstructure results were examined, it was determined that the B4C particles performed a homogeneous distribution in the microstructure. The hardness values of the prepared samples increased with increasing B4C content. In addition, as a result of the experiments, the highest hardness value of 303.3 HV5 was measured for the sample to which 10% B4C was added. Non-additive CuAlNi composites, 5% B4C added composites and 10% B4C added composites were subjected to abrasion tests. The best wear resistance was found in 10% B4C added composite.