NANO AlN İLAVELİ AZ91/%15 SiC KOMPOZİT MALZEMELERİN EKSTRÜZYONU, KOROZYON VE TERMAL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Abstract

ÖZET

Bu çalışmada, AZ91 matrisi (ağırlıkça % Mg-9Al-1Zn) %15 SiC (60-70 m) mikro partiküller ve %0.2-0.5-%0.8 AlN (790 nm) nanopartikül takviyeleri ile güçlendirilerek hibrit kompozitler oluşturulmuştur. Ayrıca hibrit kompozitlerin mikroyapısı, sertliği, sıkıştırma, aşınma, korozyon ve termal özellikleri incelenmiştir. Üretim süreci, toz karışımlarının hazırlanmasını, preslenmesini ve sinterlenmesini; eriyik bazlı indüksiyon karıştırma ile alaşımlama ve döküm; homojenleştirme ve ekstrüzyon, ve son adım olarak, mikro yapı, sertlik, basma, aşınma, korozyon ve termal özelliklerin incelenmesinden oluşur. Toz karışımların oluşturulması sırasında nanoparçacık tozlarının aglomerasyonunu önlemek ve homojen dağılımını sağlamak için sıvı bazlı karıştırma adı verilen yeni bir yöntem kullanılmıştır. Karışımlar; %15 SiC(p)/%15 SiC(p) +%0.2 AlN/%15 SiC(p)+%0.5 AlN/%15 SiC(p)+%0.8 AlN nanopartikül şeklinde hazırlanmıştır. SiC ve AlN nanopartikülleri içeren üretilen karışımların preslenmesi ve kompakt oluşturulması için 30 ton kapasiteli bir hidrolik pres kullanılmıştır. Üç saat boyunca 500°C'de sıkıştırılmış kapsüller kısmen sinterlendi. Alaşımları eritmek için CO2+0.8 SF6 gaz korumalı indüksiyon ergitme cihazı kullanıldı. Ekstrüzyondan önce tüm numuneler 420 °C'de 24 saat homojenize edildi. 30 ton kaldırma kapasiteli hidrolik pres yardımıyla alaşımlar 400 °C sıcaklıkta ve 0,3 mm/sn hızla ekstrüde edilmiştir.

Üretimi yapılan numunelerin mikroyapı incelemeleri, döküm, homojenleştirilmiş ve ekstrüde edilmiş numuneler için yapılmıştır. Mikroyapı analizleri neticesinde SiC ve AlN ilaveleri matris içerisinde homojen bir dağılım sergilemiştir. Takviye oranı %0.8’e yükselmesi ile yapıda topaklanmalar görülmüştür. Homojenleştirilmiş numunelerin mikroyapı görüntülerine bakıldığında ise α-Mg tane boyutlarında belirgin bir değişim görülmezken, ikincil fazların miktarında önemli derecede azalma meydana gelmiştir. Tüm alaşımlar, sıcak ekstrüzyon sırasında dinamik yeniden kristalleşmenin (DYK) bir sonucu olarak, ekstrüzyon sonrası mikro yapı fotoğraflarında tane boyutunda dikkate değer bir azalma göstermiştir. SiC ve AlN takviyesi kompozitlerde genellikle sertlik ve basma dayanımlarını, aşınma ve korozyon direncini arttırmış ve en iyi değerler genellikle %15 SiC+%0.2 AlN takviyeli kompozit de elde edilmiştir. Yalnızca %15 SiC+%0.8 AlN ilaveli hibrit kompozitin yapıda karşılaşılan topaklanmalardan kaynaklı olarak mekanik özellikleri düşüş göstermiştir. Isıl iletkenlik deneyi sonuçları neticesinde ise en yüksek ısıl iletkenlik değerine %15 SiC+%0.8 AlN ilaveli hibrit kompozitte ulaşılmıştır.

ABSTRACT

In this study, hybrid composites were created by reinforcing matrix AZ91 (Mg-9Al-1Zn wt.%) with 15% SiC (60–70 m) microparticles and 0.2-0.5%–0.8% AlN (790 nm) nanoparticle reinforcements. Additionally, the hybrid composites' microstructure, hardness, compression, wear, corrosion, and thermal properties were examined. The manufacturing process entails preparing, pressing, and sintering powder mixes; alloying and casting with melt-based induction mixing; homogenizing and extruding; and, as the last step, inspecting the microstructure, hardness, compression, wear, corrosion, and thermal properties. In order to prevent the agglomeration of nanoparticle powders and to ensure their homogenous distribution during the creation of powder mixes, a novel method called liquid-based mixing was employed. Mixtures; It was prepared as 15% SiC(p)/15% SiC(p) +0.2% AlN/15% SiC(p)+0.5% AlN/15% SiC(p)+0.8% AlN nanoparticles. A hydraulic press with a capacity of 30 tons was used to press and compact the produced mixtures containing SiC and AlN nanoparticles. The compressed capsules were partially sintered at 500°C for three hours. CO2+0.8 SF6 gas shielded induction melting device was used to melt the alloys. Before extrusion, all samples were homogenized at 420 °C for 24 hours. The alloys were extruded at 400 °C and at a speed of 0.3 mm/s with the help of a hydraulic press with a lifting capacity of 30 tons.

Microstructure investigations of the produced samples were made for cast, homogenized and extruded samples. As a result of microstructure analysis, SiC and AlN additions showed a homogeneous distribution in the matrix. As the reinforcement ratio increased to 0.8%, agglomerations were observed in the structure. When the microstructure images of the homogenized samples are examined, there is no significant change in the α-Mg grain sizes, but a significant decrease in the number of secondary phases has occurred. All alloys showed a notable reduction in grain size in the post-extrusion microstructure photos as a result of dynamic recrystallization (DYK) during hot extrusion. SiC and AlN reinforcement generally increased the hardness and compressive strength, wear and corrosion resistance in composites, and the best values were generally obtained in 15% SiC + 0.2% AlN reinforced composites. The mechanical properties of the hybrid composite with only 15% SiC + 0.8% AlN added decreased due to the agglomeration encountered in the structure. As a result of the thermal conductivity test results, the highest thermal conductivity value was reached in the hybrid composite with the addition of 15% SiC + 0.8% AlN.