Toz Metalurjisi Metodu ile Üretilen Al-Si3N4 Kompozi Malzemenin Aşınma Özellikleri Üzerine Si3N4’ün Etkisinin Araştırılması
Halil Arık FurkanYalçınkaya Görkem Kırmızı
AbstractÖzet Bu çalışmada, toz metalurjisi metodu uygulanarak ağırlıkça %5, %10 ve %15 oranlarında α-Si3N4 takviyeli alüminyum matrisli kompozit üretimi ve pin-on-disk metodu ile aşınma davranışı araştırılmıştır. Matris yapıyı oluşturan ECKA AS 91/S kodlu alüminyum tozu ECKART Dorn firmasından temin edilmiş olup, % 99,9 saflıkta ve toz tane boyutu 200 m altıdır. Takviye elemanı olarak kullanılan -Si3N4 tozu ise T&N TECHNOLOGY LTD firmasından temin edilmiş olup, parçacık boyutu 0,1-0,3 m aralığındadır. Matris yapıyı oluşturan ve takviye elemanı olarak kullanılan tozların birbiri içerisinde homojen dağılımını sağlamak üzere önceden belirlenen oranlardaki karışım tozlar yüksek enerjili atritörde (Şekil 1) 2 saat süreyle mekanik olarak karıştırılmıştır. Mekanik olarak tozların karıştırılması sürecinde özellikle alüminyum toz parçacıklarının birbirine kaynak olmasını ve ortamda bilye, karıştırıcı kollar ve adritör tankı yüzeyine yapışmasını önlemek üzere karışım toza ağırlıkça %1,5 oranında yağlayıcı olarak çinko stereat (Zn-Ste.) katılmıştır (Tablo 1). Aynı zamanda mekanik karıştırma süresince ortamdan inert argon gazı geçirilerek alüminyum oksitlenmeye karşı korunmuştur. Mekanik karıştırma sonrası karışım tozların toz tane boyut ölçümleri ve metalografik incelemeleri ile parçacık boyutu ve morfolojileri belirlenmiştir. Daha sonra karışım tozlardan 500 MPa basınç altında tek yönlü eksenel kalıpta çapı 10 mm ve boyu 15 mm boyutlarında silindirik blok parçalar üretilmiştir. Presleme sonrası ham yoğunluk ölçümleri yapılan parçalar daha sonra 2 saat süreyle 650 °C sabit sıcaklıkta ve atmosfer kontrollü tüp fırında sinterlenmiştir. Sinterleme sonrası kompozit malzemenin yoğunluk ölçümleri 0,1 mg hassasiyette ölçüm yapabilen Sartorius marka terazide yoğunluk kiti kullanılarak arşiment prensibine göre yapılmıştır. Numuelerin brinell cinsinden sertlik ölçümleri 31,25 kgf yük altında ve 2,5 mm çapta tungstenkarbür standart bilye kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Yoğunluk, sertlik ve mikroyapı bakımından karakterizasyonu yapılmış silindirik numunelerin pin-on-disk metoduyla kuru kayma aşınma testleri yapılmıştır. Testler TIRIBOMETER T10/20 cihazında ASTM G99-05’ göre yapılmıştır (Şekil 2). Aşınma testleri kayma hızı (0,94 m/s) ve aşındırma mesafesi (2000 m) sabit olmak üzere farklı yükler (5-10-15 N) altında gerçekleştirilmiştir. Aşındırıcı karşı ortam olarak sertliği 52 HRc olan Hardox 500 çeliğinden elde edilmiş diskler kullanılmıştır. Aşınma testleri sonrası toz metal kompozit malzemenin aşınmaya bağlı malzeme kayıpları ölçülmüş olup, takviye oranına ve aşınma yüklerindeki değişime bağlı olarak aşınma davranışı yorumlanmıştır.