AlB 2 kompozitlerinde takviye içeriklerinin artırılmasına yönelik yapılan

AlB2 kompozitlerinin üretiminde takviye içeriklerinin artırılması esas alınan bu deneysel

bölümde takviye içeriklerinin artırılmasında kullanılan deneysel yöntemler hakkında bilgiler yer almaktadır. Bu kapsamda tek adımlı olarak, savurma döküm ve filtreleme yöntemleri kullanılarak takviye içeriklerinin artırılmasına yönelik olarak yapılan deneysel yöntemler tanıtılacaktır.

3.3.6.4.1. Doğrudan döküm yöntemi ile (tek adımlı olarak) AlB2 takviye içeriklerinin artırılmasına yönelik yapınla deneysel yöntemler

Bu amaca yönelik olarak tek adımlı döküm yöntemi kullanılarak AlB2 kompozitlerinin

takviye içerikleri artırılmaya çalışılmıştır. Bu amaca yönelik olarak “tutma sıcaklığı”, “tutma zaman”, “alüminyum matris alaşımı”, “bor oksidin sıvı alüminyum ile temas yüzey alanı” ve bunların karşılıklı etkileşimleri dikkate alınmıştır. Bor oksit ilavesi ile maksimum takviye içeriğinin elde edilmesine yönelik olarak tasarlanan bu optimizasyon çalışmasında Taguchi deneysel metodundan faydalanılmıştır. Normal şartlarda iki seviyeli dört faktör için 2 x 2 x 2 x 2 = 16 adet deney yapılması gerekirken bu yöntemin kullanılması ile deney sayısı 8‟e

59

düşürülmüştür. Deneylerde belirlenen faktör ve seviyeleri kolon simgeleri ile birlikte Tablo 3.6‟da verilmiştir.

Tablo 3. 6. Tek adımlı AlB2 takviye içeriğinin artırılması yönelik yapılan deneyler ait faktör ve seviye değerleri

Kolonu

Simgesi Faktörler ^Seviye

1 2

A Tutma Zamanı, dak 30 90

B Tutma Sıcaklığı Sıcaklık, ºC 1350 1400

C Bor Oksit Temas Yüzey Alanı, cm2

100 75

D Matris Alaşımı Saf Al Al-Si

Yapılan literatür çalışmalarında bor oksit ilavesi ile AlB2 borür yapılarının sentezlenmesinde,

reaksiyon sonucunda ortaya çıkan alümina tabakanın bor çözünürlüğünü azalttığı rapor edilmiştir[Hall 2000]. Bu amaca yönelik olarak Taguchi deneysel tasarım metodunda [C] kolunu iki seviyeli olarak “bor oksit ile temas yüzey alanı” faktörüne ayrılmıştır. Faktör seviyeleri için iki farklı yüzey geometrisine sahip kalıp tasarlanarak (Şekil 3.17) 100‟er gramlık alüminyum külceler kullanılmıştır ve bu şekilde yüzey geometrisinden dolay “100 cm² “ ve “75 cm^{2” "}‟lik iki farklı temas yüzey alanı elde edilmiştir.

a _b

Şekil 3. 17. a) 100 cm2, b) 75 cm²‟lik bor oksit temas yüzey alanı için kalıp geometrisi

Deneylerde Saf Al matris alaşımı için ETİAL 8 alaşımı ve Al-Si alüminyum matris alaşımı için ETİAL 177 alaşımı kullanılmıştır. Hazırlanan 100 gr‟lik alüminyum alaşımları Şekil 3.11‟de belirlenen kalıplar içerisine tüm yüzeyleri bor oksit ile temas edecek şekilde (bor oksit içerisine gömülerek) yerleştirilmiştir. Hazırlanan karışımlar indüksiyon bobini içerisinde

60

faktör A ve B seviyeleri dikkate alınarak ısıl işleme alınmış ve ısıl işlem sonrasında alaşım havada kendiliğinden soğumaya bırakılmıştır.

Taguchi deney tasarımı dikkate alınarak gerçekleştirilen deneysel tasarımında L8 ortogonal

serisi kullanılmıştır. Belirlenen faktör ve seviyleri dikkate alınarak L8 ortogonal serisi Tablo

3.78‟de görüldüğü gibi düzenlenmiştir. Ortogonal seride A kolonu “Tutma zamanı”, B kolonu “Tutma sıcaklığı”, C kolonu “Bor oksit temas yüzey alanı” ve D kolonu “katkı elementi” faktörleri için kullanılmıştır. A x B kolonu “Tutma sıcaklığı” ve “Tutma zamanı” faktörlerinin, A x C kolonu “Tutma sıcaklığı” ve “ Bor oksit temas yüzey alanı” faktörlerinin ve A x C kolonu ise “Tutma sıcaklığı” ve “Katkı elementi” faktörlerinin karşılıklı etkileşim kolonlarını temsil etmektedir.

Tablo 3. 7. L8 ortogonal serisi faktör ve seviye değerleri

Deney No. Kolon simgesi A B A x B C A x C A x D D 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 2 2 2 3 1 2 2 1 1 2 2 4 1 2 2 2 2 1 1 5 2 1 2 1 2 1 2 6 2 1 2 2 1 2 1 7 2 2 1 1 2 2 1 8 2 2 1 2 1 1 2

3.3.6.4.2. AlB2 takviye içeriklerinin savurma döküm yöntemi ile artırılmasına yönelik yapılan deneysel yöntemler

Savurma döküm yönteminde, yoğunluğu sıvı alüminyumdan (2,40gr/cm3) daha yüksek olan

AlB2 (3,19 gr/cm³) borür yapılarının savurma kuvveti yardımı ile savurma kalıbı üzerinde

tasarlanan kapan bölgelerine biriktirilmesi söz konusudur.

Bu amaca yönelik olarak Şekil 3.12‟de yer alan savurma kalıbı içerisine konulan 1500 gr‟lık

~%3 AlB2 takviye içeriğine sahip AlB2/Al, AlB2/Al-Si, AlB2/Al-Cu ve AlB2/Al-Mg

61

sonra, Şekil 3.18‟de görülen savurma döküm makinesi üzerinde bulunan kalıp içerisine konularak, 1000 d/d dönme hızında 5 dakika savurma işlemine tabi tutulmuştur.

Şekil 3. 18. Savurma döküm kalıbı ve içerisinde savurma pota görüntüsü

Savurma işlemi sonrasında döküm üzerinde yer alan kapan bölgeleri karakterizasyon amacı ile kesilerek alınmıştır. Her bir döküm için ikişer adat olan kapan bölgelerinin biri çekme testleri için kullanılmış, diğeri ise Şekil 3.19‟de görüldüğü gibi altı bölgeye ayrılarak metalografik incelemeler, yoğunluk ölçümleri, % bor oranı tayini ve sertlik ölçümlerinde kullanılmak üzere ayrılmıştır.

62

Şekil 3. 19. Savurma döküm yöntemi ile üretilen kompozitler üzerinden karakterizasyon amacı ile belirlenen bölgeler

3.3.6.4.3. Filtreleme yöntemi (Ezme döküm yöntemi) ile AlB2 takviye içeriklerinin artırılmasına yönelik deneysel yöntemler

Yapılan deneysel çalışmalarda AlB2 takviye içeriklerinin artırılmasına yönelik olarak,

savurma döküm yöntemine alternatif olarak filtreleme sisteminden de faydalanılmıştır.

Deppisch ve arkadaşlarının yaygın olarak kullandıkları filtreleme sisteminde, AlB2

kompozitlerinin “AlB2(Katı) + Al(Sıvı)“ bölgesine çıkarılması ve bu bölgede sıvı haldeki

alüminyum matris alaşımının filtre yardımı ile katı AlB2 partiküllerinden ayrılması söz

konusudur. Çalışmada AlB2 kompozitlerinin takviye içeriklerinin artırılması amacı ile Şekil

3,7‟de yer alan ezme döküm sisteminden faydalanılıştır. Deppisch ve arkadaşlarının tasarladığı filtreleme sisteminden farklılıklar içeren sistemde, filtreleme işlemi seramik alümina fitreler yerine, sistem üzerinde yer alan 0,5 mm‟lik tahliye kanalları vasıtası ile yapılmaktadır.

Yapılan çalışmalarda % 10 AlB₂ takviye içeriğine sahip kompozitlerinin üretimi için Şekil

63

C‟de 20 Bar basınç altında, % 30 AlB2 içeriğine sahip kompozitlerini üretimi için ise % 3

AlB2 içeriğine sahip 750 gr‟lık kompozitlerin 800 C‟de 60 Bar basınç altında filtrelemek

sureti ile yapılmıştır.

Filtreleme işlemi sonrasında Şekil 1‟de 55 x 34 x 10 ölçülerinde yaklaşık 50 şer gramlık % 10

ve % 30 AlB2 takviye içeriğine sahip AlB2/Al ve AlB2/Al-Cu kompozitler üretilmiştir.

Üretilen kompozitlerin matris alaşımları ile karşılaştırılması amacı ile kompozitlerinin matris alaşımları, 800 C‟de 60 bar‟lık basınç altında aynı deneysel şartlar göz önünde bulundurularak yapılmıştır. Üretilen kompozit ve matreis alaşımlarının karakterizasyonu amacı üretilen kompozitler üzerinden Şekil 20‟de belirtilen bölgelerde optik, sertlik, yaş analiz, aşınma, çekme dayanımı ve basma dayanımı testleri için numuneler hazırlanmıştır.

64

a b

c

Şekil 3. 20. a) ezme döküm yöntemi ile üretilen kompozit görüntüsü, b) kompozitler üzerinden hazırlanan test numuneleri ve c) test numunelerinin temsili görüntüsü ve ölçüleri