28
Mühendis ve Makina Cilt : 47 Sayý: 554 Fevzi BEDÝRSüleyman Demirel Üniversitesi, Makine Mühendisliði Bölümü
ÖZET ABSTRACT
Alüminyum metal anayapýlý kompozitler (Al-MAK) aðýrlýkça Aluminium matrix composites (AMCs) refer to the class of light weight high performance aluminium centric material hafif, yüksek performansa sahip alüminyum merkezli
systems. The reinforcement in AMCs could be in the form of malzeme sistemleri içinde yer almaktadýr. MAK'larýn mekanik
continuous/discontinuous fibers, whisker or particulates, in özelliklerini artýrmak amacý ile anayapý içerisine sürekli veya
volume fractions ranging from a few percent to 70%. süreksiz yapýda fiberler veya parçacýk takviyesi yapýlabilir.
Properties of AMCs can be tailored to the demands of Takviye miktarý hacimsel olarak en küçük miktarlardan %70
different industrial applications by suitable combinations oranlara kadar çýkabilir. Al-MAK'larýn özellikleri anayapýnýn
of matrix, reinforcement and processing route. Presently uygun kombinasyonuna,takviyeye ve farklý üretim
several grades of AMCs are manufactured by different yöntemlerine göre çeþitli endüstriyel talepleri karþýlayabilir.
routes. Three decades of intensive research have provided Günümüzde farklý yöntemler kullanýlarak birkaç çeþit
Al-a weAl-alth of new scientific knowledge on the intrinsic Al-and MAK'lar üretilmektedir. Son otuz yýldan bu yana, Al-MAK'larýn
extrinsic effects of ceramic reinforcement vis-à-vis fiziksel, termo-mekanik ve tribolojik özellikleri üzerine seramik
p h y s i c a l , m e c h a n i c a l , t h e r m o - m e c h a n i c a l a n d katký fazýnýn etkisi ile ilgili birçok araþtýrma yapýlmaktadýr. Son
tribological properties of AMCs. In the last few years, AMCs birkaç yýldýr da Al-MAK'lar uzay, savunma, otomotiv ve ýsý gibi have been utilized in high-tech structural and functional teknolojik yapý ve fonksiyonel uygulamalarda kullanýlmaktadýr. applications including aerospace, defense, automotive, Bu çalýþmada Al-MAK'larýn üretimi, mikroyapýsal özellikleri ve and thermal management areas. This paper presents an endüstriyel uygulamalarý üzerine genel bir deðerlendirme overview of AMC material systems on aspects relating to
yapýlmýþtýr. processing, microstructure, properties and applications.
Anahtar Kelimeler: Al-MAK, Al-MAK'larýn üretim yöntemleri, Keywords: AMCs, production methods of AMCs, mechanical mekanik özellikleri, endüstriyel uygulama alanlarý properties, industrial applications
ALÜMÝNYUM KOMPOZÝTLERÝN ÜRETÝMÝ, KARAKTERÝSTÝK
ÖZELLÝKLERÝ VE ENDÜSTRÝYEL UYGULAMALARI
Giriþ
K
Kompozit genel olarak anayapý içerisinde yerleþtirilmiþ yapýdýr ve genel olarak SiC, Al O , B C ve TiC gibi seramik özellikli kuvvetlendirici faz olarak görev yapar. 2 3 4daðýlým gösteren anayapýdan farklý takviye fazý Kompozitin özelliði takviye fazýnýn karakteristik özelliðine ve
ile bütünleþmesinden meydana gelen bir hacimsel katký oranýna göre deðiþir. Al-MAK'lar diðerlerine
malzeme sistemini oluþturmaktadýr. Takviyenin özelliði, göre; yüksek mukavemet, iyileþtirilmiþ rijitlik, daha düþük
geometrisi, daðýlýmý ve farklý takviyelerin tane sýnýr yoðunluk, yüksek sýcaklýk özellikleri, kontrollü ýsýl genleþme
özellikleri malzemenin farklý özellikler göstermesine neden katsayýsý, elektriksel özellikleri, iyileþtirilmiþ aþýnma ve
olur[1-4]. Kompozit malzemeler genel olarak anayapýnýn abraziv özellikleri, özellikle kütle kontrolü ve iyileþtirilmiþ
fiziksel veya kimyasal yapýsýna göre polimer esaslý, metal sönümleme kapasite özellikleri açýsýndan avantajlara
esaslý ve seramik esaslý kompozitler olmak üzere sahiptir[5-8]. Belirtilen avantajlarý daha iyi kullanabilmek
sýnýflandýrýlýrlar. Bu çalýþma MAK'lar ve daha çok Al-MAK'lar için deðerlendirme yapýlabilir. Örneðin saf alüminyum,
üzerinde yoðunlaþýlmýþtýr. Al-MAK'larda anayapýyý ve hacimsel olarak %60 a kadar fiber takviyesi ile elastik
sistemi oluþturan alüminyum/alüminyum alaþýmýdýr. modülü 70 GPa dan 240 GPa kadar artýrýlabilir. Diðer
alümine fiber takviyesi malzemenin genleþme katsayýsýný daha üstün mekanik özelliklere sahiptir. Kompozitler
o o
24 ppm/ C den 7 ppm/ C e düþürür. Benzer þekilde Al- izotropik özellik gösterir ve ekstrüzyon, haddeleme ve
%9Si-%20 SiC kompozitin aþýnma direnci gri dökme dövme iþlemleri gibi ikincil operasyonlara maruz
demirin özelliliðinden daha iyi olabilmektedir. Bütün bu kalabilirler [9]. Þekil 1a'da Al-SiC kompozitin farklý
örnekler göstermektedir ki alüminyum/alüminyum alaþýmý hacimsel takviye miktarýndaki mikroyapý resimleri
uygun takviye fazlarý ile desteklendiðinde özellikleri iki gösterilmiþtir.
veya üç kata kadar iyileþtirilmektedir[9].
Al-MAK malzeme sistemi tek fazlý sistemlere göre
üstün özelliklere sahip olmasýndan dolayý avantajýný Ýhtiva ettiði katký fazý en-boy oraný 5 den daha büyük
korumaktadýr. Al-MAK'larýn kullanýmýnda performans, ve anayapý içerisinde süreksiz bir yapý ihtiva eden
ekonomiklik ve çevre etkileri açýsýndan önem arz kompozitlerdir. Alüminyum anayapý kýsa alümine fiber
etmektedir. Al-MAK'lar bazý uygulamalarda alüminyum ile kuvvetlendirilmiþ ve genellikle pistonlarda kullanýlan
alaþýmlarýnýn, demir alaþýmlarýnýn, titanyum alaþýmlarýnýn
en önemli ve bilinen MAK'lardýr. Bu tip kompozitler ve polimer esaslý kompozitlerin yerini tutacaðý
basýnçlý infilitrasyon yöntemi ile üretilirler. Þekil 1b kýsa düþünülmektedir [10,11]. Geniþ ölçekte Al-MAK'larýn tek
fiber takviyeli mikroyapýyý göstermektedir. Whisker fazlý malzemelerin yerine tutmasý mühendislik
takviyeli kompozitler veya PM yöntemi ile veya sistemlerinin tekrar gözden geçirilmesi aðýrlýk ve
infilitrasyon yöntemi ile üretilirler. Whisker takviyeli hacimsel kazaným elde edilmesi nedeni ile gerekliliðini
kompozitlerin mekanik özellikleri parçacýk takviyeli veya ortaya koymaktadýr. Bu çalýþmada Al-MAK'larýn üretimi,
kýsa fiber takviyeli kompozitlerle karþýlaþtýrýldýklarýnda mikroyapýsý özellikleri ve endüstriyel uygulamalarý üzerine
daha üstündür. Ancak whiskerin MAK'larda takviye bugüne kadar yapýlan çalýþmalar deðerlendirilmiþ ve
olarak kullanýmý son yýllarda saðlýða verdiði zarardan yaptýðýmýz çalýþmalarla bütünleþtirilmiþtir.
dolayý yavaþlamýþ ve böylece bu kompozitlerin ticari kullanýmý sýnýrlandýrýlmýþtýr. Kýsa fiber takviyeli MAK'lar
Al-MAK'ler ihtiva ettiði takviyeye baðlý olarak parçacýk sürekli fiber ve parçacýk takviyeli MAK'lar arasýnda
takviyeli, whisker/süreksiz fiber takviyeli ve sürekli fiber özelliklere sahiptir [9].
takviyeli olarak sýnýflandýrýlýrlar. Ýlaveten tek tip filament takviyeli Al-MAK'larýn üretim yöntemi diðerlerinden
farklýdýr. Bu tip takviyeler alümine, SiC, veya sürekli karbon
fiber formunda bulunurlar. Fiber çaplarý 20 µm den daha küçüktür. Kompozit üretiminden önce bu fiberler Bu tip kompozitler genel olarak eþ eksenli ve
paralel, dokunmuþ veya örülmüþ olabilir. %40 kadar nispeten homojen büyüklükteki seramik parçacýklarý
hacimsel fiber ihtiva eden MAK'lar basýnçlý infilitrasyon ihtiva etmektedir. Seramik parçacýklar genel olarak
tekniði ile üretilirler. Son geliþmelerle %60 alümine fiber oksit, karbür veya bor bileþenleri olabilir ve yapýsal ve
takviyeli sürekli fiber kompozitler geliþtirilmiþ ve 1500 MPa aþýnmaya dayanýklý uygulamalarda katký miktarý %30
çekme mukavemeti ve 240 GPa elastik modüle civarýndadýr. Genelde Al-MAK'lar toz metalürjisi ya da
sahiptirler [9]. Bu kompozitler basýnçlý infilitrasyon yöntemi sývý yöntemle üretilebilirler. Parçacýk takviyeli
Al-ile üretilmektedir. Þekil 1c sürekli fiber takviyeli MAK'leri MAK'larýn üretimi fiber takviyeli kompozitlere göre daha
Whisker veya Süreksiz Fiber Takviyeli Al-MAK'lar
Al-MAK Tipleri
Parçacýk Takviyeli Al-MAK'lar
30
Mühendis ve Makina Cilt : 47 Sayý: 554 Al-MAK'larýn Üretim YöntemleriKatý üretim Yöntemi Sývý Üretim Yöntemi
ile 0.5 arasýnda deðiþebilir. Ýnce oksit parçacýklarý
Endüstriyel ölçekte Al-MAK'larýn üretim yöntemleri katý dispersiyon-sertleþmesi etkisi gösterebilir ve genellikle ýsýl
üretim yöntemi ve sývý üretim yöntemi olarak iki ana iþlem esnasýnda anayapý özelliði üzerinde kuvvetli etkiye
gruba ayrýlmaktadýr. sahiptir.
Alüminyum alaþým tozu ile seramik esaslý kýsa Karýþtýrma Döküm
fiber/whisker parçacýk karýþýmý MAK'lar için en bilinen Yöntem seramik parçacýklarýn sývý alüminyum içine
üretim tekniðidir. Karýþým kuru ve sývý süspansiyon içinde karýþtýrýlmasý ve karýþýmýn katýlaþmasý sürecini ihtiva
etmektedir. Burada en önemli olay toz parçacýklarý ile yapýlýr. Karýþtýrma iþlemini genellikle soðuk sýkýþtýrma,
sývý alüminyum arasýnda iyi bir bað oluþmasý yani sývý fazýn kutulama, gaz tahliyesi ve yüksek sýcaklýkta pekiþtirme,
katý fazý ýslatabilmesidir. Bilinen en basit ve ticari olarak HIP ve ekstrüzyon iþlemlerinden oluþmaktadýr. PM
en çok kullanýlan teknik vorteks veya karýþtýrma yöntemi ile üretilmiþ Al-MAK'lar genellikle oksit
dökümdür. Vorteks tekniði bir karýþtýrýcý yardýmý ile ergimiþ parçacýklarý ihtiva eder. Bu takviye fazýnýn hacimsel oraný
metalin içine seramik parçacýk ilavesi ile yapýlmaktadýr. tozun geçmiþine ve üretim yöntemine baðlý olarak 0.05
(a) Al-%30SiC *750[12] (b) Kýsa fiber morfolojisi[13]
c) AA6061-%50Al2O3 fiber takviyeli kompozit numunenin optik mikroskoptaki üç boyutlu görünüþü[14]. Þekil 1. Farklý Morfolojiye Sahip Al-MAK'larýn Mikroyapý Görünüþleri
Bu yöntem ilk defa Surappa ve Roghati (1881) %5-10 civarýndadýr. Bu tip üretimde kompozitin
tarafýndan Hindistan Bilim Enstitüsünde geliþtirilmiþtir[9]. tamamen güçlendirilmesi bir sonraki aþamada
saðlanmaktadýr. PY genellikle sürekli fiber takviyeli Al-Mikroyapýsal düzensizlik sývý içerisinde ve katýlaþma
MAK'larýn üretimine uygundur. Fiber arasý mesafeyi esnasýnda parçacýklarýn belirli bölgelerde yýðýlmasý ve
kontrol etmek için fiberler silindirik bir çubuk etrafýna sarýlýr toparlanmasý veya birikmesinden kaynaklanabilir.
ve ana metal bu fiberlerin üzerine püskürtülürler. Kompozit içerisinde katký fazýnýn düzensiz daðýlýmý,
Böylece tek tip kompozit oluþturulur. Kütle kompozitler katýlaþma esnasýnda sývý faz içinde hareketli seramik
tek tip kompozitlerin sýcak preslenmesi ile oluþturulur. parçacýklar ile sývý fazýn arayüzey etkileþmesi sonucu bir
Fiberin hacimsel oraný ve daðýlýmý fiber açýklýðý ve problem teþkil edebilir. Genel olarak 5 ile 100 mm
tabakalarýnýn sayýsýna göre kontrol edilebilir. Al-MAK'lar büyüklüðünde seramik parçacýklarýn sývý alüminyum
püskürtme yöntemle üretimi, karýþtýrmalý döküm ile PM alaþýmý içerisinde katýlýmý %30 kadar olmaktadýr.
Sývý-yöntemi arasýnda bir maliyette olup nispeten pahalý bir parçacýk çamuru katýlaþma tamamlanmadan önce
yöntem deðildir. direk olarak kalýba dökülür veya çamur karýþýmý kütük
veya çubuk þeklinde katýlaþtýrýlarak daha sonra çamur formuna gelinceye kadar ýsýtýlýr ve sonraki iþlemlerde tekrar kalýplanarak kullanýlabilir. Bu yöntem mikron altý
çok küçük seramik parçacýklarýn üretiminde uygun %10 ve daha fazla seramik katký fazý Al-MAK'larýn
deðildir. davranýþlarýný üretim aþamasýnda, ýsýl iþlem
aþamasýnda ve daha sonra mamul olarak kullanýmýnda tamamen deðiþtirebilir. Bu deðiþim
Al-MAK'larý üretmek için sývý alüminyum alaþýmý kompozitin hem mikroyapýsý hem de yüzeysel ve
sürekli fiberlerin/kýsa fiberlerin veya parçacýklarýn dýþyapýsý ile ilgili özellikleri ihtiva eder.
arasýndaki boþluklara infilitre (emdirme) edilir. Katký fazýn karakterine ve hacimsel oranýna baðlý olarak vakum veya basýnç altýnda kompozite infilitre edilir.
Mikroyapýsal deðiþimler, ýsýl iþlem karakteristikleri ve ýsýl Hacimsel olarak %10 dan %70 kadar katký fazlý
Al-gerilmeleri ihtiva eder. Bu deðiþimler esas itibari ile MAK'lar farklý infilitrasyon yöntemi kullanýlarak
alüminyum alaþýmlarýnýn fiziksel, mekanik ve tribolojik üretilebilirler. Parçanýn bütünlüðünü saðlamak için
sýnýrlarýný deðiþtirir ve geniþletir. Seramik parçacýklar, baðlayýcý olarak silika ve alümine esaslý karýþýmlarýn
kompozitin içi ile ilgili göze çarpan etkileri þu þekilde kullanýlmasý gereklidir. Ýnfilitrasyon yöntemi ile üretilen
özetlenebilir. Al-MAK'larda katký fazýnýn içinde bir miktar gözenek ve
daðýlýmlarý genellikle dikkat çeker. Yöntem, parçacýk takviyeli, sürekli fiberli, kýsa fiberli Al-MAK'larýn
Seramik parçacýklarýn mevcudiyeti alüminyum üretiminde oldukça yaygýn olarak kullanýlmaktadýr.
alaþýmýnýn katýlaþma davranýþlarýný deðiþtirebilir. Seramik katký fazý erimiþ sývýnýn ve ýsýnýn yayýnmasýnda, sývý eriyiðin heterojen çekirdeklenmesini katalize etmede, sývý Katký fazlarýnýn enjekte edilerek Al-MAK'larýn
eriyiðin akýþ yayýnýmýný sýnýrlanmada ve katý-sývý arayüzey üretilmesinde PY oldukça geniþ bir þekilde araþtýrýlmýþtýr.
morfolojik kararsýzlýðýn oluþmasýnda bir set gibi görev Ancak bu yolla üretim seramik parçacýklarýn homojen
Seramik Katký Fazýný Al-MAK'larýn Davranýþlarý Üzerine Etkisi
Ýnfilitrasyon Yöntemi
Mikroyapýsý ile Ýlgili Etkiler
Al-MAK'larýn Katýlaþmasý
Seramik parçacýklarýn üzerinde oluþan birincil fazýn • TM Al-Cu-SiC kompozitin oda sýcaklýðýndaki p
heterojen çekirdeklenmesi anayapý tane büyüklüðünü yaþlanma davranýþý döküm veya ektrüze kompozite
azalttýðý iyi bilinir. Ancak tane büyüklükleri parçacýk veya göre oldukça farklýdýr.
fiberin çapýndan daha büyüktür ve bu durum döküm • 6061 alüminyum alaþýmýnýn yaþlanma karakteri
alüminyum kompozitlerde gözlemlenmektedir. fiberlerin varlýðýna göre önemli ölçüde deðiþir.
Anayapý tane büyüklüðü katký parçacýklarýndan büyük • TiC parçacýklarý 7075 Al alaþýmlarýnýn yaþlanma
olmasý gösterir ki fiberler katýlaþma esnasýnda birincil faz kinetiðini geciktirirler.
çekirdeklenmesi oluþturmazlar. Al-4.5Cu'ýn tane
büyüklüðü SiC veya alümine fiber tarafýndan etkilenmez. Seramik fazýn birleþmesinden kaynaklanan Al
Ancak, gözenekli yapýya sahip TiC kompozitin alaþýmlarýnýn yaþlanma karakterindeki bu deðiþimler bir
sinterlenmesi anayapýnýn tane büyüklüðünü belirli
dereceye kadar dislokasyon yoðunluðundan istikamette ve büyüklükte sýnýrlar. Benzer þekilde birincil
kaynaklanmaktadýr. Seramik parçacýk ile Al alaþým fazýn heterojen çekirdeklenmesi alümine katkýlý Al-Cu-Ti
anayapý arasýndaki genleþme katsayýsýnýn uyumsuzluðu alaþýmýnda gözlenmektedir[15].
dislokasyon yoðunluðunun artmasýna neden olmaktadýr. Artan bu yoðunluk ve sonrasýndaki al alaþýmýn yaþlanma davranýþýndaki deðiþimler katký fazýnýn kompozitin içyapýsý ile ilgili etkisi açýsýndan Alüminyum alaþýmlarýnýn yaþlanma sertleþmesi
önemlidir[16-18] davranýþý genel olarak katký fazý ile deðiþtirilebilir. Bu
deðiþim anayapýya, parçacýk büyüklüðüne, morfolojiye, katký fazýnýn hacimsel oranýna ve üretim yöntemine
o
Al-MAK'ler genellikle 500 C den daha fazla üretim baðlýdýr. Bu deðiþimler þu þekilde sýralanabilir.
sýcaklýklarýna maruz kalýrlar ve soðuma esnasýnda büyük • Al-Cu-Mg anayapýlý kompozitler takviyesiz alaþýmlara
ýsýl gerilmelere maruz kalýrlar. Isýl gerilmelerin büyüklüðü göre daha hýzlý yaþlanma gösterirler.
katký fazýna, hacimsel oranýna ve tane büyüklüðüne • Çökelme sýcaklýðý hacimsel katký fazý artýkça azaldýðý
baðlýdýr. Örneðin, Al-%30SiCp kompozitlerde ýsýl
tespit edilmiþtir.
Seramik Fazýn Alüminyum Alaþýmýnýn Yaþlanma Sertleþmesi Davranýþýna Etkisi
Artýk termal Gerilmeler
32
Mühendis ve Makina Cilt : 47 Sayý: 554Yerel katýlaþma zamaný
Ýk in ci l fa z, d en tr it ik y ap ý I II III Ýkincil faz
Fiberler arasý mesafe
Þekil 2. Al-4.5Cu-Alümine Fiber Kompozitin Fiberler Arasý Bölgede Mikroyapý Oluþumu.Birincil Faz Morfolojisi ve Ýkincil Fazýn Daðýlýmý Fiberler Arasý Mesafeye Baðlýdýr. Mikroyapýlar Grafik Olarak Üç Durum da Gösterilmektedir.
gerilmeler 200 MPa dan daha büyüktür. Al-MAK'larýn
Al-MAK'lar birçok uygulama alanlarýnda yüksek mekanik özellikleri ýsýl gerilmelerden tamamýyla etkilenir.
teknolojik malzemeler olarak kullanýlmaktadýr. Al-MAK'lar Katký fazýnýn neden olduðu artýk gerilmeler kompozitin
kullanýmda, ömür, yüksek verimlilik, enerji kazanýmý, yorulma ve çatlama özelliklerini etkiler.
düþük bakým maliyeti, düþük gürültü seviyesi, çevreye daha az emisyon ve kirlilik, gibi faydalar saðlar.
Al-Pin-on disk deney sistemi ile sertleþtirilmiþ çeliðe karþý MAK'larýn mühendislik uygulamalarda canlýlýðýný
yapýlan deneylerde kompozitin aþýnma direncini katký korumaktadýr. Whisker/parçacýk/kýsa fiber/sürekli fiber gibi
fazý ile önemli ölçüde artar. Bu ayný zamanda seramik farklý takviye maddelerine sahip olan katý veya sývý üretim
fazýn mikroyapýya etkileri ile de ilgilidir. Son yýllarda SiC p yöntemi ile üretilen Al-MAK'lar birçok pratik uygulamalar
paçacýklarýn dýþ etkisi Al-MAK'dan mamul fren pabuç- için bir kullanýlmaya uygundur. Farklý tip Al-MAK'larýn
fren disk çifti için faydalý olarak kullanýlýr. Al-MAK' fren birkaç yeni ve canlý uygulamalarý þu þekilde verilebilir.
pabucu fren diski üzerinde kayarken temas bölgelerinde ikili tribolojik ara yüzey tabakalarý oluþtururlar. Böylece
Endüstriyel kullanýmda parçacýk katkýlý Al-MAK'lar ara yüzey tabakalarý diskin aþýnma direncini daha fazla
büyük bir miktarý oluþturur. Parçacýk katkýlý Al-MAK'lar artýrýr. Ýkili tabaka oksit karýþýmý ihtiva ediyorsa kayma
endüstriyel seviyede TM karýþtýrma döküm, ergitme esnasýnda pabuçtan Al-MAK fren diskine doðru
infilitrasyon, püskürtme, doðal üretim yöntemleri ile malzeme transferi meydana gelir. Malzeme transferi ve
üretilmektedir. SiC, Al O , TiC, TiB , B C seramik
tribolojik tabaka çitlerinin oluþumu SiCp etkisi ile 2 3 2 4
parçacýklarý katký faz olarak kullanýlýr. Parçacýk katkýlý Al-oluþmaktadýr. Böylece tribolojik tabaka oluþumu SiC'ün
MAK'lar otomotiv, uzay, mekanik ve ýsýl parçalarda dýþyapýya etkisi olmaktadýr. Þekil 3a'da otomobil fren
baþarýlý olarak kullanýlmaktadýr. Parçacýk katkýlý Al-MAK pabucunun disk yüzeyi ile oluþturduðu tribolojik tabaka
fren rotorlarý ve kampanalar döküm yöntemi ile çifti görülmektedir. Þekil 3b ise Al-MAK', Al-Si alaþýmý ve
üretilmektedir. Al-Mg ve Al-Si anayapýlý kompozitler hem dökme demirin fren diski olarak çizilmiþ aþýnma oranlarý
SiC hem de Al O parçacýk katkýsý ile en az %20 hacimsel
görülmektedir. Þekil 3a ve b, ulaþým sistemlerinde hafif 2 3
oranda takviye edilir. Birçok otomobilin fren fren disk malzemesi olarak Al-MAK'larýn kullanýmýnda
elemanlarýnda kullanýlmaktadýr (Þekil 4)[19]. önemli bir potansiyel olduðunu gösterir [9].
Al-MAK'larýn Endüstriyel Uygulamalarý
Katký Fazýnýn Dýþyapýya Etkileri
Parçacýk Katkýlý Al-MAK'lar
29.7
24.7
19.7
14.7
9.7
4.7
Al-13Si alaþýmý Al-9Si-%20SiC kompozit Dökme demir0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
Kayma hýzýÞekil 3. Al-MAK Disk ile Fren Pabucu Arasýnda Oluþan Tribolojik Yaðlama Çifti, Fren Pabucuna Karþýlýk Takviyesiz Al Alaþýmý,
-3 3 a ) A þý n m m ik ta rý (1 0 m m /m
Parçacýk katkýlý Al-MAK'lar helikopterlerin pervane kanat kollarýnda, uçuþ kontrol hidrolik manifoltlar %40 SiC katkýlý kompozitlerde üretilmekte ve baþarýlý bir þekilde kullanýlmaktadýr. En büyük taneli ve hacimsel katkýlý kompozitler tren ve arabalarýn fren sistemlerinde kullanýlmaktadýr. Al-MAK fren diskleri genellikle Avrupa demir yollarýnda kullanýlmaktadýr. Amerika'da ise bazý
özel yolcu arabalarýnda kullanýlmaktadýr. Avrupa'nýn en Karbon fiber takviyeli Al-MAK'lar Hubble Uzay
büyük otomobil üretici firmasý 2004'e kadar Al-MAK' disk Te l e s ko p u n u n a n t e n d a l g a k ý l a v u z u o l a r a k
frenler sürmeyi planlamaktadýr. Potansiyel olarak kullanýlmaktadýr. Burada kompozit yüksek boyutsal
otomobil uygulamalarýnda valflar, krank mili, diþli hassasiyet, yüksek ýsý ve elektrik iletkenliði göstermektedir.
6061 Al-Boron fiber kompozitler uzay mekiðinin ana parçalarý ve süspansiyon kollarý bulunmaktadýr.
kargo bölümlerde destek olarak kullanýlmaktadýr (Þekil6).
Seramik whiskerlerin elle taþýnmasý ile ilgili olarak çok büyük saðlýk riskleri oluþturduðundan bu tip kompozitlerin üretimini sýnýrlamýþtýr. Ancak güvenli ölçümlerle SiC whisker'li Al-MAK'lar geliþmiþ askeri tanklarda ayak paleti olarak kullanýlmakta ve üretilmektedir. Bu þekilde tankýn aðýrlýðýný azaltmada önemli rol oynamaktadýr. Kýsa fiber takviyeli Al-MAK'lar piston ve silindir uygulamalarýnda kullanýlmaktadýr.
Þekil 5'te Al-MAK kompozit silindir gömleði karbon ve Al O 2 3
fiber takviyeleri ergimiþ Al anayapý içerisine emdirilerek orta basýnçlý döküm yöntemi üretilmektedir.
Sürekli Fiber Takviyeli Al-MAK'lar
Whisker ve Kýsa fiber Takviyeli Al-MAK'lar
34
Mühendis ve Makina Cilt : 47 Sayý: 554Þekil 4. Al-MAK'lardan Mamul Otomobil Fren Elemanlarý[20]
Þekil 5. Fiber Takviyeli Al-MAK Silindir Gömleði[20]
Composites”, Journal of Materials Processing Technology
Hatta son zamanlarda alümine fiber takviyeli
Al-Volume 166, Issue 2, (2005), Pages 173-182.
MAK'lar geliþtirmiþtir. Fiber takviyeli Al-MAK'lar çelikle Particle Reinforced Aluminium and Magnesium
Matrix Composites. International Materials Reviews
karþýlaþtýrdýklarýnda yoðunluðu yarýsýndan az olmasýna
1994;39(1):1-23.
raðmen eþit dayanýmda kompozitler üretilmektedir. Tribological Properties of Al Alloy
o Particle Composite. J. Metall 1987;39(11):22-26.
Hatta mukavemeti 300 C ve üstünde çelikle eþit
Wear Mechanism of Aluminium
olmaktadýr. Kompozitler çeliðe göre dört kat ve saf Based Meal Matrix Composite Under Rolling And Sliding
alüminyumun göre yarý elektrik iletkenlik özelliðine Contraction In Technology of Composite Materials.In:
Rothagi PK, Ian PJB, Yune CS Editors, ASM International
sahiptir.
1990;93-101.
"SiCp Katkýlý Al Kompozitlerin Sertlik, Mikroyapý ce Aþýnma Özelliklerinin Ýncelenmesi", 11. International Conference on Machine desing and Production, (UMTÝK 2004),
Aluminyum kompozitler aðýrlýkça hafif olmasýnýn Conference proceedings, 979-988, 2004. Antalya-TURKEY
“Aluminium Matrix Composites: Challenges and
yanýnda yüksek performansa sahip olmasýndan dolayý
Opportunities”, Sadhana, Academy Proceedings in
son yýllarda endüstriyel uygulamalarda ilgi çekmektedir.
Engineering Sciences, Printed in India, Vol. 28, Parts 1 & 2,
Yüksek teknolojik malzeme olarak kullanýlan Al-MAK'lar February/April 2003, pp. 319334.
Developments in Particulate and Short Fibre
ömür, yüksek verimlilik, enerji kazanýmý düþük bakým
Composites in New Light Alloys. AGARD Lecture Series
maliyeti, düþük gürültü seviyesi, çevreye daha az
1990;144:1-21.
emisyon ve kirlilik, gibi faydalar saðlar. Bu nedenle Al- S. An Experimental and
MAK'lar mühendislik uygulamalarda canlýlýðýný Numerical Study of Deformation in Metal-Ceramic
Composites. Acta Metall 1989;37:3029-3050.
korumaktadýr.
"Al-Cu-SiC ve Al-Cu-B4C Kompozitlerin Sýcak Presleme
Al-MAK'lar ihtiva ettiði takviyeye baðlý olarak Yöntemi Ýle Üretimi ve Aþýma Özelliklerinin Araþtýrýlmasý",
karakteristik özellikleri deðiþmektedir. Genelde Al-MAK'lar Danýþman:F.Bedir., S.D.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, 2004.
“Microstructures
toz metalurjisi ya da sývý yöntemle üretilebilirler. Parçacýk
and Mechanical Properties Engineered Short Fibre
takviyeli Al-MAK'larýn üretimi fiber takviyeli kompozitlere Reinforced Aluminium Matrix Composites”, Matrial Science
göre daha ekonomik olmasýnýn yanýnda fiber takviyeli and Engineering,A335(2002)207-216.
kompozitler daha üstün mekanik özelliklere sahiptir. Fiber takviyeli Al-MAK'lar çelikle karþýlaþtýrdýklarýnda yoðunluðu yarýsýndan az olmasýna raðmen eþit dayanýmda
o “(1998), Solidification Processing of Reinforced
kompozitler üretilmektedir. Hatta mukavemeti 300 C ve
Metal (Trans Tech. Publ.).
üstünde çelikle eþit olmaktadýr. Kompozitler izotropik
“Pepaperation and Properties of
özellik gösterir ve ekstrüzyon, haddeleme ve dövme Alüninium Alloy Ceramic Particle Composites, Journal of
Material Science, 1981, v 16, pp983-993.
iþlemleri gibi ikincil operasyonlara maruz kalabilirler.
Microstructure and mechanical behaviour of AlSiMg alloys reinforced with TiAl Intermetallics. Journal of Materials Processing Technology 2003;143-144:605-611.
2000, "TiC ve SiC Katkýlý Kompozitlerin Azot
Bandyopadhyay S. Effect of Al2O3 Atmosferi Altýnda Sýcak Preslenmesi", Uluslararasý Met. Malz.
Particulates on the Precipitation Behaviour of 6061 Kong.Bildiri Kitabý, c3, 1713, Ýstanbul.
Aluminium-Matrix Composites. Journal of Materials Science Metal Handbook, Vol. 2 (1992.
1996;31(20):5351-5361. An Introduction to Metal Matrix
ASM Handbook, v21, Composites, ASM International, Printed Composites, Cambridge University Press(1995) pp. 459470.
in USA, 1992. “An Estimation of
A s s e s s m e n t o f M e t a l M a t r i x C o m p o s i t e s , Three-Dimensional Finite Element Crystal Geometry Model
5. Lloyd DJ.
6. Prasad SV, Rohatgi PK. 7. Pan YM, Fine ME, Chang HS. 8. F.Bedir, B.Ögel,
Sonuç
9. K Surappa, 10. Harris SJ.
11. Christman T, Needleman A, Suresh 12. Köksal,F.,
13. H.X Peng, Z.Fan.,D.S.Mudher, J.R.G.Evans., 14. C.M.Cady, G.T.Gray III,
15. Asthana,R.,
16. Surappa,M.K., Rohatgi, P.K.,
17. Salvador MD, Amigó V, Martinez N, Busquets DJ.
Kaynakça
1. Bedir,F., Ögel,B.,
18. Das T, Munroe PR, 2. ASM,
3. T.W. Clyne and P.J. Withers,
19. 4. C.G. Kang, J.H. Lee, S.W. Youn, J.K. Oh,
20.
“Influence of Strain Rateon the Deformation and Fracture Response of a 6061-T6 Al-50 vol.% Al2O3 Continuous-Reinforced Composite”, Material Science and Engineering, A298,(2001), 56-62.
