FBE- Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 95
-
ÖgeYüksek frekans indüksiyon kaynaklı çelik borularda meydana gelen çatlaklara trız yaklaşımı(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020)Dünyada en çok kullanılan yenilenemeyen enerji kaynaklarından biri petroldür. Son yıllarda petrolün yerini yenilenebilir enerji kaynakları almaya çalışsa da petrole olan ihtiyaç gün geçtikçe artmaktadır. Petrole olan bu bağlılık daha fazla petrol rezervleri açılmasına ve ham petrolün çıkarılması için kullanılacak ekipmanlara olan ihtiyacın da artmasına sebep olmaktadır. Bu ekipmanların arasında en önemli paydaya sahip olanlar ise borulardır. Rezervin açılmasından, sondajın yapılması ve petrolün aktarılmasına kadar olan her süreç, bu süreç için özel çap ve et kalınlıklarında dikişli veya dikişsiz üretilmiş borularla sağlanmaktadır. Dikişli üretim yöntemlerinden biri olan Yüksek Frekans İndüksiyon Kaynağı (HFI) diğer dikişli üretim yöntemlerine göre sarf malzeme kullanılmaması ve kolay uygulanabilir olması açısından daha avantajlıdır. Sıcak haddelenmiş çeliğin plastik deformasyonla şekil alıp, boru halini aldıktan sonra kaynaklanmasından oluşan bu prosesi etkileyen birçok kaynak parametresi vardır. Bunlar; ana malzeme yani kullanılan sıcak haddelenmiş çeliğin yapısını etkileyen parametreler, kaynağın voltaj, amper ve ısı girdisini kontrol etmeye yarayan fiziksel parametreler ve kaynaklandıktan sonraki metalin kimyasal özelliklerini etkileyen parametrelerdir. Eğer bu parametreler optimize edilmez ise doğru bir kaynak işlemi yapılamamakta ve kaynak hatalarıyla karşılaşılmaktadır. 1972 yılında İran Körfezi'nde iletim borularında meydana gelen hasar ve 1974'de Suudi Arabistan iletim hattında meydana gelen hasarlar birçok araştımacıyı çelik borulardaki hasar mekanizmalarını incelemeye ve test sonuçlarını araştırmaya itmiştir. O yıllardan günümüze literatüre birçok çalışma kazandırılmış ve kaynak hataları azaltılmaya çalışılmıştır. Bu tez kapsamında, yüksek frekans indüksiyon kaynaklı borulardaki çatlaklar metalürjik olarak ve mühendislik problemlerinin çözümlerinde kullanılan TRIZ methodu ile incelenmiştir. Yapılan çalışmalarda, su verme ve temperleme işlemlerinden sonra hasarsız muayene yöntemlerinden biri olan ultrasonik testte kaynak bölgesi içerisinde çatlak olduğu tespit edilmiş borulardan alınan numuneler ile çalışılmıştır. Numuneler zımparalama, parlatma ve dağlama gibi numune hazırlama işlemlerine tabi tutulmuş ve akabinde optik ve elektron mikroskopisi yöntemleri ile analiz edilmiştir. Numunelerin kimyasal analizleri için Optik Emisyon Spektroskopisi (OES) ve Enerji Dispersiv Spektrum (EDS), çatlağın karakteristik özelliklerini yüksek büyütmelerde gözlemlemek için optik ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Kaynak dikişi bölgesinin martenzitik yapıda olduğunun gözlenmesi çatlağın sertleştirme ısıl işlemleri sonrasında oluştuğunu doğrular niteliktedir.
-
ÖgeMagnezyum alaşımlarının farklı yöntemlerle hidroksiapatit kaplanarak korozyon hızının belirlenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021)Bu tez kapsamında, AZ31 ve AZ91 magnezyum alaşımlarının biyobozunur implant malzemesi olarak kullanılabilmesi için hidroksiapatit (HA) ile kaplanarak, in-vitro korozyon davranışları belirlenmiştir. Son yıllarda ortopedik cerrahide kullanılan kortikal vida ve plakaların biyobozunur olarak üretilmesi üzerine çalışmalar araştırmacılar tarafından yapılmaktadır. Biyobozunur implantın avantajı, takılan implantın geri çıkarılması gerekliliğini ortadan kaldırmasıdır. Ayrıca Magnezyumun Elastisite modülünün ve mekanik özelliklerinin insan kemiğine yakın olması sonucunda, literatürde "stress shielding" olarak adlandırılan yükü sürekli olarak implantın taşıması sonucu kemiğin tembelleşmesi olayının önüne geçilmesi amaçlanmıştır. Bu tez kapsamında, AZ31 ve AZ91 magnezyum alaşımlarının hidroksiapatit kaplanması, karakterizasyonu ve son olarak da korozyon davranışları incelenmiştir. Bu sayede biyobozunur implant malzemesi olarak kullanılabilecek Magnezyum alaşımları için en uygun kaplama koşulları belirlenmiş ve ilerleyen süreçte yapılması öngörülen in-vivo testler için optimum kaplama koşullarının neler olduğu belirlenmiştir. Tez kapsamında uygulanan yöntemlerin ana hatları şu şekildedir: detaylı literatür taraması; hammadde ve makine-teçhizatların temini; plazma sprey kaplama çalışmaları, elektrostatik sprey kaplama çalışmaları ve daldırma kaplama çalışmaları, nitel ve nicel analizlerin gerçekleştirilmesi; kaplama yöntemlerinin karşılaştırılması, tez çıktılarının yayınlanması. Özellikle sinterleme sıcaklığı ve süresinin belirlenmesi çok önemlidir. Çünkü literatürde çok farklı parametreler denenmesine rağmen ortak bir başarılı sonuç üzerinde uzlaşılamamıştır. Ülkemizdeki üniversiteler ve araştırma kurumlarında bu konu üzerine yapılmış herhangi bir güncel proje yer almamakta, sadece sınırlı sayıda yayın çalışması bulunmaktadır. Ayrıca uluslararası literatürde farklı yöntemlerle kaplama yaparak kıyaslama yapan çalışmalar son derece kısıtlıdır. Tez çalışmaları sonucunda elde edilen veriler ile yapılan yayın ile bilimsel ve akademik literatüre katkı sağlanmıştır. Bu çalışma sırasında, AZ31 ve AZ91'in hidroksiapatit kaplama işlemleri, karakterizasyonları ve korozyon davranışları incelenmiştir. Bu çalışmanın amacı, biyobozunur implant malzemesi olarak magnezyum alaşımları için optimum kaplama koşullarını belirlemektir. Yapılan çalışma sonucunda korozoyon hızını azaltma bakımından üç yöntem kıyaslandığında en iyi sonucu atmosferik plazma sprey kaplama vermiştir. En iyi sonucu veren plazma sprey kaplamanın bir sonucu olarak, korozyon hızı yaklaşık 1,2 mm / yıl'dan 0,4 mm / yıl'a düşmüştür.
-
ÖgeErgimiş tuz elektrolizi ile metal oksit/sülfürden başlanarak metal ve metal borür sentezi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020-01-08)Metal borürler sahip olduğu yüksek ergime sıcaklığı, yüksek sertliği, yüksek korozyon ve aşınma dayanımı, iyi kimyasal kararlılık, elektriksel ve termal iletkenliği gibi özellikleri nedeniyle kesici uçlardan, aşındırıcılara, katalizörlerden, kaynak dolgusuna ve sert kaplamalara kadar birçok alanda kullanılmaktadır. Metal borürlerin üretiminde çok farklı yöntemler kullanılabilmesine rağmen endüstrinin ihtiyacına cevap verebilen yüksek saflıkta ve kitlesel üretime izin veren metal borür üretim yöntemleri sınırlıdır. Metal borür üretimi; elementel fazlardan direkt olarak, karbotermik, metalotermik redüksiyon ile oksitli bileşiklerden, gaz fazından hidrojen ile redüklenerek ve ergimiş tuzlar kullanılarak elektrokimyasal olarak yapılabilmektedir. Metal borürlerin üretiminde öne çıkan yaygın yöntem karbotermik ve metalo-termik teknikleri içine alan pirometalurjidir. Pirometalurjik borür üretim yöntemlerinin en büyük dezavantajı yüksek saflıkta, homojen metal borür eldesinin zorluğu ve yüksek sera gazı emisyonudur. Günümüzde çevresel, kontrollü ve daha verimli üretim teknolojilerine geçiş her alanda büyük bir hızla devam etmektedir. Özellikle son yıllarda pirometalurjik üretim yöntemleri üzerindeki sera gazı emisyon baskısının da etkisiyle yüksek sıcaklık metal ve bileşiklerinin üretiminde elektrokimyasal üretim teknikleri öne çıkmaya başlamış ve metal, alaşım üretimleri üzerine yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Ergimiş tırtuz elektrolizi (ETE) ile borür sentezi elektrolit bileşeni, sıcaklık, akım yoğunluğu parametreleri değiştirilerek istenilen stokiometri ve formda yapılabilmektedir. Bu tez çalışmasında, çevresel olarak hiçbir zehirli gaz salınımı olmayan ve kararlı oksit esaslı elektrolitlerle nispeten kısa sürelerde, endüstriyel olarak talep edilen kompozisyonlarda geçiş grubu metal borürlerinin (TiB2, Ni3B) elektrokimyasal üretimine yönelik bir proses geliştirilmesi amaçlanmıştır. Oksit esaslı başlangıç malzemelerden oksit esaslı elektrolit kullanımı ile elektrokimyasal olarak borür sentezinde ilk olarak boraksın ana bileşenlerinden sodyumun rolünün belirlenmesi amacıyla; borür yapmayan antimonun, Sb2S3'den boraks elektrolit içerisindeki redüksiyonu gerçekleştirilmiştir. Elektrolit içindeki sodyumun elektrokimyasal redüksiyonu ve metalotermik redüksiyon etkisi metalik antimon ve elektrolit ile arasındaki yoğunluk farkı sayesinde ayrıştırılan NaSbS2 fazının eldesiyle ortaya konmuştur. Katodik akım veriminin incelenmesine yönelik sabit 800 °C sıcaklıkta ve 10 dk'lık sabit deney sürelerinde gerçekleştirilen deneylerde uygulanan akım yoğunluğu ile katodik akım veriminin 600 mA/cm2 akım yoğunluğuna kadar düşük miktarlarda olsa da arttığı, 600 mA/cm2'de % 62 ile en yüksek değere ulaştıktan sonra 800 mA/cm2'de hemen hemen değişmediği görülmüştür. Elektrolitten metal kazanım verimlerindeki değişimin gözlenmesi amacıyla en yüksek akım veriminin elde edildiği 600 mA/cm2 akım yoğunluğunda, 800 °C deney sıcaklığında 10-40 dk elektroliz sürelerinde deneyler sonucunda 40 dk sonunda antimon kazanım verimin % 99'a ulaştığı tespit edilmiştir. Nikel borür endüstride özellikle katalizör, kaynak alaşımı ve deoksidan olarak kullanılan önemli bir metal borürdür. Ni-Ni3B ötektik alaşım yaparak 1087 ºC ergime sıcaklığına kadar inmektedir. Ni3B üretiminde NiO'nun redüksiyon davranışı CaCl2 elektroliti içerisinde 1200 °C sıcaklıkta CV kullanılarak belirlenmiştir. Redüksiyonun tek adımda -0,20 V'da gerçekleştiği görülmüştür. Aynı zamanda bor sağlayıcısı görevi gören boraksın da CaCl2 içerisinde CV analizleri yapılmış ve boraksın redüksiyonun -0,5 V'da başlayan ve -1,2'de sonlanan geniş bir pik vererek gerçekleştiği görülmüştür. Ni2++ 2e- Ni0 E˚= -0,20 V Teorik incelemeler ve CV sonuçları ile nikel oksitten başlanarak boraks elektrolit içerisinde gerçekleştirilen Ni3B üretiminde Ni ve B'un eş zamanlı gerçekleşen metalotermik ve elektrokimyasal reaksiyonlar sonucu redüklendiği, öncelikli olarak nikelin oluştuğu nikel oksit ile temas halinde elde edilen metalik nikel ile ortaya konulmuştur. Redüklenen nikelin borlanması sonucu oluşan Ni3B intermetaliği ve ardından metalik nikel ile birleşerek Ni-Ni3B oluşmaktadır. Elektrokimyasal ve metalotermik redüksiyon ile eş zamanlı olarak sentezlenen bor, Ni-Ni3B alaşımı içindeki nikeli borlayarak Ni3B intermetaliğine çevirmektedir. Ni3B üretimine akım yoğunluğunun (100-400 mA.cm-2), Ni/B oranın (0,5-2) ve sürenin (15-60 dk) etkisi incelenmiştir. Ağırlıkça 0,5 Ni:B oranın, 30 dk deney süresi ve 400 mA.cm-2 akım yoğunluğu şartlarında % 100 Ni3B intermetaliğinin üretiminin mümkün olduğu görülmüştür. Düşük akım yoğunluğu ve kısa deney sürelerinde Ni-Ni3B alaşımları elde edilirken artan akım yoğunluğuna ve süreye bağlı olarak Ni-Ni3B alaşımında Ni3B oranının arttığı tespit edilmiştir. Başlangıçtaki Ni/B (0,5-2) oranına bağlı artan nikel oranı ile elde edilen Ni-Ni3B alaşımındaki Ni miktarının arttığı görülmüştür. Ni/B oranı 0,5, 200 mA/cm2 akım yoğunluğunda, 1200 °C çalışma sıcaklığında, 60 dakika çalışma süresinde Ni3B intermetaliğine ulaşılmıştır. Deney süresine bağlı hücre potansiyelinde kayda değer bir potansiyel değişimi görülmemiştir. Sahip olduğu yüksek ergime noktası, yüksek sertlik, yüksek aşınma ve korozyon direnci, kimyasal kararlılığı, elektrik iletkenliği, hidroklorik ve hidroflorik gibi asitlere ve ergimiş metallere karşı dayanıklılığı gibi önemli özellikleri nedeniyle TiB2 metal borürlerin en önemlilerindendir. Boraks elektrolit içerisinde yapılan TiB2 üretim çalışmalarında titanyum kaynağı olarak TiO2 kullanılmıştır. İlk olarak elektrolit bileşiminde B/Ti oranı ile Na oranının TiB2 partikülleri ve patikül temizliği üzerine etkisi incelenmiştir. B/Ti oranının artışı, Na oranının artışı ve azalışı ile TiB2 partikül kalınlıklarının arttığı belirlenmiştir. B/Ti oranının artışı ve Na oranının azalışı ile TiB2 patikül temizliğinin zorlaştığı, oksitli kalıntı fazların uzaklaştırılamadığı gözlenmiştir. Elektrolit bileşim deneylerinde optimum sonuçlar elde edilen elektrolit bileşiminde (mol%45 Na2B4O7 + mol%18TiO2 + mol%37NaOH) sabit deney süresinde (20 dk.), TiB2 oluşumuna akım yoğunluğu (100-1000 mA/cm2) ve sıcaklığın (800-1200 ºC) etkisi incelenmiştir. Titanyum ile borun elektrokimyasal redüksiyonu da nikel oksitte olduğu gibi 900 °C sıcaklıkta CaCl2 içerisinde CV ile incelenmiş ve TiO2'in iki adımda redüklendiği belirlenmiştir. Ti4++ e- Ti3+ E˚= -0,45 V Ti3++ 3e- Ti0 E˚= -0,8 V XRD ve SEM incelemelerinde çalışılan bütün akım yoğunluklarında TiB2 yapısının elde edildiği belirlenmiştir. Elektron mikroskobu incelemeleri akım yoğunluğunun üretilen TiB2 tanelerinin boyutu üzerinde büyük bir etkisinin olmadığını göstermiştir. Sıcaklığın TiB2 üretimine etkisinin ortaya konulması için yapılan deneylerde 800-1200 ºC sıcaklık aralığında TiB2 sentezi gerçekleştirilmiştir. Hücre potansiyeli 900-1200 ºC arasındaki sıcaklıklarda büyük bir değişiklik göstermeyerek 1,05-1,30 V aralığında değişirken, 800 ºC'da büyük bir artışla 1,80 V'a çıkmıştır. 1000 ºC üzerindeki deneylerde katot titanyum plakanın elektrolit yüzeyinde korozyonu gözlenmiştir. Elektrokimyasal ölçümler ve XRD ve SEM incelemeleri tek fazlı TiB2 oluşumunun, Ni3B üretiminde olduğu gibi Ni2+ ve B3+'nın sıra ile redüksiyonu ile değil de katot yüzeyinde Ti4+ ve B3+'nın ortak redüksiyonu sonucunda gerçekleştiğini göstermiştir. Bu tez kapsamında geliştirilen yöntem, ucuz kimyasallardan faydalanması sebebiyle düşük maliyet ile oldukça hızlı metal borür üretimine olanak sağladığı için çevresel, düşük maliyetli ve yüksek miktarlarda üretime uygun bir metal borür üretim tekniğidir. Bu özellikleri sayesinde endüstrinin ihtiyaçlarını karşılayabilecek, savunma sanayinde ihtiyaç duyulan metal borürlerin milli imkanlarla yerli hammadde ile üretilebilmesine imkan sağlayacak ve son olarak dünyanın bor rezervinin büyük bir kısmına sahip ülkemizin ileri teknoloji metal borürlerin üretiminde öne geçmesini sağlayarak daha yüksek katma değerli ürünleri ihraç eden bir ülke haline gelmesinde önemli bir basamak olacaktır.
-
ÖgeYerli hammaddelerden hareketle TiB2 esaslı ileri teknoloji seramiklerin üretilmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014-09-10)TiB2 (titanyum diborür), yüksek sertlik, mukavemet, elektriksel iletkenlik, ısıl iletkenlik ve kimyasallara ve ergimiş metallere karşı yüksek dirence sahip bir geçiş grubu metal diborürüdür. TiB2'nin egime sıcaklığı 3225 °C civarındadır, yüksek oranda kovalent bağ yapısına ve hekzagonal kristal yapıya sahiptir. TiB2'den üretilmiş farklı şekillerdeki ürünlerin güncel ve başlıca kullanım alanları zırh plakaları, kesici takımlar, alüminyum buharlaştırma kayıkçıkları, aşınmaya dirençli kaplamalar ve alüminyum elektroliz katotlarıdır. Tez çalışması kapsamında, TiB2'nin SHS ile sentezine, karbotermik olarak sentezlenmiş ticari kalite TiB2 tozlarının SPS şartlarının araştırılmasına, SHS ile sentezlenen TiB2 tozlarının basınçsız sinterleme ve SPS ile sinterlenebilirliğine ve ticari kalite TiB2 tozlarından SPS ile PVD hedef malzemelerin üretilip PVD performans testlerinin yapılmasına yönelik deneysel çalışmalar yürütülmüştür.
-
ÖgeSantrifüj pompa fanlarının döküm simülasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014-08-04)Santrifüj pompa fanları, pompaların temel iki karakteristiği olan debi ve basınç üzerinde çok önemli etkiye sahip kritik parçalardır. Günümüzde pompa fanları, hedeflenen debi ve basınç değerlerini sağlayacak şekilde Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yazılımları kullanılarak tasarlanmaktadır. HAD yazılımları, fan kanatları üstünde akan sıvının basıncını dengeleyecek ve kayıpları minimuma indirecek fan geometrisini tasarlamak için kullanılan yazılımlardır. HAD kullanarak geliştirilen bu tasarımlar, genelde hedeflenen debi ve basınç kriterlerini sağlayan ancak kolay ve ekonomik döküm üretiminden uzak geometrilerdir. Döküm aşamasından önce ise pompa tasarım ve dökümhane mühendisleri, pompa tasarım kriterlerini kaybetmeden, fan döküm ekonomisini daha verimli hale getirecek küçük tasarım değişikleri üzerinde çalışmaktadırlar. Döküm verimini artırıp düşük maliyetli fan üretimini sağlayacak, bu küçük tasarım değişiklerinin, besleyici sayısı ve hacminin bağlı olduğu katılaşma süresi ve düzenini nasıl etkilediğini bilmek önemlidir. Bu sebepten, döküm geometrisi içinde katılaşma konturlarının bilinmesi, doğru besleme yollarının ve besleyici sayısının belirlenmesi için bir gerekliliktir. Katılaşma analizlerinde kullanılan, iki ve üç boyutlu ısı transfer denklemlerinin klasik ısı transfer yaklaşımlarıyla çözülmesinde karşılaşılan problemler, çözümü gittikçe artan bir şekilde daha gelişmiş analizler yapabilen Sonlu Farklar Metodu (SFM), Sonlu Elemanlar Metodu (SEM) ve Sonlu Hacimler Metodu (SHM) gibi sayısal metotlara kaydırmıştır. Bu tezde, AISI 1016, AISI 304 ve AISI 316 çelik döküm santrifüj pompa fanlarının katılaşması, sonlu Hacimler Metodu kullanan Ansys CFX yazılımı kullanılarak modellenmiştir. Bu tezde, AISI 1016, AISI 304 ve AISI 316 çeliklerin yaş kum, üretan ve kabuk kalıp-maça içine yapılan dökümlerinin katılaşması ve devamında soğuması Ansys CFX kullanılarak 3 boyutta modellenmiştir. Fan, kalıp, maça ve soğutucuda izotermal sıcaklık dağılımları elde edilmiştir. Döküm sıcaklığının, soğutucu kullanımının, kalıp yoğunluğunun, değişik kalıp-maça malzemelerinin ve alaşımların katılaşma süresi ve düzenine olan etkilerini analiz edecek genel bir model oluşturulmuştur.