LEE- Malzeme Mühendisliği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/19378

Gözat

B4c + Si ilaveli Tzm alaşımlarının spark plazma sinterleme (SPS) yöntemi ile tek adımda üretimi, karakterizasyonu ve oksidasyon direncinin geliştirilmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-04-26) Coşkun, Mert ; Göller, Gültekin ; 506171434 ; Malzeme Mühendisliği

Ergime noktaları 1850 °C'den yüksek olan metaller, refrakter metaller olarak adlandırılırlar. Yüksek ergime noktalarının haricinde refrakter metaller diğer avantajlı özellikleriyle de ön plana çıkarlar. Bu özellikler sırasıyla; yüksek elektrokimyasal korozyon direnci, yüksek sıcaklık altında gösterdikleri dayanım, yüksek termal şok direnci, yüksek aşınma direnci, iyi elektriksel iletkenlik ve ısıl iletkenlik özellikleri olarak özetlenebilir. Refrakter malzemelerin yüksek sıcaklık dayanımları alaşımlama yöntemiyle arttırılabilir. Önemli refrakter malzemeler arasında bulunun molibden (Mo) göstermiş olduğu özelliklerle yüksek sıcaklık uygulamalarında kendine geniş bir kullanım alanı bulmuştur. Molibden ve molibden esaslı alaşımlar, yüksek sürünme mukavemetleri nedeniyle termal çevrimlerden sonra mekanik özelliklerini korumayı başarırlar. Bu sebeple roket endüstrisinde ve havacılık endüstrisinde yapısal parçalarda sıklıkla tercih edilirler. Molibden ve alaşımlarının diğer kullanım alanları, nükleer, kimya ve cam endüstrileri olarak sıralanabilir. Ancak yüksek sıcaklık uygulamalarında, örneğin 1000 °C'den yüksek olan sıcaklıklarda, saf molibdenin kullanımı kısıtlanmaktadır. Bu kısıtlı kullanımın nedeni saf molibdenin sahip olduğu ergime noktasına oranla düşük yeniden kristalleşme sıcaklığı ve yüksek olan sünek-gevrek geçiş sıcaklığıyla beraber göstermiş olduğu yetersiz mekanik özelliklerdir. Saf molibdenin yüksek sıcaklıklardaki mekanik özelliklerini arttırmak için kullanılan en önemli yöntemlerden biri alaşımlama işlemidir. Molibden alaşımları arasında TZM, yüksek dayanım ve yüksek kullanım sıcaklığıyla popüler alaşımlar arasında yer almaktadır. TZM alaşımı ilk olarak Climax Molybdenum, USA şirketi tarafından 1954 senesinde üretilmiştir. Kimyasal bileşimi ağırlıkça %0.5 titanyum, %0.008 zirkonyum ve %0.03 karbon olacak şekildedir. TZM üretimi esnasında oluşan karbürlü bileşimler, TiC ve ZrC, tane içinde ve tane sınırlarında çökerler. Aynı zamanda bu bileşimler dispersiyon mukavemetlendirmesi ve katı eriyik oluşumunu sağlayarak malzeme dayanımını arttırır ve yeniden kristalleşmeyi geciktirici olarak davranırlar. Molibden ve alaşımlarının kullanım koşullarını nispeten kısıtlayan bir unsur; farklı sıcaklık aralıklarında göstermiş oldukları düşük oksidasyon direncidir. Molibden alaşımlarının oksidasyon eğilimi 400 °C ve altında düşüktür. 400 – 650 °C arasında ise oksitlenmeyle birlikte oluşan MoO2 ve benzer oksitli bileşikler (MoOZ), 2 ≤ Z ≤ 3, yapıda ağırlık artışı meydana getirir. Sıcaklık 650 °C'nin üzerine çıktığında ise MoO3 bileşiği oluşur, buharlaşarak sistemden ayrılır ve ağırlık kaybını meydana getirir. Bu durum malzemenin yapısal özelliklerini aniden kaybederek; işlevini yerine getirememesine sebep olur. Sonuç olarak, molibden ve alaşımlarının oksidasyon direncinin yükseltimesi için koruyucu kaplamalar geliştirmek ve oksidasyon direncini arttıran alaşımlar geliştirmek mutlak çözümler olarak değerlendirilebilir. TZM alaşımı, ticari kullanımda genel olarak vakum ark ergitme ve toz metalurjisi yöntemleri ile hazırlanır. Havacılıkta, enerji üretiminde ve nükleer endüstrisinde kullanılan; yüksek saflık, homojenlik, arttırılmış yorulma ve kırılma tokluğuna sahip malzemeler, vakum ark ergitme yöntemiyle tekrarlı şekilde ergitilerek üretilir. TZM üretiminde kullanılan bir diğer üretim yöntemi olan toz metalurjisi yöntemi ise geleneksel yöntemler (sıcak pres ve izostatik pres) ve spark plazma sinterleme (SPS) olarak iki grupta ele alınabilir. Toz metalurjisi prosesleri, refrakter metallerin imalatında önemli bir rol oynamaktadır. 20. yüzyılın başından beri, toz metalurjisi kullanımı istikrarlı bir şekilde artmaktadır ve günümüzde toz metalurjisi ile neredeyse her malzeme üretilebilir duruma gelmiştir. Toz metalurjisi yöntemi, vakum ark ergitme ve sıcak dövme ile karşılaştırıldığında, serbest şekil tasarımı, homojen ve ince taneli mikroyapı elde edilmesine imkan vermesiyle ön plana çıkmaktadır. Tez çalışması kapsamında numuneler spark plazma sinterleme (SPS) cihazında sinterlenmiştir. Tez çalışması kapsamında TZM alaşımının oksidasyon direncinin ve mekanik özelliklerinin arttırılması hedeflenmiştir. TZM alaşımının oksidasyon direncini arttırmak ve mekanik özelliklerini geliştirmek için tercih edilen yöntemler arasında borlama ve silika bazlı kaplamaların geliştirilmesi bulunur. Borlama, bor atomlarının malzemenin matris yüzeyine difüzyonunu temel alan termokimyasal bir yüzey sertleştirme işlemidir. Termokimyasal işlem süresince bor atomları ana malzeme ile reaksiyona girerek çok sayıda borür bileşiklerini oluşturur. TZM alaşımlarının yüzeylerinin borlanması sonrasında oluşan Mo2B gibi bileşikler, alaşımın oksidasyon atmosferindeki çalışmaları boyunca uçucu özellikte olan MoO3 bileşiğinin oluşumunu engelleyip, oksidasyon direncini arttırır. Silika bazlı kaplamalar ise, işlem esnasında oluşturduğu ara bileşiklerin oksitlenmesiyle, yapışkan ve sürekli SiO2 katmanını oluşturarak; oksijenin alt katmanlarda bulunan molibden alaşımını oksitlemesini önler ve oksidasyon direncini arttırır. Tez çalışması kapsamında ilk olarak başlangıç tozlarının miktarı ve kalıp içine yerleştirilme şekilleri belirlenmiştir. Numunelerin tek adımda, sandviç yapı şeklinde sinterlenmesi ise 20000 A kapasiteli 7.40 MK VII, SPS Syntex Inc. spark plazma sinterleme cihazında gerçekleştirilmiştir. Üst ve alt katmanlarda B4C ve Si tozları, orta katmanda ise B4C, Si ve TZM tozları olacak şekilde grafit kalıba yerleştirilmiştir. Deneysel çalışma süresince değişken basınç ve sinterleme sürelerinde çapı 50 mm, kalınlığı 6 mm olan 4 farklı numune üretilmiştir. Tozların kullanım oranlarında ise orta katmanda ağ. %95 TZM ve ağ. %5 B4C+Si tozları kullanılmıştır. Dış katmanlarda ise B4C ve Si dağılımları sırayla hacimce %90 ve %10 olacak şekilde yapılmıştır. Üretimde toz miktarları aynı kalacak şekilde 5 dakika sinterleme süresi ve 40 MPa sinterleme basıncı, 10 dakika sinterleme süresi ve 40 MPa basınç, 10 dakika sinterleme süresi ve 60 MPa basınç ve son olarak 15 dakika sinterleme süresi ve 60 MPa basınç olacak şekilde üretimler yapılmıştır. Numuneler üretildikten sonra sertlik ölçümü, yoğunluk ölçümü, XRD faz analizi, elementel analiz, oksidasyon testleri ve karakterizasyonları tamamlanmıştır. Karakterizasyon çalışması kapsamında yapılan yoğunluk ölçümlerinde en yüksek yoğunluğa sahip olan numunenin, 8,86 g/cm3 yoğunluk değeri ile, 10 dakika sinterleme ve 40 MPa basınç altında üretilen numune olduğu tespit edildiyse de basınç ve sinterleme süresinin numune yoğunluğu üzerinde kayda değer bir etkide bulunmadığı saptanmıştır. Numunelerin kesit alanlarından yapılan sertlik ölçümlerinde üst katman ve orta katman arasında gözlemlenen sertlik değerleri farkı, üst katmanın orta katmana nazaran sahip olduğu gözenekli yapı ile açıklanabilmektedir. Üst katmanda gözlemlenen en düşük sertlik değeri 15,04 GPa ile TZMBSi-10-40 numunesinde olurken, orta katmanda gözlemlenen en yüksek sertlik değeri 21,85 GPa ile yine aynı numunede olmuştur. Numuneler kendi aralarında kıyaslandığında ise benzer sertlik değerlerine sahip olup, yapılarında aynı fazlar oluşmuştur. FactSage programı yardımıyla sinterleme ile oluşabilecek fazları belirlemek için reaksiyonların termodinamik hesaplamaları yapılmıştır. TZM, B4C ve Si tozları oluşan numunelerde Mo2B, MoB, Mo3Si, Mo5Si3, Mo2C, SiC ve Mo2B5 fazlarının oluşabileceği analitiksel olarak gösterilmiştir. Üretilen numunelerin XRD faz analizleri ise Rigaku Miniflex XRD cihazında tamamlanmıştır. Buna göre 4 numunede de Mo2B (JCPDS: 06-0593), Mo2C (JCPDS: 72-1683), MoB (JCPDS: 73-1768), Mo (JCPDS: 88-2331), Mo3Si (JCPDS: 04-0814), MoSi2 (JCPDS: 41-0612) fazları numuneler ile eşleşmiştir. Mikroyapı karakterizasyonu kapsamında numunelerin kesit alanları, JEOL JSM 7000F marka taramalı elektron mikroskobunun ikincil elektron ve geri saçılımlı elektron dedektörü vasıtası ile incelenmiştir. Numuneler incelendiğinde; artan sinterleme süresi ve basıncın etkisiyle difüzyon bölgesinin kalınlığının arttığı gözlemlenmiştir. TZMBSi-5-40 numunesinde difüzyon katmanının kalınlığı 100 µm, TZMBSi-10-40 numunesinde difüzyon kalınlığı 180 µm, TZMBSi-10-60 numunesinde difüzyon kalınlığı 277 µm ve TZMBSi-15-60 numunesinde difüzyon kalınlığı 515 µm olarak ölçülmüştür. Taramalı elektron mikroskobunun EDS eklentisi ile yapılan elemental analizi ile, XRD faz analizinde ve FactSage programı yardımıyla yapılan termodinamik hesaplamalarda gözlemlenen; Mo2B, MoB, Mo3Si, Mo5Si3, Mo2C, SiC ve Mo2B5 fazlarının oluştuğu ispatlanmıştır. Üretilen numunelerin oksidasyon davranışını incelemek için 600-800-1000 °C sıcaklıklarda 1 saat süreyle oksidasyon testi yapılmış ve test sonrasında spesifik ağırlık değişimleri kaydedilmiştir. Oksidasyon testi sonrası oluşan spesifik ağırlık değişimleri incelendiğinde; numuneler arasında kayda değer bir fark tespit edilmemiş olup, sinterleme basıncı ve süresinin oksidasyon dayanımına etkisinin minimum düzeyde olduğu görülmüştür. 1000 °C sıcaklıkta yapılan oksidasyon testine göre en düşük spesifik ağırlık azalışı 4,69 mg/cm2 ile TZMBSi-10-40 numunesinde gözlemlenmiştir. Yapı içerisinde ve yüzeylerde oluşan Mo2B, TiO2 ve SiO2 fazları MoO3 fazının oluşumunu engelleyerek ağırlık kaybını önlemiştir. Önceki çalışmalarla kıyaslandığında spesifik ağırlık azalımı 1000 °C'de monolitik TZM alaşımına göre %98,14, B4C-TZM sandviç yapıdaki numunelere kıyasla %96,05 ve TZM alaşımının sadece alt ve üst katmanlarına B4C ve Si ilaveleriyle elde edilmiş sandviç yapıdaki numunelere kıyasla %96,60 daha az olacak şekilde gerçekleşmiş ve TZM alaşımının yüksek sıcaklık oksidasyon dayanımı geliştirilmiştir. Çalışma grubunun yapmış olduğu güncel çalışmada homojen şekilde karıştırılmış TZM+B4C tozları, B4C tozları arasında kalıplanarak sinterlenmiştir ve 1000 °C sıcaklıkta gerçekleştirilen oksidasyon testinde elde edilen en düşük spesifik ağırlık kaybı 12,51 mg/cm2 olarak kaydedilmiştir. TZMBSi-10-40 numunesi bu çalışmaya oranla TZM alaşımının spesifik ağırlık değişimini %62,51 oranında azaltmayı başarmış ve TZM alaşımının yüksek sıcaklıklardaki oksidasyon dayanımını geliştirmiştir. Sonuç olarak, tez çalışmasında elde edilen sonuçlarla TZM alaşımının yüksek sıcaklıklardaki kullanım kabiliyetlerinin geliştirildiği gösterilmiştir.
Değişen oranlarda sodyum kalsiyum bentonitleri içeren döküm kalıp kum karışımlarında optimum bentonit miktarının belirlenmesi ve analizi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-03-04) Aldoğan, Tolga ; Ünlü, Necip ; 506181443 ; Malzeme Mühendisliği

Bentonitler, bünyesinde yüksek oranda montmorillonit minerali bulunan, yüksek sıcaklıklara dayanabilen, yüksek plastisite özellik gösteren, iyi fiziksel ve kimyasal özellikleri olan ve geniş yüzey alanına sahip bir kildir. Su vb. moleküllerin varlığında şişme özelliği göstermesi, yüksek bağlayıcılık özellikte olması ve yüksek plastisitesi nedeniyle pek çok farklı sektörde kullanım alanına sahip olabilmektedir. Doğada bol olması ve eldesinin kolaylığı, çeşitli alanlarda veya sektörlerde kullanılabilmesine avantaj oluşturmaktadır. Metalurji sektöründe de yüksek bağlayıcılık özellikte olması sebebiyle döküm kalıp kum karışım reçetesinde ve ince taneli demir cevherlerinin peletlenmesinde sıkça kullanılmaktadır. Döküm endüstrisinin maliyeti düşük ve kalitesi yüksek olan döküm arayışı, döküm kalıbının dayanıklı ve iyi olmasını mecbur kılmaktadır. Bu doğrultuda dökümde bentonitlerin bağlayıcılık özelliklerinin yanı sıra, döküm kumuna kazandırdığı; kalıptan sıyrılma, dayanıklılık, plastisite, akıcılık ve döküm sonrası kolay dağılabilme özellikleri de ön plana çıkmaktadır. Bu çalışmada, Bilecik-Bozüyük bölgesine ait Na ve Ca bentonitlerin döküm sektöründe daha faydalı bir kullanım şartı elde edilebilmesi için değişen oranlarda kalıp kumuna karıştırılarak; yaş basma mukavemeti, yaş kesme mukavemeti, gaz geçirgenliği, kalıplanabilirlik indeksi ve shatter indeksi gibi belirleyici birtakım testlere tabi tutularak optimum bentonit ve nem miktarını içeren kalıp kum karışımı reçetesinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Deneysel çalışmalarda, ortalama 61.8 AFS tane boyutundaki silisyum esaslı kalıp kumuna %3, %4.5, %6 nem oranlarında ve %7, %10, %13 oranlarında bentonit ilaveleri yapılmıştır. Hazırlanan kalıp kum karışımlarının %75Na-%25Ca, %50Na-%50Ca, %25Na-%75Ca ve %100Ca olmak üzere 4 farklı bentonit içeriğine sahip olmaları sağlanmıştır. %7 sabit bentonit için değerlendirildiğinde, %100Ca bentonit içerikli kalıp kum karışımında yaş basma mukavemeti %3 nem içeriğinde maksimuma ulaşmış ve 92.66 ± 4.61 kN/m2 olmuştur. Daha yüksek nem içeriklerinde ise düşüş gözlenmiştir.
Development and characterization of high entropy (HfTiZrMn/Cr)B2 based ceramics

(Graduate School, 2022-12-26) Süzer, İlayda ; Ağaoğulları, Duygu ; 506201403 ; Materials Engineering

Materials are divided into four groups: metals/alloys, ceramics, polymers and composites. Materials science includes the study of the physical, mechanical, thermal, chemical and many other properties of materials and the development of new materials. Advanced ceramic materials, including transition metal borides, carbides and nitrides, have attracted attention in recent years compared to traditional ceramics. Transition metal borides are characterized by a high melting point, high strength, high hardness, high wear and corrosion resistance, good thermal shock resistance, high chemical and thermal stability and high transmission stability. Thanks to all these superior properties, transition metal borides can be used as catalysts, refractory parts, sensors in high resolution detectors, decorative coatings, abrasive materials, coatings on cathodes, neutron absorption materials, sanding and polishing processes and in the aerospace industry, defense industry and nuclear technology. Various methods have been used to synthesize transition metal borides until today. The thermal plasma method, self-propagating high-temperature synthesis, metallothermic or carbothermic/borothermic reduction, autoclave synthesis, molten salt electrolysis and solid-state synthesis methods are the main ones. Another method used in the synthesis of metal borides, different from the methods mentioned, is the mechanochemical synthesis process, which has been used for other material groups for the last 20 years and is still being developed. Mechanochemical synthesis is a powder metallurgy production method that allows for the production of composite metal powders with small crystal grains and controlled microstructures at room temperature, using a cold welding-fracturing-rewelding mechanism and starting from easily accessible raw materials, as opposed to high reaction temperature production methods. In recent years, it has been necessary to develop new materials to meet the needs of many sectors, such as medicine, biomedicine, energy, aerospace technologies, automotive and electronics. High-entropy alloys (HEA) are one of the materials developed to meet these needs. Traditional alloying includes combining two or more elements. In high-entropy alloys, four or more elements are combined in equimolar ratios. Contrary to expectations, solid-solutions are formed instead of intermetallic compounds. In this way, HEAs have a single-phase structure even though they contain more than one element. Although there are many elements in the structure, high-entropy alloys mostly have body-centered cubic or face-centered cubic crystal structures. Recent studies have shown that such alloys may also have a hexagonal close-packed structure. Along with solid-solutions, high-entropy alloys also show four different core effects. The high-entropy effect explains its relationship with thermodynamic properties. The sluggish diffusion effect explains the kinetic state. The severe-lattice distortion effect represents both the crystal structure and the formation of mechanical properties. The effect of all the elements added to the alloy is examined under the cocktail effect. High-entropy alloys have high thermal and chemical resistance, good wear, oxidation and corrosion resistance, and mechanical properties such as high hardness, fracture toughness, and strength due to the elements in the alloy, the solid-solutions formed, and the four core effects. Thanks to its superior properties, it is used in the nuclear industry, shipping, the production of refractory materials, the aerospace industry, and cutting tool tips. Many methods are preferred in the production of high-entropy alloys, but arc melting, mechanical alloying, pressureless sintering and pressure sintering are the most common ones. The production of high-entropy ceramics, which is a new class based on high-entropy alloys, is a subject that has been studied in recent years. High-entropy ceramics include oxides, borides, carbides, nitrides and silicides. The idea of producing high-entropy metal borides, which is considered a new type of high-entropy materials and a new class of ultra-high-temperature ceramics, also has been emerged in 2016. High-entropy diboride ceramics have a P6/mmm space group and a hexagonal close-packed structure. In this structure, there are metal-boron, boron-boron and metal-metal bonds. It is characterized by superior properties as it contains metallic, ionic and covalent bonds together. High-entropy metal borides have the combination of superior properties of ceramics, such as low density, excellent high temperature strength, high hardness and strength, high wear and corrosion resistances and specific physical (optical, electrical and magnetic) properties. Due to these superior properties, it can be used in aviation, the solar and nuclear energy sectors, cutting edges and microelectronic systems. Many methods are used in the synthesis of high-entropy metal boride ceramics, a material group that has attracted attention recently due to its high thermal stability, improved mechanical properties, high oxidation resistance, and radiation damage tolerance. Mechanical alloying, boro/carbothermal reduction, self-propagating high-temperature synthesis, pressureless sintering, pressure sintering like spark plasma sintering or hot pressing are the main ones. In cases where a single-phase high-entropy diboride structure cannot be obtained, two consequent methods can be used. Mechanical alloying is a powder metallurgical production method and has the advantages of being carried out at room temperature, using cheap starting materials and inexpensive equipment. In the spark plasma sintering method, single-phase structure can be obtained with high temperature and high pressure. Within the scope of this study, HfB2, TiB2, ZrB2, TaB, Mn boride, Cr boride, Mo boride and W boride powders were synthesized by a mechanochemical route and purified by leaching in the lab-scale using the optimum conditions. Boride powders synthesized without any by-products were synthesized from optimum ones. The reproduced powders were blended in an equimolar ratio of consisting three to eight components. The three-component (Hf0.33Ti0.33Zr0.33)B2 medium-entropy alloy was chosen as the main alloy. The selected composition was first synthesized in a planetary ball mill for 30 h, 60 h or 100 h at ball-to-powder weight ratios of 10:1, 20:1 and 30:1. Then, the same composition was milled in a high-energy ball mill at a ball-to-powder weight ratio of 10:1 for 6 h, 10 h, 15 h and 20 h. In the high-energy ball mill, a ball-to-powder weight ratio of 10:1 and a milling time of 6 h were chosen as the optimum conditions. All prepared compositions were synthesized under optimum situation. For the characterization of powder samples, X-ray diffractometry, particle size measurement and density measurement with pycnometer were performed. Single-phase high-entropy diboride could not be obtained after mechanical alloying. The highest density was observed at 7.1379 ± 0.0057 g/cm3 (Hf0.142Ti0.142Zr0.142Mn0.142Cr0.142W0.142 Ta0.142)B2 composition, while the lowest density was observed in the (Ti0.25Zr0.25Mn0.25Cr0.25)B2 compositions at 4.9708 ± 0.005 g/cm3. A single phase high-entropy structure was synthesized by spark plasma sintering after milling. In addition, low intensity (Hf, Zr) oxide phases were observed. Again, secondary phases with low intensity were formed in five different compositions. X-ray diffractometer, scanning electron microscope/energy dispersive spectrometer, hardness measurement with the Vickers method, dry-sliding wear test and density measurement with the Archimedes method were used for characterization of sintered samples. The composition (Hf0.125Ti0.125Zr0.125Mn0.125Cr0.125Mo0.125W0.125 Ta0.125)B2 has the highest density value of 7.4794 ± 0.0065 g/cm3, while the composition (Ti0.25Zr0.25Mn0.25Cr0.25)B2 has the lowest density value of 4.7517 ± 0.0015 g/cm3. When all samples were examined, the hardness values ranged from 17.08 ± 2.32 GPa to 26.74 ± 1.85 GPa. The average hardness value of all samples was calculated at about 24 GPa. (Hf0.125Ti0.125Zr0.125Mn0.125Cr0.125Mo0.125W0.125Ta0.125)B2 has the lowest wear resistance and (Hf0.166Ti0.166Zr0.166Mn0.166Cr0.166Mo0.166)B2 has the highest wear resistance.
Eskişehir Beylikova bastnazit kompleks cevherinin karakterizasyonu ve farklı kalsinasyon koşullarının solvoliç verimine etkisinin incelenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-06-19) Kurtulan Çelik, Çisem ; Sönmez, Şeref M. ; 506191438 ; Malzeme Mühendisliği

Bu çalışma, ülkemizin en önemli zenginliklerinden biri olan ve Eskişehir bölgesinde bulunan bastnazit cevherinden mevcut yöntemler ile kıyaslandığında daha çevreci bir yöntem olan solvometalurji ile nadir toprak elementlerinin (NTE) çözeltiye alınmasında ilk iki adım olan cevherin karakterizasyonu ve maksimum solvoliç veriminin eldesi için optimum kalsinasyon koşullarının belirlenmesini hedeflemektedir. Son dönemde literatürde çalışılan en popüler konular arasında canlı hayata ve cansız çevreye kısa-orta ve uzun vadede kalıcı zarar verebilecek zehirli ve/veya zararlı kimyasalların olası tehlikelerinin önlenmesi, azaltılması ya da alternatiflerinin bulunması yer almaktadır. Solvometalurji, klasik çözümlendirme işleminde yer alan su, asit ve baz kullanımını ortadan kaldıran veya büyük oranda (>%80) azaltan; çözücü olarak su yerine toksik olmayan, biyo-çözünürlüğü yüksek, uygulama şartlarında uçucu olmayan ve geri dönüştürülebilir çevre dostu çözücülerin kullanıldığı yeni bir yöntemdir. Literatürde 2018 yılından bu yana çalışılmaktadır. Bu alanda yapılan çalışmalar incelendiğinde, en çok metal üretimi veya geri kazanımı amaçlı uygulamalar görülmekte, çözücü olarak kullanılan çözeltiler ise iyonik sıvılar -İS- (Ionic Liquids) ve ötektik altı (deep eutectic) sıvılar -ÖAS- olarak iki farklı grupta incelenmektedir. Bahsedilen iki çözücü grubu da literatürde yeni nesil ve çevreci çözücü olarak tanımlanmaktadır. Nadir toprak elementleri (NTE), Avrupa Birliği'nin ilgili komisyonları tarafından belirlenen kritik hammadeler arasında yer almaktadır. Teknolojik metaller olarak tanımlanan NTE'nin çevre, enerji, metalurji, cam, manyetiklik gibi birçok kritik kullanım alanı vardır. Bu elementler çok düşük miktarda kullanılmalarına karşın ürünün performansı ve kalitesini önemli derecede artırmaktadırlar. Çin NTE pazarının çok büyük bir kısmının (%90) sahibi konumundadır. Bu sebepten dolayı NTE en yüksek temin edilme riskine sahip hammaddelerdendir ve alternatif temin yollarının geliştirilmesi gerekmektedir. Avrupa ülkelerinin temel gereksinimlerine ve ileriye dönük önlemlerine göre belirlenen kritik hammaddeler arasında yer alan NTE cevherleri ülkemizde de bulunmaktadır. Ülkemizdeki en önemli NTE kaynağı, Beylikova-Eskişehir'deki "Bastnazit-Fluorit-Barit Yatağı" olarak bilinmekte ve cevher ortalama %3 tenörlü, 4.000.000 ton rezerve sahiptir. NTE'nin birincil hammaddelerden üretilmesinde geleneksel olarak uygulanan üretim adımları sırasıyla cevherin karakterizasyonu, ön zenginleştirme işlemleri, çözümlendirme ve solvent ekstraksiyonudur (SX). Bu çalışmada; Eskişehir Beylikova bastnazit cevherinden alınan örneklerin karakterizasyonu ve maksimum liç koşullarının elde edildiği optimum kalsinasyon koşullarının belirlenmesi üzerine çalışılmıştır. Kalsinasyon deneylerinde, solvoliç verimleri mukayese edilerek optimum şartlar belirlenmiştir. İlk adım olan cevherin karakterizasyonunda, bastnazit cevherinin hangi tane boyut aralığında konsantasyonunun arttığını belirlemek amacı ile cevhere elek analizi uygulanmıştır. Bastnazit cevherinin serbestleşme tane boyutu literatürde 16µm olarak bilinmektedir. Literatürde yer alan bilgiler ile paralel olarak yapılan elek analizi sonuçlarında da NTE'nin 25 µm altı tane boyutunda konsantrasyon değerinin arttığı gözlemlenmiştir. Elek analizi sonrasında her elek aralığından numune alınmış, Endüktif Eşleşmiş Plazma Kütle Spektrometresi (ICP) ve X-Işınları Difraktometresi (XRD) analizlerine tabi tutulmuştur. 25 µm altı tane boyutunda hafif nadir toprak elementlerinin (HANTE) ağırlıkça %12,228, ağır nadir toprak elementlerinin ise 4450.559ppm değerine ulaştığı tespit edilmiştir. İkinci adım olarak cevherin optimum kalsinasyon koşulları belirlenmiştir. Kalsinasyon işlemi uygulanmayan cevherde, NTE liç verimi %11,643'tür. Çözünme verimini arttırmak, cevherdeki florokarbonat yapısını bozmak amacı ile numuneye kalsinasyon işlemi uygulanmıştır. Kalsinasyon deneyleri Box-Behnken deney tasarım yöntemi kullanılarak modellenmiştir. Kalsinasyon deneyleri için belirlenen sıcaklık aralığı literatürde yer alan bastnazit ve monozit cevherinin kalsinasyon sıcaklıkları göz önüne alınarak 400ºC ve 900ºC olarak belirlenmiştir. Tane boyutu olarak da NTE'nin yüksek konsantrasyonda olduğu son üç elek aralığı olan 25 µm altı, 25-40 µm ve 40-180 µm elek aralıkları seçilmiştir. Süre parametresi için geniş bir aralık olan 60dk- 480dk belirlenmiştir. Daha sonrasında herbir numuneye 80°C sıcaklıkta etilen glikol-FeCl3 çözeltisi ile 6 saat solvoliç işlemi uygulanmış, sonuç olarak en yüksek solvoliç verimi 500°C sıcaklığında, 180 dakika kalsinasyon işlemi uygulanmış ve 25 µm altı tane boyutuna sahip numunede %82,671 olarak analiz edilmiştir. Çalışmanın özgün değeri, ülkemiz bastnazit cevherinin karakterizasyonu ve kalsinasyonu üzerine, solvometalurjik çözümlendirme yöntemini de kullanarak, dünyada bu yöntem ile cevherden çalışılan ilk araştırma olmasıdır. Birçok alanda yaygın olarak kullanılan nadir toprak elementlerinin üretimi için bu çalışma daha çevreci bir yöntemin başlangıç aşamasının optimizasyonunu sunmaktadır.
Farklı sac kalıp malzemeleri üzerine elektrospark biriktirme yöntem parametrelerinin araştırılması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-03-04) Demirbilek, Orhan ; Ünlü, Necip ; 506181439 ; Malzeme Mühendisliği

Endüstride ihtiyaç duyulan makine, ekipman ve malzemelerin kullanım alanlarındaki ortaya çıkan hızlı artış, çok daha fazla çeşitte ve adette malzeme üretilmesi ve geliştirilmesini gerekli kılmıştır. Otomotiv endüstrisi başta olmak üzere gıda endüstrisi, beyaz eşya sektörü gibi alanlarda yaygın olarak kullanılan sac metal şekillendirme çok fazla çeşit ve adette parça üretimine olanak sağlar. Sac metal şekillendirmede yassı bir çelik sac malzeme bükme kalıbı, derin çekme kalıbı ve kesme kalıbı gibi bir veya birden fazla kalıba koyularak plastik olarak deforme edilir ve nihai şekle getirilir. Kullanılan kalıp ve ekipmanlarına ait parçaların çalışma prensipleri incelendiğinde büyük çoğunluğunda parçaların genelde yüzeylerinin çalıştığını görmekteyiz. Aktif olarak çalışan yüzeyler diğer bölümlere nazaran daha fazla sürtünme, ısı, korozyon gibi etkilere maruz kalmaktadır. Kullanılan kalıpların yüzey kısımları sürekli olarak sürtünme ve aşınmaya maruz kalırken kalıp dış kısmında böyle bir etkiden söz edilemez. Bu yüzeylerin sürtünme ve aşınma özelliklerinin diğer yüzeylere göre daha iyi olması beklenir. Bunun gibi yüzey özelliklerini geliştirmek, malzeme yüzeyinde istenilen özellikleri kazandırmak için malzeme yüzeyine çeşitli prosesler uygulanmalıdır. Kaplamalar yüzey özellikleri geliştirme yöntemlerinde yaygın olarak tercih edilirler. Kaplamalar, aşırı şartlara maruz kalan makine elemanlarının, kalıp yüzeylerinin güçlendirmenin ve yenilemenin önemli bir yoludur. Kaplamalar, havacılık ve otomotiv endüstrisinden insan vücudundaki küçük biyomedikal cihazlara ve implantlara kadar farklı alanlarda sert ve aşındırıcı ortamlara maruz kalan bir yapının belirli bir parçasına veya tümüne koruma sağlar. İstenilen düzeyde yüzey özelliklerine sahip kaplama elde etmek oldukça zor bir konu olup, kaplama yöntem ve parametrelerinin geliştirilmesine duyulan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Bu yöntemlerden bir tanesi de zorlu ortamlarda kullanılmak üzere metalürjik kaplamalarda en umut verici gelişmelerden biri elektrospark biriktirme (ESD) prosesidir. ESD, esas olarak, bir elektrot malzemesini metal bir alt tabakaya kaynaklamak için kısa süreli, yüksek akımlı elektrik darbeleri kullanan bir darbeli mikro ark kaynak işlemidir. Demir üzerine benzer bir elektrot kullanılarak ark uygulanmış ve bu uygulamanın sonucunda demir yüzeyinin sertliğininin arttığı 1924 yılında keşfedilmiştir. Bu keşif ESD kaplamanın temelini oluşturmakta olup üzerine çalışmalar devam etmektedir. Sac metal şekillendirme kalıplarının imalatında kalıp malzemelerinin seçimi şekillendirilecek parça özelliklerine ve üretim adetlerine göre belirlenmektedir. Karbon çelikleri, küresel grafitli dökme demirler ve takım çelikleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada elektrospark biriktirme yöntemi kullanılarak sac şekillendirme kalıplarında yaygın olarak kullanılan Ck45, 1.2379 ve EN JS 1050 altlık malzemelerinin paslanmaz çelik elektrot ile kaplanması için optimum kaplama parametrelerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Farklı parametrelerde yapılan kaplama işlemi sonucunda elde edilen numunelerin kaplama yüzeyleri incelenmiştir. Oluşan mikroyapılar, optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) ile karakterize edilmiştir. Optimum kaplama parametrelerinin malzeme türüne göre değişkenlik gösterdiği görülmüştür. Artan çıkış gücü ile kaplama kalınlığı genel olarak artmaktadır. Aynı çıkış gücüne sahip malzemelerin farklı frekans değerlerinde de kaplamalar görülmüştür. Optimum kaplama Ck 45 ve 1.2379 malzemeler için %70 çıkış gücü ve 500 Hz de sağlanırken, EN JS 1050 malzemesinde %50 çıkış gücü ve 400 ve 500 Hz de sağlanmıştır. Kaplama kalınlıkları altlık malzemeye göre değişmekte olup yoğun ve kuvvetli bir yapışkan kaplama tabakası elde edilmiştir.
H-BN ilavesinin zirkonya ile toklaştırılmış alumina seramiklerinin mekanik ve biyouyumluluk özellikleri üzerine etkisinin incelenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-03-25) Büyüker Ata, Gökçe ; Karadayı Akın, İpek ; 506191414 ; Malzeme Mühendisliği

Biyoseramikler kimyasal ve mekanik özellikleri sebebi ile kas ve iskelet sistemini etkileyen bozuklukların tedavisinde kullanılmaktadırlar. Seramik ve cam malzemeler tıpta uzun zamandır kullanılmasına rağmen implantasyon uygulamaları için mekanik özellikleri yetersiz kalmıştır. Bu yetersizliğin ana sebebi seramik malzemelerin sahip olduğu düşük kırılma tokluğu değeridir. Düşük kırılma tokluğu uzun vadede yavaş ilerleyen çatlak oluşumunu ve nihai olarak implantın görevini yerine getirememesine, hatta deforme olmuş implantın vücuda zarar vermesine yol açar. Bu sebeple, kompozit yapıların oluşturulması ile bu negatif özelliklerin üstesinden gelinmeye çalışılmaktadır. Alüminyum oksit (Al2O3), yüksek korozyon direnci, yüksek sertlik, kimyasal inertlik, düşük elektriksel ve termal iletkenlik, iyi biyouyumluluk gibi özellikleri sebebiyle çeşitli mühendislik uygulamalarında ve biyomalzeme olarak vücut içinde kullanılmaktadır. Ancak düşük kırılma tokluğu kullanım alanlarını sınırlamaktadır. Bu sorunun giderilmesi amacıyla alüminaya MgO, SiC, ZrB2, ZrO2 gibi mikron altı boyutlardaki ikincil faz partikülleri ilave edilmektedir. Bu ilaveler matrisin tane sınırlarına yerleşerek aşırı tane büyümesini önleyip alüminanın dayanımını arttırırlar. Zirkonyum oksit (ZrO2) esaslı seramikler uzun yıllardır biyomedikal endüstrisinde kullanılan malzemelerdir. Zirkonya seramikleri sıcaklığın etkisi ile allotropik değişim gösterir ve bu değişimler dönüşüm toklaşması mekanizması ile kırılma tokluğunu arttırır. Söz konusu faz dönüşümü sırasında %4-5'lik bir hacim değişimi gerçekleşir ve bu %14-15'lik bir kayma gerilmesi ortaya çıkarır. Bu dönüşüm ilerleyen bir çatlağın çevresinde gerçekleşirse çatlağa karşıt kuvvet oluşturacağından istenen bir sonuç alınır; ancak vücut sıvıları ile temas eden yüzeylerde oluşan çatlak, mikro çatlak oluşumuna ve yüzey pürüzlülüğüne yol açabilir. Zirkonyanın faz dönüşüm mekanizmasını kontrol etmek için zirkonyaya stabilize edici oksitler (MgO, CaO, Y2O3) ilave edilir ve sinterleme sıcaklığı ile oda sıcaklığı arasındaki faz dönüşümü engellenir. Bu oksitler arasında en yaygın olarak kullanılan stabilizatör itriyum oksittir (Y2O3). Sahip oldukları üstün özellikleri bir araya getirilen alümina ve itriyum oksitle stabilize edilmiş zirkonya (YSZ) seramikleri pek çok yapısal uygulamada monolitik alümina ve zirkonya seramiklerine göre tercih edilmektedir. Grafenin bulunması ve bilim dünyasına getirdiği yeniliklerin ilgi görmesi ile iki boyutlu malzemeler üzerine teorik ve deneysel çalışmalar hızlanmıştır. Son zamanlarda değişik karbon kaynaklarının kompozitler için takviye malzemesi olarak kullanımı ile ilgili birçok çalışma yapılmaktadır. Yapılan bu çalışmalar karbon kaynaklarının, Al2O3-YSZ kompozitlerinin kırılma tokluğunu arttırdığını göstermiştir. İki boyutlu hegzagonal bor nitrür (hBN), mekanik ve kimyasal özellikleri açısından grafen ile benzerlik göstermektedir. Bu çalışmada hBN'nin grafene nazaran sahip olduğu daha iyi oksidasyon direnci, işlenebilirlik özellikleri ve matris tozları ile aynı renkte olması sebebi ile bu çalışmada Al2O3-YSZ matrisine farklı oranlarda ilave edilerek yoğunlaşma, mikroyapı, mekanik özellikler ve biyouyumluluk üzerine etkisi araştırılmıştır. Bu çalışmada, spark plazma sinterleme (SPS, 7.40 MK VII, SPS Syntex Inc.) tekniği kullanılarak öncelikle hacimce %20 ve 30 ZrO2 ve %30 YSZ içeren Al2O3-esaslı kompozitler 1350⁰C'de, 40 MPa basınç altında 5 dk bekleme süresi ile üretilmiştir. En iyi yoğunlaşma davranışına ve en yüksek mekanik özelliklere sahip bileşim (%30 YSZ içeren) matris olarak seçilmiştir. Daha sonra, hacimce %30 YSZ içeren bileşime farklı oranlarda hBN (hacimce, %1, 2, 3, 4 ve 5) ilavesi yapılarak bileşimler hazırlanmış ve SPS yöntemi ile 1350⁰C'de, 40 MPa basınç altında 5 dk bekleme süresi ile sinterlenmişlerdir. Sinterleme sonucunda 50 mm çapında, 4 mm yüksekliğinde silindirik numuneler elde edilmiştir. Karakterizasyon çalışmaları kapsamında numunelerin relatif yoğunlukları ve mekanik özellikleri ölçülmüş, sinterleme davranışları belirlenmiş, faz analizleri, mikroyapı karakterizasyonu yapılmış ve biyouyumluluk testleri gerçekleştirilmiştir. İkili kompozitlerin faz analizleri sonucu yapılarında metastabil tetragonal zirkonya kristalleri olduğu gözlenmiştir. Üretilen üçlü kompozitlerde, relatif yoğunluk değerlerinde istatistiksel bir değişime rastlanmamıştır. Sistemde en yüksek relatif yoğunluk, %30 YSZ içeren ve hBN ilavesi olmayan numunede %99,9 olarak ölçülmüştür. Yapılan faz analizlerinde artan hBN oranı ile sinterleme sonrası yapıda görülen monoklinik zirkonya oranı artmaktadır. Vickers sertlik değerlerinde %4 BN katkısına kadar istatiksel bir değişime rastlanmamıştır ancak artan BN miktarı ile düşüş gözlenmiştir. En yüksek kırılma tokluğu %3 BN içeren numunede 7,5 MPa.m1/2 olarak ölçülmüştür. Biyouyumluluk testleri sonucunda hBN katkısının biyouyumluluk özellikleri üzerine olumsuz bir etkisinin olmadığı sonucuna ulaşılmıştır.
Havacılık sektörü için otoklavda üretilen karbon fiber takviyeli epoksi polimer kompozitlerin termal ve mekanik özelliklerine otoklav basıncının etkisi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-10-25) Evirgen, Murat Kalender ; Şeşen, Mustafa Kelami ; 506151435 ; Malzeme Mühendisliği

Kompozit malzeme iki veya daha farklı malzemenin makroskopik olarak birleşimi olarak tanımlanır. Üstün mekanik, termal, elektriksel ve kimyasal özelliklerinin avantajlarının yanı sıra hafif ve yüksek dayanıma sahip olması sebebiyle kompozit malzemeler günümüzde birçok sektörde kullanılmaktadır. Havacılık sektörü de kompozit malzemelerin kullanıldığı başlıca sektörlerden biridir. Matris malzemesi ve takviye elemanı kompozit malzemelerin iki ana yapı elemanıdır. Kompozitler matris malzemelerine göre organik reçine matrisli, metal matrisli, seramik matrisli ve polimer matrisli olarak dörde ayrılmaktadır. Matrislerin görevi takviyeleri form içinde tutmak ve yapıya gelecek yükleri takviyelere aktarmaktır. Takviye malzemeler sürekli ve süreksiz olarak iki sınıfa ayrılır. En çok kullanan takviye malzemeleri, cam fiberler, karbon fiberler ve aramid fiberlerdir. İstenilen özelliklere göre uygun matris ve takviye malzemesi seçilir. Havacılık sektöründe en çok karbon fiber takviyeli epoksi polimer matrisli kompozit malzemeler kullanılmaktadır. Polimer matrisli kompozit üretiminde yalnızca uygun matris takviyesi ve malzemeler seçilmesi tek başına yeterli değildir, aynı zamanda bu malzemelerin üretim yönteminin uygun olması gerekmektedir. Üretim metodunun uygun seçilmesi nihai kompozit malzemeden istenen özellik ve forma sahip olması açısından mutlak önem taşır. Üretilen kompozit malzemelerin mekanik ve fiziksel özellikleri otoklav veya fırında kürlenme parametrelerine büyük oranda bağlıdır. Otoklav kürlemesi için üreticinin tavsiye ettiği kürlenme şeklinde (MRC) belirtilen parametreler şu şekilde sıralanabilir; Kompozit malzemelerin kürlenme süresi, kürlenme sıcaklığı, otoklav basıncı ve vakum basıncıdır. Üretimde meydana gelebilecek kürleme parametre farklılıkları, kompozit malzemelerin mekanik özelliklerini olumsuz etkilemesi ile sonuçlanabilir. Kompozit üretim yöntemlerinden otoklav kalıplama yöntemi ile termoset kompozit malzemeye yüksek ısı ve basınç uygulanarak içerisindeki hava boşluklarını giderilmesi sağlanır. Bu sayede kompozit malzemenin içerisindeki reçine başına düşen fiber oranı arttırılarak malzemenin performansında artış hedeflenir. Bu yöntemin maliyeti yüksek olup, yüksek kalite ürün istendiğinde başvurulan yöntemdir. Günümüzde havacılık yapısal malzemeleri, uzay araçları bu yöntem ile üretilmektedir. Bu çalışmada, reçine malzemesi olarak epoksi emdirilmiş, karbon prepregler olarak anılan, karbon fiberler kullanılmıştır. Karbon takviyeli prepreglerin temiz odada serimi ve farklı basınçlarda otoklav prosesine tabi tutulmaları ile üretilen kompozitlerin ultrasonik görüntülemeler ile, camsı geçiş sıcaklıkları ölçümleri ile, dinamik mekanik analiz (DMA) testleri ile ve katmanlar arası kayma mukavemeti (ILSS) testleri ile kompozit malzemenin termal ve mekanik özelliklerine otoklav basıncının etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Deneylerde kullanılan Kompozit prepreg malzeme Hexcel firması tarafından üretilen M21 reçine sistemli HexPly M21/34%/UD194/IMA-12K isimli tek yönlü (UD) karbon fiber prepreglerdir. Prepregler -18°C sıcaklık koşullarında depolanmaktadır. Kullanılmadan önce soğuk odadan çıkartılarak sıcaklıklarının oda sıcaklığına gelmesi beklenmiştir. Kullanıma uygun malzemeler kesim cihazına alınmıştır. Prepreglerin kesim işlemi için, Bilgisayardan ayarlanmış teknik resime göre plyların GERBER cutter cihazında kesimi yapılmıştır. 300 mm ve 215 mm boyunda 12 adet tekyönlü ply alınmıştır. Serim kalıbı hazırlandıktan sonra kesilen prepreglerin serim işlemi yapılmıştır. Malzemelerin serimden sonra otoklova hazırlanması nem, sıcaklık ve basınç kontrollü temiz odada yapılmıştır. Karbon prepreg hazırlanan tablaya serilmiştir. Serim yapılırken sonra otoklavda sızdırma problemi olmaması için etrafına sealant çekildikten sonra malzeme vakuma alınmıştır. Uygulanan ara vakum değeri 530 mmHg'dir. Hava akışını sağlayacak vakum çıkışları üzerinde bulunan numune otoklav işlemine alınmıştır. Otoklav tam basınca ulaşınca ısıtma işlemi başlatılmıştır. Isıtma ve soğutma hızı dakikada 2,5°C dir. Malzemenin otoklavda kalış süresi 120 dakika ve sıcaklığı 180 °C kadardır. Otoklavda 2,7 ± 0,30 bar ve 6,9 ± 0,30 bar basınçlarda üretim yapılmıştır. Kompozit malzemelerin kesiminde sıcaklık etkisini ortadan kaldırmak için su jeti kullanılmıştır. Ultrasonik C-Tarama Görüntüleme (İletim yoluyla ultrasonik metot) yöntemiyle, kompozit parçanın yüzeyi boyunca ultrasonik dalgaların görece zayıflaması ölçülür. TAI imalatı olan robotik yarı otomatik ultrasonik cihaz kullanılarak Ultrasonik İletim Yöntemi ile Ultrasonik C-Tarama Görüntüsü elde edilerek üretilen malzeme içerisinde hata olup olmadığı gözlenmiştir. Manuel darbe-yankı methodu ile Ultrasonik A-Tarama Görüntüleme yapılmıştır. Referans olarak hata içeren malzeme ile üretilen malzemelerin kontrolü yapılarak görüntüler karşılaştırılmıştır. 2,7 bar basınçta üretilen numunelerde boşluk oluşumu 6,9 bar basınçta üretilen numunelere göre fazla olduğu için ultrasonik hız düşmüştür. Ultrasonik inceleme sonrasında 6,9 bar basınçta üretilen numunenin C-tarama ve A-taramaya göre hata içermediği gözlenmiştir. Üretilen karbon fiber kompozit numunelerin camsı geçiş sıcaklıklarını bulmak amacıyla Dinamik Mekanik Analiz testi EN6032 standardına uygun şekilde DMA Q800 cihazında yapılmıştır. 2,7 bar basınçta üretilen numunelerin Tg değerleri minimum 187,50 °C, maksimum 193,44°C olarak ölçülmüştür. Nem absorpsiyonu, bir epoksi reçinesinin camsı geçiş sıcaklığını (Tg) azaltır. Literatürde de yapılan çalışmaların ışığında, otoklav basıncının düşük olması sebebiyle boşluk oluşumunun engellemesinin yeterli olmadığından katmanların birbirlerine zayıf bağlanmasına neden olarak camsı geçiş sıcaklığının düşük olmasına sebep olmuştur. 6,9 bar basınçta üretilen numunelerin Tg değerleri minimum 195,75 °C, maksimum 205,24 °C olarak ölçülmüştür. Camsı geçiş sıcaklığında önemli bir epoksi özellikleri kaybı meydana geldiğinden çoğu zaman Tg, kompozit malzemenin üst kullanım sıcaklığını tanımlar. Artan otoklav basıncı nem absorbiyonunu azaltacağı ve daha iyi kürlenme sağlayacağı için daha yüksek camsı geçiş sıcaklığı verilerine ulaşılmıştır. DMA testinde 2,7 ± 0,30 barda üretilen kompozit malzemelerin camsı geçiş sıcaklığı Tg ortalama 190,98 °C olarak bulunurken, 6,9 ± 0,30 barda üretilen kompozit malzemelerin Tg değeri ortalama 199,60 °C olarak bulunmuştur. En yüksek Tg değerinin 6,9 barda 205,24 °C olduğu gözlenmiştir. Katmanlar arası kayma mukavemeti (ILSS) testi EN 2563 standardına uygun olacak şekilde 25,4 mm uzunluğunda 6,35 mm genişliğinde beşerli numuneler hazırlanarak Instron 5966 cihazında testler gerçekleştirilmiştir. ILSS testinde her iki basınçta da üçer adet numune alınması ve her numuneden beşer adet değer alınması ile ortalama değerler bulunmuştur. 2,7 bar basınçta üretilen numunelerin katmanlar arası kayma mukavemeti değerleri: 55,18, 59,89, 52,46 MPa olarak kaydedilmiştir. Otoklav basıncının düşük olması, katmanların birbirlerine zayıf bağlanmasına bu sebeple de katmanlar arası kayma mukavemetinin düşük olmasına sebep olmuştur. 6,9 bar basınçta üretilen numunelerin katmanlar arası kayma mukavemeti değerleri: 87,03, 87,60, 89,36 MPa'dır. Kürleme basıncı tabakaların sıkışmasını ve boşluk miktarını doğrudan etkilediği ve reçine akışını ve ILSS'i desteklediği gözlenmiştir Otoklav basıncı arttıkça yapışma miktarı daha fazla olacağından katmanlar arası kayma mukavemeti artmıştır. 2,7 barda üretilen kompozit malzemelerin katmanlar arası kayma mukavemeti ortalama 55,84 MPa olarak bulunurken, 6,9 barda üretilen kompozit malzemelerin katmanlar arası kayma mukavemeti ortalama 88 MPa'dır. En yüksek ILSS değerinin 6,9 barda 89,40 MPa olduğu gözlenmiştir. Buna göre otoklav basıncı arttıkça Tg ve ILSS değerlerinin arttığı gözlenmiştir. Artan Tg değeri ile ILSS değeri arasında korelasyon olduğu söylenebilir. Bu sebeple de malzemenin kullanılabileceği maksimum sıcaklık artmıştır.
Manyetik sıçratma yöntemiyle üretilmiş CRN-BN ince film kaplamaların yapısal ve mekanik özelliklerinin incelenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-06-21) Demiralay, Kaan ; Kazmanlı, Kürşat ; 506201419 ; Malzeme Mühendisliği

Gelişmiş mühendislik malzemelerinin kullanıldığı spesifik uygulama koşulları altında yüksek performans vermesi üzerine çalışmalar sürdürülmektedir. Sürtünme ve aşınma uygulamalarında geçiş metal nitrürleri, bağ yapısı ve elementel özellikleri nedeniyle sert, aşınma ve sıcak korozyon dayanımı yüksek olduğu için yoğun olarak kullanılmaktadır. Özellikle metal kesme ve şekillendirme proseslerinde kullanılan takımlara, otomobil piston ve dişlileri gibi sürtünme ve aşınmaya maruz kalan parçaların yüzeyine FBB yöntemleriyle geçiş metal nitrür ince filmleri biriktirilerek performansları geliştirilmektedir. Ancak CrN ve TiN gibi geleneksel geçiş metal nitrürlerinin sürtünme katsayılarının yüksek olması aşınma uygulamalarında boyut kaybı ve çalışma fonksiyonunun yitirilmesi gibi hatalar oluşturarak kullanım ömrünü azaltmaktadır. Metal nitrürlerin tribolojik ve mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi için farklı özellikteki malzemelerin yer aldığı çok katmanlı kaplamalar uygulanmaktadır. Tribolojik uygulamalarda, çok katmanlı yapıların yük altında aşınma testinde kayma yüzeylerinde sürtünmeye bağlı ısınma ve atmosferle reaksiyonu sonucunda katı yağlayıcı oksitler oluşmaktadır. Bu yapılar sürtünme arayüzeyinde kesme dayanımını azaltarak sürtünme katsayısını düşürmektedir. Özellikle yüksek sıcaklık altında kimyasal bozulma göstermeden, düşük sürtünme katsayısı sağlayan geçiş metallerinin (Mo, Zn, W, V, B) oksitleri katı yağlayıcı olarak kullanılmaktadır. Aynı zamanda karbon, grafit, MoS2 ve hekzagonal bor nitrür gibi malzemeler sahip olduğu kristal yapısı nedeniyle katı yağlayıcı özellik göstermektedir. Bu malzeme türleri geçiş metal nitrürleri ile çok katmanlı olarak tasarlandığında, sert ve aşınma dayanımı yüksek metal nitrür ile alt malzemeye çatlak ilerlemesi sonucu ağır aşınma hasarı oluşumuna neden olan yüzey gerilimlerini azaltan yağlayıcı fazlar sistemde yer aldığında aşınma performanslarının geliştirildiği görülmüştür. Bu çalışmada literatürden farklı olarak, krom ve hekzagonal bor nitrür katotları kullanılarak CrN/BN çok katmanlı ince filmlerin (4-7-11) çift katmanlı olacak şekilde manyetik sıçratma metoduyla üretilmesi, yapısal analizlerinin sağlanması ve tek katmanlı CrN yapısına göre tribolojik özelliklerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Öncelikle CrN/BN tek katmanlı yapıların manyetik sıçratma parametreleri değiştirilerek uygun fazlarda üretimi planlanmıştır. Burada kullanılan alt tabaka sıcaklığı, bias voltajı, katot gücü, gaz basıncı gibi temel parametreler büyüyen filmin morfolojisini ve doğal olarak özelliklerini belirlemektedir. Üretilen filmlerin yapısal analizleri FTIR, Raman, SEM-EDS ve XRD teknikleri ile gerçekleştirilmiştir. En uygun parametreler; proses gazı argon 0.25 Pa ve reaktif gaz azot 0.25 Pa kısmi basınçlarında ve toplam gaz basıncı 0.5 Pa olacak şekilde, doğru akım ve radyo frekansı güç kaynakları 100 W uygulanacak şekilde belirlenmiştir. Bu parametreler ile kaplanan filmlerin XRD ve FTIR analizleri sonucunda, kübik kristalin CrN fazı (JCPDS 65-2899) ve borca zengin bor nitrür yapısı içerisinde h-BN/c-BN ve B2O3 / H3BO3 fazları tespit edilmiştir. Kaplamaların SEM kesit yapıları incelendiğinde, kaplama birikim hızları CrN:22 nm/dk ve BN:1 nm/dk olacak şekilde belirlenmiştir. Bu değerler doğrultusunda toplam kaplama süresi maksimum 2 saat ve toplam film kalınlığı 1 mikrometre olacak şekilde çok katmanlı CrN/BN filmleri tasarlanmıştır. CrN/BN çok katmanlı kaplamalar, çift katman periyotları azalan sırayla Λ= 274 nm, Λ= 269 nm, Λ= 142 nm, Λ= 137 nm ve Λ= 93 nm olarak, 4, 7 ve 11 çift katman içerecek şekilde üretilmiştir. Aynı zamanda karşılaştırma testleri için benzer kalınlıkta tek katman CrN ve BN filmleri de üretilmiştir. Son olarak çift katot çalışırken numune tutucunun 1 rpm hızda sürekli döndürülmesiyle CrN/BN kompozit yapısı üretilmiştir. Üretilen çok katmanlı yapıların XRD ve FTIR/Raman analizleri sonucunda tek katmanlı yapılarla benzer yapısal sonuçlar elde edilmiştir. SEM kesit mikroyapı görüntüsünde, periyodik ve düzenli ayrılmış katmanlı yapı tespit edilmiş, ince kolonsal CrN kristal yapıları ve ince BN katmanı gözlenmiştir. Kaplamaların nanoindentasyon sertlik analizleri, 10 mN yük altında, ilk temas yükü 0.045 mN olacak şekilde 20 mikrometre aralıklarla en az 25 ölçüm olacak şekilde gerçekleştirilmiştir. Nanoindentasyon sertlik analizi sonuçları incelendiğinde, çift katman kalınlığı, Λ=93 nm, CrN/BN kalınlık oranı, R=18 ve çift katman sayısı K=11 olan kaplamada sertlik değeri 18.2 GPa, elastisite modülü ise 210.4 GPa iken, Λ: 137 nm – R: 26 – K:7 olan kaplamada sertlik değeri 18.8 GPa, elastisite modülü ise 247.1 GPa olarak ölçülmüştür. CrN/BN çok katmanlı kaplamalarda katman arayüzeyi ve CrN/BN oranı etkisiyle değişen sonuçlarda, çift katman sayısının 7 ve üzeri olması durumunda mekanik özelliklerde gelişme sağlandığı görülmüştür. Artan arayüzey sayısına bağlı olarak dislokasyon hareketi engellenmekte ve sertlik değeri artmaktadır. Aynı zamanda plastik deformasyon dayanımını gösteren H^3/E^(*2)oranı 0.120 ile en yüksek 11 çift katmanlı kaplamada belirlenmiştir. Bu durum katmanların arayüzeyinin artmasının plastik deformasyon dayanımı ve çatlak saptırma mekanizması üzerinden kırılma tokluğu gelişiminde etkili olduğunu göstermiştir. Kaplamaların karşılıklı aşınma analizleri, 10 mm çapında inert alümina top kullanılarak, 5 cm/s hızla toplam 100 m mesafe alınacak şekilde gerçekleştirilmiştir. Aşınma testleri 22 oC sıcaklık altında ve bağıl nem % 43 olacak şekilde sağlanmıştır. Hertzian temas basıncı hesaplamaları sonucunda 5 N yük uygulanmıştır. İnce filmlerin sürtünme katsayısı – mesafe grafikleri incelendiğinde, Λ: 274 nm (CrN:264 –BN:10) / R:26 – K:4 kaplamasında sürtünme katsayısı değeri 0.61, Λ: 269 nm (CrN:264 –BN:5) / R:52 – K:4 kaplamasında ortalama 0.60 ve Λ: 93 nm (CrN:88 –BN:5) / R:18 – K:11 kaplamasında ise sürtünme katsayısı değeri 0.58 olarak belirlenmiştir. CrN tek katmanlı kaplamanın sürtünme katsayısı 0.32 – 0.38 arasında değişmektedir. Λ: 137 nm (CrN:132 –BN:5) / R:26 – K:7 ince filmde, sürtünme katsayısı ilk 30 m boyunca 0.24 – 0.26 arasında değer vermiş ardından altlığa ulaşılmıştır. Λ: 142 nm (CrN:132–BN:10) / R:13 – K:7 kaplamasında ise, sürtünme katsayısı 100 m boyunca altlığa ulaşılmadan 0.18 – 0.22 arası değer vermiştir. Bu kaplamalarda tek katman CrN 'e oranla daha düşük sürtünme katsayısı elde edilmiştir. Kaplamaların aşınma izi SEM incelemelerinde, genellikle aşınma genişliği 350 mikrometre civarında iken, bu değer Λ: 142 nm (CrN:132–BN:10) / R:13 – K:7 kaplamasında 280 mikrometre seviyelerindedir. Ancak sürtünme katsayısı yüksek olan Λ: 137 nm (CrN:264–BN:10) / R:26 – K:4 kaplamasında bu oran 470 mikrometre olarak ölçülmüştür. EDS analizi elementel dağılım incelendiğinde, kaplamalarda krom ve azot atomları ile birlikte oksijen tespit edilmiştir. Λ: 142 nm (CrN:132–BN:10) / R:13 – K:7 harici tüm kaplamalarda aşınma analizinde alt tabakaya ulaşıldığı için çelik alaşımı altlığa bağlı olarak demir elementi yoğun olarak görülmüştür. Λ: 142 nm (CrN:132–BN:10) / R:13 – K:7 kaplamasında ise yoğun olarak krom ve oksijen elementleri tespit edilmiştir. Profilometre kullanılarak aşınma izinin uç ve orta kısımlarından aşınma alanları hesaplanmış ve buradan Archard eşitliğinden yararlanılarak aşınma oranı belirlenmiştir. Kaplamaların aşınma oranları incelendiğinde, CrN tek katmanlı yapısında aşınma oranı 6,51 x 10-6 mm3/Nm iken, Λ: 137 nm (CrN:132 –BN:5) R:26 – K:7 filmi ise 5,01 x 10-6 mm3/Nm, Λ: 142 nm (CrN:132–BN:10) / R:13 – K:7 kaplaması 0.12 x 10-6 mm3/Nm aşınma oranı sergilemiştir. Kaplamaların düşen sürtünme katsayılarıyla birlikte daha düşük aşınma oranına sahip olduğu ve 7 çift katmanlı yapıların en düşük aşınma hacmine sahip olduğu görülmüştür. Aşınma analizi sonucunda oluşan partiküller Raman analizleri ile incelenerek, oluşan katı oksitlerin yağlayıcılık özellikleri ve kaplamaların aşınma performansına etkileri değerlendirilmiştir. Raman partikül analizleri sonucunda, alt tabakadan gelen hematit piki, borca zengin BN fazının aşınması sonucu B2O3 / H3BO3 yapıları ve CrO2 - Cr2O3 tipi oksit yapıları belirlenmiştir. Sürtünme ve aşınma oranı düşük olan 7 çift katmanlı Λ: 142 nm (CrN:132–BN:10) / R:13 – K:7 ile Λ: 137 nm (CrN:132–BN:5) / R:26 – K:7 kaplamalarında Cr2O3 pikleri baskınken, 4 ve 11 çift katmanlı kaplamalarda CrO2 tipi oksit türünün baskın karakterde olduğu tespit edilmiştir. Aynı zamanda yağlayıcı karakterdeki bor oksit (B2O3) ve borik asit (H3BO3) yapılarının Λ: 142 nm (CrN:132–BN:10) / R:13 – K:7 ile Λ: 137 nm (CrN:132–BN:5) / R:26 – K:7 kaplamalarında daha yoğun oluştuğu tespit edilmiştir. Düşük sürtünme ve aşınma oranı gösteren bu kaplamalarda, borca zengin yapıların oksitlenmesiyle yoğun bor oksit (B2O3) ve borik asit (H3BO3) oluşumu nedeniyle, krom ile bağlanan oksijen içeriği azalmakta ve daha düşük oksijen içerikli Cr2O3 oksitleri oluştuğu şeklinde yorumlanmıştır. Sonuç olarak, CrO2 - Cr2O3 türlerinin ve B2O3 / H3BO3 yapılarının kaplamaların yağlayıcılık özelliklerini belirleyerek, sürtünme ve aşınma dayanımını geliştirdiği değerlendirilmiştir. CrN/BN çok katmanlı kaplamaların aşınma analizi sonucu oluşan partiküllerinin iyonik potansiyel farkları belirlendiğinde, Cr2O3 yapısı iyonik potansiyeli 4.83, CrO2 yapısı iyonik potansiyeli 7.27 ve B2O3 yapısı iyonik potansiyeli 12 olarak oluşmaktadır. Aşınma dayanımı yüksek çıkan : 142 nm (CrN:132–BN:10) / R:13 – K:7 ile Λ: 137 nm (CrN:132–BN:5) / R:26 – K:7 kaplamalarında Cr2O3 formunda oksit oluşumu baskın olup B2O3 – Cr2O3 ikili oksit iyonik potansiyel farkı 7.17 'dir. Aşınma dayanımı düşük gelişen Λ: 274 nm (CrN:264–BN:10) / R:26 – K:4, Λ: 269 nm (CrN:264–BN:5) / R:52 – K:4 ve Λ: 93 nm (CrN:88–BN:5) / R:18 – K:11 kaplamalarında ise CrO2 formunda oksit oluşumu baskın olup B2O3 – CrO2 ikili oksit iyonik potansiyel farkı 4.73 'tür. Sonuç olarak, Λ: 142 nm (CrN:132–BN:10) / R:13 – K:7 ile Λ: 137 nm (CrN:132–BN:5) / R:26 – K:7 kaplamalarında ikili oksitlerin daha yüksek B2O3 – Cr2O3 iyonik potansiyel farkı vermesi sonucu daha düşük sürtünme katsayısı ve buna istinaden düşük aşınma oranı elde edilmiştir.
Nanofabrication of photonic structure for tin-vacancy center in diamond

(Graduate School, 2023-06-21) Ertuğrul, Zeynep Melis ; Kazmanlı, Muhammet Kürşat ; 506181428 ; Materials Engineering

Quantum technology is a method that utilizes photons to encode information, leading to enhanced security. The origins of photonic quantum technologies can be traced back to the fundamental principles of quantum optics, which have long been used as a foundation for exploring concepts in quantum information science. Commercial quantum key distribution (QKD) systems are available, which utilize quantum systems to communicate information and provide enhanced security. Single-photon emitters are essential for many quantum technologies. These quantum technologies have sparked interest in diamond vacancy-impurity defects, crucial for various quantum applications. Diamond is a promising material for creating photonic devices because of its outstanding properties, including a high refractive index of 2.4, a wide band gap of 5.5 eV, a transparency window, and the ability to handle immense power. Diamond defects have demonstrated the potential for quantum emitters, such as the group IV color centers, which include the Si-, Ge-, Sn-, and Pb vacancies. Among them, negative charged Tin -vacancy centers (SnV-) in diamonds show great potential as quantum emitters due to their impressive optical and spin attributes. Single-emitter measurements suggest that the SnV has strong potential for quantum optics and quantum networking applications. Prospering quantum photonic devices at visible wavelengths are obtained by reactive ion beam angled etching in such devices as the diamond angled-etching method. Achievement of ICP-RIE of diamond photonic crystal nanobeams and waveguides is related to the effective type of mask used in electron beam lithography. The performance of the mask depends on its thickness, selectivity, aspect ratio, and sidewall smoothness which impacts the etch profiles and optical performance. Also, the 5 nm Chromium layer before the FOx 25 mask is applied to have the optimum etch profile and optical performance. This thesis explores the characterization, fabrication, and development of a structure consisting of a grating coupler nanobeam waveguide with shallow implanted.
Silisyum altlık üzerine lazer ile aktifleştirilmiş akımsız bakır biriktirme

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-09-23) Ayhan, Sergen Halim ; Kazmanlı, Kürşat ; 506201427 ; Malzeme Mühendisliği

Kaplamalar yüzeyleri korumak, işlevselliği arttırmak veya estetik bir görünüm elde etmek amacıyla kullanılan malzemeleri ve bu malzemelerin üretimini mümkün kılan yöntemler olarak adlandırılır. Otomotiv, havacılık, elektronik gibi birçok endüstriyel alanda yaygın olarak kullanılan kaplamalar, malzemelerin özelliklerinin iyileştirilmesi açısından birçok avantaj sağlamakta ve birçok amaç için kullanılabilmektedir. Kaplamaların temel işlevlerinden biri yüzeylerin korunmasıdır. Kaplama, korozyona ve aşınmaya karşı direnç göstererek malzemenin ömrünü uzatabilir. Servis ömrünü uzatabileceği gibi bakım maliyetlerini de azaltabilir. Bu faydalardan sadece biri amaçlanarak kaplama yapılabilir ancak çoğunlukla birbiriyle kombinasyon halinde uygulanır. Örneğin ısı iletimini önlemek için termal bariyer kaplamalar uygulanabileceği gibi, aynı zamanda altlık malzemenin korozyon direnci de artmaktadır. Ayrıca çevresel bariyer kaplamalar malzemenin yaptığı radyasyonu gölgeleyerek askeri uygulamalarda düşük görünürlük elde edilmesini sağlar. Bu da malzemenin işlevsel hale gelmesinin ve yeni bir ürün ortaya çıkmasının önünü açmaktadır. Yarı iletken endüstrisinin, silikon yüzeylerde bakır biriktirmek üzerine yoğun bir ilgisi bulunmaktadır. Elektronik cihazların üretimi, bakırın silikon yüzeylere doğru ve hassas bir şekilde biriktirilme yeteneğine bağlıdır. Fiziksel buhar biriktirme (PVD) ve kimyasal buhar biriktirme (CVD) gibi kullanılan mevcut prosedürler ve maliyet, tekdüzelik ve karmaşıklık açısından farklı avantajlara sahip iki yaklaşımdır. Silisyum yüzeyinde lazerle aktive edilen akımsız bakır biriktirme, silisyum yüzeylerde bakırın kontrollü olarak biriktirilmesine izin veren yeni bir tekniktir. Gelişmiş özelliklere sahip malzemelerin imalatı için de alternatif bir yoldur. Bu işlem, silisyum yüzey üzerinde bir çözeltiden bakır iyonlarının indirgenmesini indükleyen, silisyum altlık üzerinde lokalize bir sıcaklık artışı oluşturmak için bir lazerin kullanılmasını içerir. Ortaya çıkan bakır biriktirme, yüksek hassasiyet ve doğrulukla modellenebilir, bu da onu mikroelektronik cihazların üretimi için umut verici bir teknik haline getirir. Bu teknik, silikon altlığın yüzeyini seçici olarak değiştirmek için lazer ışınının kullanılmasını içerir. Lazer kaynaklı kimyasal sıvı faz biriktirme, mikrometre ve nanometre ölçeklerinde karmaşık yapıların üretimi için yenilikçi bir yöntemdir. Mikroelektronik ve mikroelektromekanik alanında büyük potansiyele sahip bir teknolojiye sahiptir, yarı iletkenlerin yüzeyindeki metalik yapıların maskesiz üretimini sağlar. İşlem, bir katı malzemenin birikmesine yol açan bir altlık ile öncü çözelti arasında kimyasal bir reaksiyon başlatmak için bir lazer ışınının kullanılmasını içerir. Lazer kaynaklı kimyasal sıvı biriktirme kullanılarak incelenen çeşitli malzemeler arasında yer alan silisyum plaka üzerinde bakır, mikroelektronik uygulamalarının önemi nedeniyle öne çıkar. Silikon altlık üzerine bakır biriktirme tekniği, maskeli litografi tekniği uygulanmadan karmaşık şekilli desenler için iletken bakırın biriktirilmesini sağlar. Paladyum (Pd) gibi yüzey aktivatörleri kullanılmadan otokatalitik akımsız metal biriktirme olan yeni bir olasılık yaratır. Bu çalışmada, bakır desenler açık atmosferde sıvı bir çözelti içerisinde lazer destekli biriktirme yoluyla biriktirilmiştir. Biriktirme deneylerinde Nd:YAG (λ = 1064 nm, darbe/sürekli dalga) lazer kullanılmıştır. Lazer darbe çıkışının davranışını incelemek için lazer modülasyon frekansı, eşdeğer Q-anahtar periyoduyla 2 KHz ila 8 KHz arasında değişmektedir. Q-switch genişlikleri, yüksek tepe gücü elde etmek için Q-switch periyotlarının %80'ine, minimum tepe gücünü elde etmek için %100'e ayarlanmıştır. Sürekli dalga da uygulanmıştır. Temel olarak lazer parametrelerine göre 10 farklı kombinasyon oluşturulmuştur. 10 parametrenin ilk 5'i yüksek tepe gücü-düşük ortalama güç kombinasyonuna sahiptir. 10 parametrenin ikinci 5'i düşük tepe gücü-yüksek ortalama güç kombinasyonuna sahiptir. Birim zamanda yapılan atımların sayısı her 5 parametre içerisinde orantılı olarak artar. Bu parametreler lazer gücünün ve atım sayısının etkilerini incelemek için oluşturulmuştur. Lazer ışınlarının deseni tarama tekrarı 5, 10 ve 20'ye ayarlanmıştır. Silikon altlıklar her 10 lazer parametresi için 5, 10 ve 20 atışa maruz bırakılmıştır. Böylece 30 adet numune elde edilmiştir. Biriktirme işlemi CuSO4 bazlı temel akımsız bakır kaplama çözeltisi ile gerçekleştirilmiştir. 3 farklı atış tekrarından elde edilen 30 farklı numune banyoda 30 ve 60 dakika bekletilmiştir. Tüm bu parametrelerden toplamda 60 adet numune üretilmiştir. Biriken bakır desenleri, biriken bakır desenlerinin kimyasal bileşimi açısından enerji dağılımlı spektrometre (EDS) ile analiz edilmiştir. Süreksizlikler ve morfolojiler gibi mikroyapısal özellikleri analiz etmek için taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Bakır yüzeyde %98'e kadar birikmiştir. Kaplama kalınlıkları 0,5 mikrometreden 15 mikrometreye kadar geniş bir aralıkta elde edilmiştir. Kaplamalara daha geniş bir bakış açısı sağlamak için optik mikroskop analizi yapılmıştır. 60 numunenin tamamı için elektriksel özdirenç ölçülmüştür. Yüzey pürüzlülüğü ve kaplama kalınlığı hakkında bilgi edinmek için iğneli profilometre analizi yapılmıştır. Bu analizler en iyi sonuçları veren setteki 10 numuneye uygulanmıştır.
Synthesis, characterization and biocompatibility tests of magnetic nanoparticles

(Graduate School, 2023-08-10) Azmoudeh, Aysa ; Ağaoğulları, Duygu ; 506191434 ; Material Engineering

Nanotechnology advancements have surged recently in numerous fields, particularly in energy, environmental, electronic, and biological applications. Magnetic nanoparticles (MNPs) are one of the improvements that nanotechnology has brought to these application fields. MNPs are employed in biological, electrical, soil, or water filtration and catalytic applications. MNPs are one of them and are essential for the diagnosis and treatment of cancer. In research such as magnetic resonance imaging (MRI) for cancer diagnosis, like hyperthermia, magnetic nanoparticles are used as contrast agents. Particle sizes, shape, surface characteristics, biocompatibility, magnetic properties, and thermal and chemical stabilities are crucial for using nanomaterials in biomedical applications. Using magnetic nanoparticles will improve the surface area on which the medicine is carried and released because surface area increases as particle size decreases. Additionally, unless encased in protective layers, several iron oxide nanoparticles lose their chemical stability in bodily fluids. The efficiency of imaging applications could suffer from them becoming oxidized and having lower magnetization values. The concept of coating nanoparticles with protective layers has arisen to stop the degradation of magnetic nanoparticles in body fluids and to stop them from losing their magnetic capabilities. These types of materials are referred to as core/shell materials. Different inert materials are coated on the magnetic core to ensure its stability in biological settings. There have been studies on how to surround a metal with its noble metal or oxide to form a passivation layer. Silica and carbon-based (graphene, graphene oxide, etc.) shell materials are frequently chosen coating materials. MNPs and their encapsulations have been created using a variety of production techniques. Solvothermal synthesis could be used to create magnetic nanoparticles like Fe3O4. On the other hand, biocompatible surfaces can be created by encapsulating magnetic nanoparticles in various substances, including graphene. Although too many techniques were explored to encapsulate MNPs in graphene, chemical vapor deposition is one of the more effective ones. In this research, Fe3O4 and Fe3O4@rGO nanoparticles are synthesized by the solvothermal method, and for having high crystallinity and removal of organic compounds, the calcination process is applied by argon gases. Furthermore, encapsulation studies were carried out by feeding these substrates to the chemical vapor deposition (CVD) system and using methane (CH4) and hydrogen (H2) gases. The temperature (950°C), holding times (1 h), system pressures (50 mbar), and gas flow rates (100 mL/min) were investigated as variables. Leaching steps using HF and HCl acid solutions ensure the synthesis of pure powders free of uncoated Fe3O4 and demonstrate the chemical stability of synthesized nanoparticles. According to the magnetic saturation and coercivity values obtained from VSM tests, synthesized Fe3O4@rGO@graphene nanoparticles have soft ferromagnetic properties that demonstrate potential for biomedical and environmental applications. Magnetic saturation and coercivity values of Fe3O4@rGO@graphene were determined as approximately 139 emu/g and 402 Oe. Second, they are functionalized by coating Fe3O4@rGO@graphene core-shell nanoparticles with PMA-POEGMA polymer via Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP). Cytotoxicity tests were carried out to demonstrate the usage of these nanoparticles in biomedicine. These nanoparticles were tested for biocompatibility (biocompatibility on MCF7 cancer cells for up to 48 h). In conclusion, Fe3O4 and Fe3O4@rGO nanoparticles were made via solvothermal synthesis. The calcination procedure is carried out using argon gases to achieve high crystallinity and the elimination of organic contaminants. These substrates were fed into the chemical vapor deposition (CVD) system together with methane (CH4) and hydrogen (H2) gases to conduct encapsulation tests. After leaching by HF and HCl acid solutions, Fe3O4@rGO@graphene nanoparticles are coated with PMA-POEGMA polymer. Then biocompatibilities were carried out to evaluate the materials' potential for biomedical applications (biocompatible up to 48 h on MCF7 cancer cells). The graphene encapsulation investigations are another thesis goal that optimization experiments on multilayer graphene-encapsulated magnetic nanoparticles (Fe3O4@rGO) in the CVD system. This work offers a novel contribution to the literature in terms of analyzing the biocompatibility of the encapsulated products made possible by optimizing the chemical vapor deposition technique. These magnetic nanomaterials, created in core/shell structures under optimal conditions and whose biocompatibility has been demonstrated by cytotoxicity testing, are candidates for biomedical applications.
Toz metalurjisi ile üretilen takım çeliklerinin sıcak daldırma yöntemiyle alüminyum kaplama sonrası yüzey karakterizasyonu

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-09-20) Çalışkan, Anıl ; Baydoğan, Murat ; 506181404 ; Malzeme Mühendisliği

Teknolojinin gelişmesi, üretim adetlerindeki artış, kimyasal bileşimlerine çeşitli alaşım elementleri eklenerek daha mukavemetli hale gelmesi ile çeliklerden de beklenen özellikler artmaktadır. Bu sebeple, imalat ve kalıpçılık sektöründe kullanılan modern takım çeliklerinin yerini toz metalurjisi ile üretilmiş takım çelikleri almaktadır. Geleneksel çelik üretim yöntemi ile kıyaslandığında, toz metalurjisi ile üretilen çeliklerin daha homojen bir mikroyapıya sahip olduğu görülmektedir. Bu avantajın yanı sıra daha yüksek karbür yapıcı elementlerin varlığı da üretilen çeliğin mekanik özelliklerinde çok ciddi bir artışa neden olmaktadır. Isıl işlem sonrası yüksek sertleşebilme özelliği, özellikle sürtünmeli bölgelerde kullanılan geleneksel takım çeliklerine göre toz metalurjisi ile üretilen takım çeliklerinden yapılan parça ve kalıp ömürlerinin ciddi bir şekilde arttırılmasında da yardımcı bir rol oynamaktadır. Toz metalurjisi ile üretilen ASP 2012 kalite soğuk iş takım çeliği, yapısında bulunan güçlü karbür yapıcı elementler ve üretim teknolojisi sayesinde homojen bir mikroyapıya sahiptir. Diğer toz metalurjisi ile üretilmiş çeliklere göre daha yüksek tokluğa sahip olan ASP 2012, özellikle darbe ve yük altında çalışan parçalarda, kesme ve sıvama kalıplarında kullanılmaktadır. ASP 2012 takım çeliğinin diğer modern takım çeliklerine göre bir diğer avantajı ise yüksek sertleşebilme kabiliyetidir. Isıl işlem sonrası sertliği 60 HRC'ye kadar artabilmektedir. Endüstride kullanılan nitrasyon, karbürleme ve borlama gibi diğer yüzey işlemlerine de uygundur. Kimyasal bileşiminde bulunan yüksek karbon ve güçlü karbür yapıcı elementler sayesinde, yüksek aşınma direncine sahip bir diğer toz metalurjisi ile üretilmiş soğuk iş takım çeliği ise ASP 2053'tür. İnce taneli ve homojen bir mikroyapıya sahip olan ASP 2053, yüksek sertliklere ulaşabilmesi sayesinde, özellikle kesici takımlarda kullanılmaktadır. İmalat ve kalıpçılık sektöründe kullanılan bu çeliklerde parça ömründeki iyileşmenin yanı sıra uygulanan kaplama işlemlerinin yeterliliğinin geliştirilmesi ve ekonomik olarak malzemelerden alınan performansın da arttırılması hedeflenmektedir. Bu çalışmada ASP 2012 ve ASP 2053 takım çeliklerine uygulanan sıcak daldırma alüminyum kaplama işlemi sonrasında elde edilen yüzeyin yapısal karakterizasyonu yapılmış ve kaplama tabakasının sertliği ölçülmüştür. Bu tez çalışmasında; toz metalurjisi ile üretilmiş ASP 2012 ve ASP 2053 takım çelikleri kullanılmıştır. Bu takım çelikleri, sıcak daldırma yöntemi ile saf alüminyum ve Al-ağ. %12Si alaşımı ile kaplanarak, iki farklı kimyasal bileşime sahip takım çeliğinin kaplama tabakasının karakterizasyonu yapılmıştır. Diğer alüminyum kaplama işlemleri, termal sprey yöntemi, giydirme yöntemi, elektroliz ile kaplama yöntemi, vakum yöntemi, buhar biriktirme yöntemi ve elektroforez yöntemidir. Bu çalışma kullanılan sıcak daldırma yönteminin seçilmesindeki en önemli kriter ise nispeten kısa işlem sürelerinde kalın ve altlık malzemeye iyi yapışan bir kaplama tabakası elde edilebilmesidir. Sıcak daldırma yöntemi ile kaplama işlemi, sade karbonlu ve alaşımlı çelikler, titanyum alaşımları ve süperalaşımlara uygulanmakta ve bu konudaki akademik çalışmalar halen devam etmektedir. Kaplama işleminde kullanılan kaplama malzemesi, sıcaklık, süre ve altlık malzeme gibi parametreler değiştirilerek geliştirme çalışmaları yapılmaktadır. Endüstride kullanılan diğer kaplama işlemleri ile kıyaslandığında ise alüminyum kaplama işlemi yüksek sertlik ve sürekliliği yüksek bir kaplama bölgesi imkânı sunmaktadır. Özellikle borlama gibi yüksek sıcaklık ihtiyacı bulunan bir kaplamaya göre daha ekonomiktir. Bu tez çalışmasında yapılan kaplama işlemleri, her iki malzeme için de 700 oC sıcaklıkta ergimiş saf alüminyum ya da Al-ağ. %12Si alaşımının bulunduğu grafit pota içerisinde gerçekleştirilmiştir. Kaplama işlemi 3 dakika süreyle yapılmıştır. Bu çalışmada her iki çelik kalitesi için de çeliklerin östenitlenme sıcaklığının altında bir difüzyon tavlaması sıcaklığı belirlenmiştir. ASP 2012 kalite soğuk iş takım çeliği için östenitlenme sıcaklığı 1100 oC iken, ASP 2053 kalite soğuk iş takım çeliği için ise bu değer 1180 oC'dir. Kaplama sıcaklığının bu değerlerden düşük seçilmesinin nedeni, alüminid fazlarındaki Fe ve Al oranlarındaki değişimin belirlenmesidir. Kaplama işlem sonrasında 800 oC'de 1 saat difüzyon tavlama işlemi gerçekleştirilmiştir. Daha sonrasında, tavlama fırınından çıkarılan numuneler oda sıcaklığında soğumaya bırakılmıştır. Kaplama ve difüzyon tavlaması işlemleri tamamlandıktan sonra XRD analizi ile her iki kalite soğuk iş takım çeliğinin yapısal karakterizasyonu yapılmıştır. Numunelerden alınan kesitler incelenerek difüzyon öncesi ve sonrası kaplama tabakasında gözlemlenen faz ve arayüzey değişimleri noktasal ve elementel haritalama EDS analizleriyle değerlendirilmiştir. Optik mikroskop altında kaplanmış̧ ve kaplama işleminden sonra difüzyon tavlaması yapılmış takım çeliklerinde farklı fazlarda yapılar gözlemlenmiş ve bu bölgelerin sertlik deneyleri yapılarak kaplama tabakasının farklı bölgelerinin sertlik değerleri elde edilmiştir.
Wear behaviour analysis of different metals by the finite element method

(Institute of Science And Technology, 2020-06-15) Demir, Canay ; Baydoğan, Murat ; 506171407 ; Materials Engineering ; Materials Engineering

Material losses occur because of the damage caused by friction between materials relatively moving in contact with each other. Wear damage can significantly reduce the life cycle of the materials and can significantly affect their operating performance. To prevent or minimize this damage, wear mechanisms of material and material pairs must be determined under certain service conditions. Accordingly, wear testing and wear prediction have gained great importance. Wear is a very common type of damage in systems operating in motion. Wear can take place with more than one different mechanism. These are mainly classified as adhesive wear, abrasive wear, fatigue wear and corrosive wear. There are many factors that affect the wear phenomenon: crystal lattice structure, hardness, elasticity modulus, work-hardening, plastic deformation behavior, surface roughness of the materials etc. and they depend on the properties of materials. Additionally, the service or ambient conditions (temperature, humidity, etc.) very effective for the wear behavior. In order to minimize wear damage, wear behavior must be carefully examined. However, the most common is the method of determining the friction coefficient by the wear of the pin or ball, which is constantly under a certain force on the rotating disk with the pin-on-disk assembly, or vice versa. With this method, the wear loss is determined by measuring the wear traces on the wear disc or pin / ball. This experiment can be carried out under different loads, at different sliding speeds and distances, even at different temperatures. In all cases, it may not be possible to access all materials or wear surfaces can be complex geometries. In such cases, it is possible to obtain an approach to experimental results in cases where it is not possible to experiment using the Finite Element Method (FEA) as a numerical analysis method. Studies on wear modeling have been developed taking into account the classical wear theory put forward by Archard. In wear analysis using finite element analysis, Archard wear theory is still the most commonly used method today. The aim of this study is to obtain ball-on-disc type wear test results carried out in a laboratory environment via modeling in 3-dimensional in finite element analysis software. In this context, Inconel 718, 316L stainless steel, grey cast iron, spherical graphite cast iron, Zamak, Ti6Al4V, 7075 and 6082 aluminum alloys, AZ91 magnesium alloy and pure copper as metals with different crystal structure, hardness and microstructure have been subjected to wear test against alumina (Al2O3) ball. It is expected to verify that the validity of the finite element model used by comparing the results obtained from these experiments with the 3-dimensional wear model created with ANSYS Workbench and the results obtained by using Archard theory. In this way, it is aimed to make accurate predictions about the results of the wear analysis by using the finite element method. In line with the determination of wear loss in the specified materials, Inconel 718, 316L stainless steel, grey cast iron, spherical graphite cast iron, Ti6Al4V, 7075, AZ91, Zamak, 6082 and pure copper metals were tested under different loads in ball-on-disc wear test configuration. The wear loss is used in Archard`s wear equation to calculate the wear coefficient K and the coefficient of friction is used as an input to the simulation with hardness of material. SEM and Raman spectroscopy analysis of wear tracks were done. Using the 3-dimensional model of the ball-on-disc test setup was used to perform numerical analysis. Results from the numerical analysis were compared to the experimental analysis. There was a good correlation with the results in general. However, relatively higher error values were recorded for some metals like 7075 alloy and grey cast iron. The difference between these results were investigated both experimentally and numerically. First, the simulation is accepting that all surfaces are perfect. Secondly, the contact pressure was calculated as constant during the simulation. However, the in experiments the contact area is changing throughout the sliding thus, the contact pressure is expected to decrease. Furthermore, the contact pressure values calculated at the numerical model is differs from the Hertzian contact theory. Because in simulation assumes that bodies are elastic. Another reason is that oxide formations were found in wear tracks on sliding surfaces. The oxides created lubrication effect for the coefficient of friction of grey cast iron; however, it was kept constant during the simulation. Similarly, the metallic layer formation on the alumina ball against the Ti-6Al-4V resulted to metal-metal wear and the experimental K values was became different than the K value calculated from the Archard's equations. There are any many factors that can be found for accuracy of the simulation. Despite all that, the results were very promising to create a simulation tool for wear analysis of different materials.
Yüksek entropi (HfTiZrTa/Cr)B2 esaslı seramiklerin farklı yöntemler kullanılarak sinterlenmesi ve karakterizasyonu

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-06-01) Aysel, Esin ; Ağaoğulları, Duygu ; 506191411 ; Malzeme Mühendisliği

Son on yıldır, yüksek entropi alaşımları (YEA) adı verilen yeni malzemeler yaratmak üzere, yüksek konsantrasyonlarda çoklu ana elementlerin kombinasyonunu içeren yeni bir alaşım stratejisi ortaya çıkmıştır. Yapılan bazı çalışmalarda, yüksek entropi alaşımlarının, geleneksel alaşımlara göre daha üstün özelliklere sahip olduğu görülmüştür. Yüksek sertlik, yüksek mukavemet ve yüksek aşınma direnci gibi bazı özellikler, YEA'ları bazı kullanım alanları için (termoelektrik, manyetokalorik, süper iletken ve kataliz malzemeleri) çekici kılmaktadır. Ayrıca, YEA'lar, özel ekipmanlara ihtiyaç duyulmadan üç farklı konvansiyonel yol ile üretilebilmektedir. Birincil yöntem, ark ergitme, elektrik dirençli eriyik katılaştırma ve lazerle tasarlanmış net şekillendirmeyi içeren sıvı hal sentezi; İkincil yöntem, mekanik alaşımlama, yüksek enerjili bilyalı öğütme ve spark plazma sinterleme dahil olmak üzere katı hal sentezi; son olarak da plazma püskürtme işlemi, termal püskürtme ve magnetron püskürtme dahil olmak üzere gaz fazdan sentezdir. Yüksek entropi alaşımlarını sentezlemek popüler olmasına rağmen, çok yüksek işlem sıcaklığı gerektirir. Ayrıca, bu üretim esas olarak homojen hale getirmek için kapsamlı ısıl işlem gerektiren dendrit mikroyapısına yol açar. Yüksek entropi alaşımlar, bulk halinde oksitler, borürler, karbürler, nitrürler, silisitler ve florürler olarak sentezlenebilmektedir. Yüksek entropi metal borürleri, seramiklerin düşük yoğunluk, mükemmel yüksek sıcaklık mukavemeti, yüksek aşınma ve korozyon direnci ve spesifik fiziksel (optik, elektriksel ve manyetik) özellikler gibi üstün özelliklerinin kombinasyonuna sahip olabilmektedir ve bu özellikler yüksek entropi borürlerine geniş bir yelpazede kullanım potansiyeli (havacılık, güneş enerjisi sektörü, nükleer reaktörler, kesici uçlar, metalurji sektörü, mikroelektronik, vs.) sağlamaktadır. Yayınlanmış literatürde, yüksek entropi borür tozları, çoğunlukla parçacık boyutunu düşürmek ve yüksek entropi borürlü seramiklerin düşük sıcaklıkta yoğunlaşmasını hedeflemek için yüksek enerjili bilyalı öğütme (HEBM) yoluyla mekanik olarak alaşımlandırılarak elde edilmiştir. Bu çalışmada, (HfTiZrTa/Cr)B2 bazlı yüksek entropi borür seramiklerinin elde edilmesi için, ilk olarak hibritleştilecek olan borür tozları ucuz oksit hammaddelerinden hareketle yerli bor oksit ve magnezyum redüktan varlığında, oda sıcaklığında mekanokimyasal sentezleme ve takibindeki liç işlemi ile saflaştırma yöntemleri kullanılarak HfB2, ZrB2, TiB2, TaB-TaB2, CrB-CrB2-Cr3B4 tozlarının sentezi gerçekleştirilmiştir. Bu temel kompozisyona ilaveten, W-B, Mo-B, Mn-B tozları da optimum koşullarda aynı metot kullanılarak üretilmiştir. Tozların sentezlenmesinde çelik kap ve bilyalar kullanılmış, bilya/toz ağırlık oranı 10/1 oranı olarak seçilmiştir. Liç sonrası elde edilen tozların faz ve morfoloji karakterizasyonu X-ışınları difraktometresi (XRD) ve partikül boyut analizi ile gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, sentezlenen tozların yoğunluk ölçümleri de piknometre ile yapılmıştır. Elde edilen bu tozlar daha sonra eş molar olacak şekilde harmanlanıp tungsten karbür kap ve bilyalar kullanılarak yine bilya-toz ağırlık oranı 10:1 seçilip, 6 sa bouyunca öğütülerek hibrit hale getirilmiş, basınçsız sinterleme ve spark plazma sinterleme (SPS) yöntemleri ile sinterlenerek bulk hale getirilmiştir. Elde edilen sinter bünyelerde, faz karakterizasyonu için X-ışınları difraktometresi, taramalı elektron mikroskobu/enerji dağılımlı spektroskobu (SEM/EDS) kullanılmıştır. İlaveten Vickers sertlik testi, aşınma testi ile profilometre ölçümleri, ve Arşimet yöntemi kullanılarak yoğunluk ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Mekanokimyasal yöntemle hibrit hale getirilen (HfTiZrTa/Cr)B2 esaslı tozların partikül boyutları lazer kırınım teknikleri ile analiz edilmiş ve öğütme işlemi nedeniyle tozların partikül boyutunun azaldığı görülmüştür. Toz morfolojisi, elementel kompozisyon ve dağılım, taramalı elektron mikroskobu / enerji dağılımlı spektrometre (SEM / EDS) ile karakterize edilmiştir. Son olarak, öğütülmüş tozların yoğunluğu He gaz piknometresi ile ölçülmüştür. Bu hibrit tozlar daha sonra 1650 ̊C de atmosfer kontrollü fırınında basınçsız olarak sinterlenmiş, X-ışınları difraktometresi karakterizasyonu yapıldığında tek faz olacak şekilde elde edilemediği görülmüştür. Farklı bir yöntem kullanılarak tek faz olacak şekilde sentezlenmek istenen yüksek entropi borürleri, SPS yöntemi ile 2000 ̊C'de sinterlenerek bulk halde elde edilebilmiştir. Bu bulk numunelere taramalı elektron mikroskobu / enerji dağılımlı spektrometre (SEM / EDS) analizi yapılmıştır. Daha sonra Arşimet prensibi ile yoğunluk ölçümleri gerçekleştirilmiş, SPS ile üretilmiş numunelerde yoğunluğu en yüksek numunenin 8,4788 g/cm3 yoğunluk değerine sahip olduğu görülmüştür. Bu numunelere Vickers sertlik analizi yapılmıştır ve en yüksek sertlik değerine sahip olan SPS numunesinin 22,25 ± 1,31 GPa değerinde olduğu bulunmuştur. Bu değerlerin literatür ile karşılaştırıldığında uyumlu olduğu görülmüştür. En son olarak da sinter numunelerin aşınma karakterlerini incelemek için WC bilyalar ile bilya-disk tipi aşınma testi uygulanmıştır. Aşınma testi sonucunda aşınma özellikleri yüzey profilometresi yardımıyla ölçülen aşınma hacmi kaybından hesaplanmıştır ve aşınma izi optik mikroskop cihazı ile incelenmiştir.
Yüksek frekans kaynak metodu ile kaynak yapılan boruların farklı standartlarda çelikler kullanılarak karakterizasyonu

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-06-11) Kılıç, Sarp ; Açma, Mahmut Ercan ; 506141442 ; Malzeme Mühendisliği

Günümüz demir çelik sektöründe önemli yer tutan çelik boru üretimi, yıllar geçmesine rağmen sektör içindeki payı artmaktadır. Çelik malzemenin gerek mekanik özellikleri gerek fiyat/performans oranının yüksek olmasından ötürü müşterilerin tercihi olmaktadır. Demir çelik sektörü dışında büyük bir kullanıma sahip sektör ise Otomotiv sektörüdür. Çelik borular araçların birçok kısmında gerek konstrüksiyon gerekse sıvı/gaz taşınmasında kullanılmaktadır. Çelik borular, sanayide geniş bir kullanım alanına sahip olan önemli bir malzemedir. İnşaat, petrol ve doğalgaz endüstrilerinde sıkça kullanılan borular, sıvıların ve gazların taşınmasında hayati bir rol oynar. Özellikle petrol ve doğalgaz boru hatları, enerji nakliyesi için vazgeçilmezdir. Bunun yanı sıra, kimya endüstrisinde de kimyasal maddelerin taşınması ve işlenmesinde kullanılırlar. Boruların esnek ve dayanıklı yapısı, çeşitli sıcaklık ve basınç koşullarına uyum sağlayabilme özellikleri, onları endüstriyel süreçlerde güvenilir bir seçenek haline getirir. Ayrıca, boruların kolaylıkla montajı ve bakımı yapılabilmesi, endüstriyel tesislerde iş verimliliğini arttırır. Dolayısıyla, borular sanayide hem malzeme taşıma hem de işleme süreçlerinde kritik bir rol oynarlar ve modern endüstrinin temel yapı taşlarından birini oluştururlar. 1960'lı yıllarda "Electric Resistance Welding (ERW)" yöntemi, yüksek frekanslı alternatif olarak ortaya çıkmıştır. Kullanılmaya başlanmasıyla birlikte, özellikle boru ve profil üretiminde yaygın olarak tercih edilen bir üretim metoduna dönüşmüştür. Yüksek frekans kaynak prosesi, alternatif akımın 200 kHz ile 500 kHz aralığında uygulanması ve bu sayede kaynak bölgesine ısı enerjisi aktarılması prensibine göre çalışmaktadır. Bu kaynak metodunda basınç ve ısı aynı anda uygulanır. Borunun ek yerlerinde oluşturulan ısı ile borunun birleşme yüzeyi ergitilerek kaynak yapılması sağlanır. Bu kaynak işleminde önemli kazanımlardan biri de, kaynak sırasında ayrıca ek dolgu teli ya da kaynak elektrotu kullanılmamasıdır. Diğer kaynak teknolojilerinden en önemli farklılık ise şekil veren sistem ile kaynak işlemi için gerekli ısıyı boruya aktaran sistemlerin farklı bağımsız sistemlerdir. Ve kaynak hızı diğer metodlara göre nispeten daha yüksektir. Bu nedenle çok daha önemli yanı ise uygulama ve üretim maliyetleri kapsamında sağladığı avantajlardır. Deneysel çalışmalar kapsamında ulusalararası standartlara göre üretilen farklı çeliklerden üretilmiş boruların 4 farklı hızda yapılmış kaynaklarının kaynak bölgelerinin mekanik, kimyasal, metalografik incelemeleri yapılmıştır. Yapılan çalışmada hız-standart tercih matrisi çizilmiştir. Standartlarda üretim için hangi hızın daha optimum olduğu belirlenmiştir.

Gözat

Başlık ile LEE- Malzeme Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri