LEE- Malzeme Mühendisliği-Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 12
-
ÖgeFarklı sac kalıp malzemeleri üzerine elektrospark biriktirme yöntem parametrelerinin araştırılması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-03-04)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.
-
ÖgeManyetik sıçratma yöntemiyle üretilmiş CRN-BN ince film kaplamaların yapısal ve mekanik özelliklerinin incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-06-21)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.
-
ÖgeB4c + Si ilaveli Tzm alaşımlarının spark plazma sinterleme (SPS) yöntemi ile tek adımda üretimi, karakterizasyonu ve oksidasyon direncinin geliştirilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-04-26)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.
-
ÖgeEskişehir Beylikova bastnazit kompleks cevherinin karakterizasyonu ve farklı kalsinasyon koşullarının solvoliç verimine etkisinin incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-06-19)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.
-
ÖgeToz metalurjisi ile üretilen takım çeliklerinin sıcak daldırma yöntemiyle alüminyum kaplama sonrası yüzey karakterizasyonu(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-09-20)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.