Alümina-geçiş Metali İkili Sistemlerin Zırh Malzemesi Olarak İncelenmesi

Abstract

Alümina hafifliği ve üstün özellikleriyle, özellikle yüksek sıcaklık fırınlarında geniş çapta kullanılmaktadır. Bunun yanı sıra kesici takım, tekstil endüstrisinde iplik kılavuzu olarak ayrıca elektronik endüstrisinde, zırh yapımında, tıpta implant uygulamalarında ve protezlerde kullanılmaktadır. Ergime noktası 2000 ± 30 °C olan alüminyum oksit, düşük sıcaklıklarda kimyasal maddelere ve mekanik yüklere karşı en dayanıklı malzemelerden birisidir. Bu çalışmada, alüminanın üstün özelliklerinden yararlanılarak, düşük özelliklerini iyileştirmek amacıyla geçiş metalleri ile ikili sistem oluşturması hedeflenmiştir. Bu sistemin günümüz teknolojisinde kullanımını arttırmak, özellikle savunma sanayinde zırh malzemesi olarak uygulanması istenmiştir. Bunun için toz halindeki alümina; kobalt, nikel, molibden gibi geçiş metalleriyle yitrium oksit, PVA yardımıyla yaş öğütmede polimer kaplarda zirkon bilyalarla 30 saat öğütme işlemi yapılmıştır. Elde edilen tozlar eksenel presler yardımıyla pelet, çubuk ve plaka haline getirilerek mekanik testlerdeki dayanımı ve de numunelerin karakterizasyonu yapılmıştır. Mekanik test olarak, basma, 3 nokta eğme, kırılma tokluğu ve en önemlisi zırh malzemesi uygunluğu için balistik test yapılmıştır. Elde edilen sonuçların irdelenmesi için X ışınları ile yapılan faz analizleri (XRD), optik mikroskop (OM), taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizleri yapılmıştır. Bu çalışmanın sonunda, alüminaya nikel, kobalt ve molibden katkılarının malzemenin özelliklerini iyileştirdiği ve özellikle nikel - kobalt katkısının zırh malzemesi kullanımı için en cazip seçim olduğu tespit edilmiştir. Sonuç olarak, katkılar alüminanın mekanik özelliklerini olumlu yönde etkilemiştir.

Alumina is widely used in cutting tools, textile and electronic industries, medical applications, armor materials, especially high-temperature furnaces with its light-weight and superior characteristics. Aluminum oxide’s melting temperature is 2000 ± 30 °C and it is one of the most durable materials to chemicals and mechanical forces. In this work, alumina–transition metal binary systems have been investigated and developed for possible armor applications. High energy planetary ball mill with zirconium (YZP) balls having diameters were employed to produce the alumina based system. The rotational velocity of the mill was 300 rpm. The ball to powder weight ratio was 7:1. Alumina and metals powders were milled for 30 hours until steady-state conditions were achieved. After milling process, alumina based powders were pressed using a pressure of 400 MPa, followed by sintering at 1600°C for 2 hours. After that, mechanical tests such as hardness, compression, 3-point bending, ballistic were carried on the sintered samples. After experimental procedures, XRD, SEM and optical microscope characterizations were performed on sintered samples. At the end of this study, metallic additives such as nickel, cobalt and molybdenum improved the properties of alumina, and especially nickel - cobalt dual contribution has been found as the most attractive preference for the use of armor material. As a result, metallic additives have a positive effect on the mechanical properties of alumina.