Theses supervised by Doç. Dr. Erhan Ayas
11 theses · Anadolu University, Eskişehir Technical Üniversity
Lantanit katkısı yapılan doğal florapatitin lüminesans özelliklerinin incelenmesi
Doğal apatitlerin floresans olduğu bilinmektedir. Son yıllarda 𝐿𝑛3+ katkılı apatitler üzerinde oldukça fazla çalışma yapılmıştır. Bu çalışmada ise doğal florapatit yapısına katkılanan lantanit iyonlarının (𝐶𝑎10(𝑃𝑂4)6𝐹2:𝑥𝐿𝑛3+) ikameleri ve lüminesans özellikleri incelenmiştir. Bu inceleme sinterleme sıcaklığının, katkı miktarının ve farklı katyon yarıçaplarının etkisi olmak üzere üç farklı açıdan yapılmıştır. Lantanit katkılı florapatitlerin ikameleri ve lüminesans özellikleri XRD, SEM, FTIR ve PL analizleri ile araştırılmıştır. 1100°C, 1150°C ve 1200°C'de sinterlenen 𝐸𝑢3+ katkılı florapatitin sinterleme sıcaklığı arttıkça lüminesans özelliğinin de arttığı gözlenmiştir. Katkı miktarı ve farklı katyon yarıçaplarının incelendiği numuneler 1150°C'de sinterlenmiştir. Florapatit içine katkılanan 𝐸𝑢2𝑂3 miktarı arttıkça 𝐸𝑢3+ iyonlarının kalsiyum bölgelerine difüzyonunun ve lüminesans özelliğinin arttığı görülmüştür. Farklı katyon yarıçaplarına sahip 𝐸𝑢3+,𝑆𝑚3+,𝐷𝑦3+,𝐶𝑒3+ 𝑣𝑒 𝐿𝑢3+ iyonlarından sadece yarıçapları kalsiyuma yakın olan 𝐸𝑢3+ 𝑣𝑒 𝑆𝑚3+ iyonlarının florapatit yapısına girerken 𝐷𝑦3+,𝐶𝑒3+ 𝑣𝑒 𝐿𝑢3+ iyonları yapıya girememiştir.
Yüksek entropili alaşım matrisli kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Yüksek entropili alaşımlar keşfedildikleri yıldan günümüze çok sayıda araştırmacı ve bilim insanları tarafından araştırılmış çok bileşenli alaşım sistemleridir. Geleneksel alaşım sistemlerine göre sahip oldukları birçok mükemmel özellik sayesinde bu alaşımlar hızla gelişmektedir. Tez çalışması kapsamında yüksek entropili alaşımların kompozit olarak değerlendirilmesi üzerine çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Matris fazı olarak CoCrFeNi esaslı yüksek entropili alaşım ve takviye fazı olarak da en sert iki seramik faz olan B4C ve c-BN tercih edilmiştir. Takviye fazların oranı ağırlıkça %3, %5, %10 olacak şekilde kompozitler üretilmiştir. Kompozit numunelerin üretiminde toz metalürjisi yöntemleri kullanılmıştır. Sinterleme işlemi Spark Plazma Sinterlemesi tekniği ile c-BN takviyeli kompozitler için 1000°C'de, B4C takviyeli numuneler için 900°C'de 10 kN yük altında gerçekleştirilmiş ve üretilen kompozitlerin yoğunlaşma ve mikroyapısal gelişimleri ayrıntılı olarak incelenmiştir. Üretilen kompozitlerde takviye fazı ve miktarının; yoğunlaşma, mikroyapısal gelişim, elastik modül, sertlik ve aşınma direnci gibi özellikler üzerindeki etkisi irdelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre takviye oranı arttıkça sertlik değerinin ve aşınma davranışının iyileştiği belirlenmiştir. B4C takviyeli numunelerde B4C fazının matris içerisinde çözünmesi ile birlikte borür ve karbür fazları meydana gelmiş ve Oluşan bu yeni fazların sertlik ve aşınma üzerinde pozitif etkisi olduğu görülmüştür.
Havacılık uygulamalarına yönelik yenilikçi yüksek entropili süperalaşımların tasarımı, üretimi ve karakterizasyonu
Yüksek Entropili Alaşımlar (YEA), geleneksel alaşımlardan farklı olarak en az 5 elementin eşmolar oranda biraraya getirilmesi ile elde edilen, mühendislik tasarımları için faydalı özellikler sergileme potansiyeline sahip çok bileşenli alaşım sistemleridir. Yüksek sıcaklık mukavemeti sergileyen refrakter YEA'lar (RYEA) ise, düşük emisyonlu ve verimli havacılık motorlarının üretimi için süperalaşımlara alternatif bir malzeme olarak kullanım potansiyeli taşımaktadır. Bu tez çalışmasında, detaylı bir literatür araştırması yapılmış ve bugüne kadar çalışılan RYEA'ların üretim koşulları, ikincil işlem parametreleri ve mekanik-metalurjik test sonuçlarını içeren bir veritabanı oluşturulmuştur. Veritabanında yapılan analizler sonucunda Mo, Nb, Ti, W, V ve Zr elementleri ile alaşım tasarımı yapılmasına karar verilmiştir. Termodinamik ve empirik hesaplamalar sonucunda NbTiWVZr ve MoNbTiWV eşmolar RYEA'lar ile Nb22.5Ti22.5W10V22.5Zr22.5 kompleks konsantre alaşımı (KKA) deneysel olarak üretilmiş ve ikincil işlemlerin etkisi de araştırılmıştır. XRD analizlerinde üretilen numunelerin döküm halde hacim merkezli kübik, ısıl işlem sonrası ise bazı kompleks fazlar içerdiği anlaşılmıştır. Alaşımların dentritik bir mikroyapıya sahip olduğu görülmüş, ısıl işlem sonrası dentritler arası bölgelerde Zr segregasyonu saptanmıştır. NbTiWVZr ve Nb22.5Ti22.5W10V22.5Zr22.5 alaşımlarında 600°C sıcaklıklara kadar nikel süperalaşımlara göre daha iyi akma dayanımı (1000-1100 MPa) ölçülmüştür. Alaşımların 800°C sıcaklıkta ise oksitlenme hızının arttığı ve mukavemetlerinin CM247C ve CMSX-4'e göre daha düşük olduğu tespit edilmiştir.
Farklı epoksi türlerinin siyanat ester üzerindeki reolojik ve mekanik özelliklerine etkisi
Bu çalışmanın temel amacı, farklı epoksi çeşitlerinin siyanat esterin kürlenme kinetiklerine, reolojik ve mekanik özelliklerine nasıl etki ettiğinin araştırılmasıdır. İlk olarak, yüksek T_g değerine, üstün mekanik özelliklere sahip PT30 fenol novalak siyanat esteri seçilmiştir ve standart (iki fonksiyonlu) epoksi, bisfenol A epoksi, epoksi fenol novalak ve dört fonksiyonlu epoksi olmak üzere dört farklı epoksi çeşidi seçilmiştir. Seçilen epoksi reçinelerinin siyanat esterin kürlenme reaksiyonunda başka kimyasallara ihtiyaç duymadan, sertleştirici 'hardener'gibi, %90'ların üzerinde kürlenme oranları göstereceği öngörülmüştür. Öncelikle, bu dört farklı epoksi reçinenin siyanat ester üzerindeki reolojik etkileri rotasyonel reometre ile tayin edilmiştir. Vizkozite tayini ile paralel olarak DSC deneyleri yürütülmüş ve elde edilen verilerle birlikte hazırlanan karışımların kinetiği üzerinde durulmuştur. Aynı zamanda DMA deneyleri ile Tg değerleri ölçülmüş ve siyanat esterin yüksek Tg değerlerine nasıl etki ettiği ölçülmüştür
The performance of surface textured SiAlON ceramic cutting tools on turning operation of Inconel 718
In recent studies, it has been observed that wear resulting from friction and high force generation can be effectively controlled by reducing the tool-chip contact area through the application of patterns with varying geometries at the micron and nano-scale on the rake or flank faces of inserts used in manufacturing operations. However, most of these studies have primarily focused on carbide inserts under low cutting speeds, and there has been limited exploration of surface texturing for ceramic inserts capable of withstanding high cutting speeds. This Ph.D. thesis aims to investigate the performance of SiAlON inserts, which are widely utilized for high cutting speeds in machining difficult-to-machine materials like Inconel 718, through surface texturing applied to the rake face. Micro-scale patterns were generated on the rake face of SiAlON inserts using femtosecond and water jet guided laser systems, employing biomimetic approaches such as linear grooves and arc-shaped geometry. The thesis extensively examined the effect of laser parameters on the formation of linear grooves, considering the inherently low fracture toughness values associated with ceramic inserts. Detailed investigations were carried out to optimize the laser parameters accordingly. The performance of the inserts, produced after the optimization of laser parameters, was experimentally and simulatively evaluated using finite element analysis in high-speed turning operations of Inconel 718. Comparative analyses were conducted with non-textured inserts to assess the impact of surface texturing. The results showed that inserts with arc-shaped grooves exhibited better wear resistance compared to non-textured inserts in improving high-speed machining performance, depending on the distance from the cutting edge and cutting conditions. It has been demonstrated that with new designs and lower-cost manufacturing techniques, surface texturing can be applied to ceramic inserts without affecting the final properties and has the potential for industrial use.
Karbon fiber takviyeli seramik matris kompozitlerin geliştirilmesi
3000 °C veya daha yüksek sıcaklıkta ergiyen seramik malzemeler ultra yüksek sıcaklık seramikleri (UHTC) olarak adlandırılırlar. En sık kullanılan UHTC kompozisyonlarından biri ZrB2-SiC'dir. ZrB2-SiC materyali geliştirilse de günümüzde hala birçok engelle karşı karşıyadır. UHTC'lerin hasar toleransını arttırmak için takviye fazı olarak karbon fiberler kullanılmaktadır. Karbon fiber, yaklaşık 3000 °C'nin altında ZrB2-SiC ile termodinamik uyumluluğu, yüksek spesifik mukavemeti ve sertliği nedeniyle bu rol için ilgi çekici bir adaydır. Bu tez, farklı karbon fiber türleri takviyelenmiş UHTC'lerin geliştirilmesi ile ilgilidir. Bu kapsamda üretilen kompozitlerin Arşimet prensibi ile yoğunluk; SEM, EDX ve XRD teknikleri ile faz ve mikroyapısal analizleri gerçekleştirilmiştir ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Öncelikle katkısız ve karbon fiber kumaş takviyeli ZrB2-SiC kompozitleri farklı yöntemlerle üretilmiştir. Bu numunelerde en iyi yoğunluk ve mekanik özelliklerin daldırma yöntemi ile üretilen ve 2100 oC'de çift aşamada sinterlenen malzemeye ait olduğu tespit edilmiştir. Ardından farklı türden karbon fiberlerle takviyelenmiş malzemeler üretilmiş ve bu takviyelerin kompozitlerin kritik parametrelerine etkileri ayrıntılı olarak incelenmiştir. Hem kırpılmış hem de kısa karbon fiber takviyeli numunelerde bağıl yoğunluk ve kırılma tokluğu açısından en iyi sonuçların %10 fiber takviyeli numuneye, elastik modül ve sertlik açısından en iyi sonuçların ise %2,5 fiber takviyeli numuneye ait olduğu tespit edilmiştir. Tezin son bölümünde ise sinterleme yardımcısı olarak nadir toprak oksitleri kullanılarak kompozit malzemeler üretilmiştir. Bu oksitlerin, malzemelerin yoğunluk ve bazı mekanik özelliklerini iyileştirmesine rağmen oksidasyon direncini azalttığı sonucuna ulaşılmıştır.
In-situ synthesis of MAB phases by spark plasma sintering and chemical exfoliation to 2D MBenes
This thesis reports synthesis of MAB phases by SPS and obtaining two-dimensional MBenes by chemical etching of layered MAB phases. Firstly, MoAlB and Cr2AlB2 were synthesized as precursor phases for 2D MoB and CrB, respectively. MoAlB was exfoliated with NaOH at various concentrations or LiF+HCl solution. Cr2AlB2 was delaminated with HCl at various molarities and NaOH. XRD, SEM, and EDS analyzed composition and microstructures of 2D MBene phases. The production parameters of pure and high-density MoAlB (1300℃, 30 MPa, 10 min) were determined. Moreover, the hardness, fracture toughness, and oxidation resistance of MoAlB were improved by Si-doped MoAlB solid solution and SiC-reinforced MoAlB composite. The highest hardness and fracture toughness were obtained in MoAlB-SiC composite with 12.39 GPa and 7.38 MPa.m1/2, respectively. Grain growth in MoAlB was inhibited by SiC reinforcement. Moreover, SiC particles quench crack energy during crack propagation through crack deflection mechanism. Their electrical and thermal conductivities were also investigated for the first time in the literature. The hardness, fracture toughness, and oxidation resistance of MoAlB were also increased with MoWAlB, MoCrAlB, and MoWCrAlB solid solutions. Inhibition of grain growth by solid solution improved the mechanical properties. These behaviors are explained in detail by establishing structure-property relationships. Cr2AlB2 and Cr3AlB4 phases were synthesized by SPS for the first time in the literature. Starting powders, excess Al, temperature, pressure, and dwell time were optimized to determine the optimum parameters for forming Cr2AlB2. For Cr3AlB4, suitable temperature ranges were determined by synthesizing at different temperatures.
Production and characterisation of multicomponent rare-earth oxide ceramics with high entropy
High entropy systems have opened a broad gate to the materials world with their unique and unusual properties. Their uniqueness originates from four core effects: high entropy, sluggish diffusion, severe lattice distortion, and cocktail effect. The developing trend of this new area has led to a unique point of view, such as high entropy rare earth oxides, the main idea of this study. It has become an attraction point of high entropy systems due to the extraordinary outcomes of rare earth oxide combinations with equal or near equal amounts. Seven compositions were synthesized via ball milling with isopropyl alcohol media. Then synthesized powders were first sintered via Spark Plasma Sintering. After structural characterization, the study process fronted to the Arc Melting due to its absence of research in the literature. Single-phase structure expectations were reached via arc melting and annealing for the HEC5 and HEC7 samples according to the XRD and EDX results. In addition to the structural characterizations, mechanical tests were applied to the SPSed and arc-melted-annealed samples. Arc-melted and annealed samples showed glassy properties. So, hardness tests were ineffective in measuring their hardness due to the unclear indentation marks. On the other hand, SPSed samples were tested to measure hardness and density. While the SPSed samples with Y2O3 had high hardness values (HEC7 ~ 811 MPa), the ones with La2O3 had high-density values (HEC3 ~ 95.34%).
Production of mosib alloys by spark plasma sintering method
This study investigates the fabrication of MoSiB alloys, which consist of a three phase mixture: molybdenum solid solution (Moss) and the intermetallic phases Mo3Si (A15), Mo5SiB2 (T2), and Mo5Si3 (T1). The goal is to produce both undoped and SiC whisker-doped compositions using spark plasma sintering (SPS). This process examines the formation of intermetallics and the distribution of whisker-based additives within the microstructure. Powdered samples were mixed using a ball mill and an ultrasonic bath, then sintered at 1600°C under a coaxial pressure of 40 MPa for 30 minutes. This temperature corresponds to the isothermal temperature in the MoSiB phase diagram. Although intermetallic phases formed, the samples did not achieve the theoretical density. The Vickers hardness values ranged from 13.84 to 18.10 GPa, and the fracture toughness values ranged from 1 to 3 MPa·m1/2. The inclusion of SiC whiskers increased the hardness but also resulted in higher porosity. Oxidation and microstructural stability tests were conducted at 1300°C in air, with four cycles of 6 hours each followed by approximately 2 hours of cooling. The results showed that the stability of these samples was comparable to the best values reported in existing literature.
L-PDF ile üretilen Ti6Al4V üzerinde ikincil proseslerin etkileri
This study investigate the effects of various post-processes on materials produced by selective laser melting using Ti6Al4V ELI alloy. The aim of the study is to determine the appropriate production flow for design by extracting the effects of different production processes for aerospace applications and to evaluate the outputs. The process in this study adresses the relationship between microstructure characterization and mechanical test results after annealing heat treatment, hot isostatic pressing (HIP), sand blasting and pickling processes applied after additive manufacturing. The fracture mechanism of the alpha layer determined as the original value of the study and the extraction of mechanical test results have been obtained, which will guide the design evaluation of Ti6Al4V additive production parts. In the experimental process, microstructure characterization, fracture surface examination, hardness measurements, porosity measurement, tensile tests and high cycle fatigue (HCF) tests were performed. The material microstructures, fracture surface defect types, hardness values and tensile tests results of the final processes gave results compatible with literature. At the end of the study, it was concluded that the HIP process is neccesary for parts with critical fatigue strength and that approximately 2 times improvement is observed in material life. While no effect of the alpha layer was observed in the tensile test results, it was revealed that the fatigue strength decreased by 15 percent compared to the annealed material. As a result of the thesis study, a material database serving various conditions for titanium additive parts was also created.
Synthesis and characterization of monticellite (CaMgSiO4) based bioactive ceramic powders obtained from boron derivative waste
In this thesis, the presenting of a novel approach in a cost-effective and environmentally friendly way for the synthesis of monticellite based bioactive ceramic powders from boron derivative waste was intended. The aims of the study are the solidstate synthesis of monticellite based ceramic powders from boron derivative waste, the investigation of the effect of particle size on bone-like apatite formation ability of monticellite based ceramic powders and the determination of the cytotoxicity of monticellite based ceramic powder. Also, the phase transformation mechanism of boron derivative waste was investigated during systematic heat-treatments and monticellite phase could be formed at 650°C. The most stable monticellite based ceramic powder was synthesized at 800°C for 4 h (SP-800°C-4h) and its ball-milling time was optimized. Following to immersion of wafers composed of crushed SP-800°C-4h and ball-milled SP-800°C-4h for 2 h in Lac-SBF for 7 days, the obtained results showed that monticellite based ceramic powders have bone-like apatite formation ability and it is improved by the particle size reduction. The cytotoxicity of monticellite based ceramic powder, comprising monticellite, akermanite, diopside and calcium magnesium borate phases, on different mammalian cell lines (3T3-L1, HUVEC, CRL-2120) was determined by in vitro assays of MTT, NRU and JC-1 staining at the concentrations of 10, 50, 100, 200, 400, 500 and 800 μg/ mL. The results indicated the biocompatible characteristic of monticellite based ceramic powder at the concentration range of 10 - 200 μg/ mL.