Theses supervised by Dr. Öğr. Üyesi Özkan Eski
10 theses · Kastamonu University
Kendir lifi takviyeli kompozit malzemelerin üretilebilirlik ve dayanım özelliklerinin araştırılması
Günümüzde kompozit malzeme endüstrisi yenilenebilir kaynaklara yönelmekte ve yeni arayışlar içerisine girmektedir. Bundan dolayı elyaf takviyeli kompozitlerin imalatı artmıştır. Gelişmekte olan bir bilim dalı olmasından dolayı havacılık, otomotiv ve denizcilik sektöründe kullanılmaktadır. Kendir lifi doğal lif olarak literatürde yer almaktadır. Doğal lifler ile üretilmiş olan kompozitlere yeşil kompozit denilmektedir. Kompozit malzemeler hafif, ucuz, kolay bakım, montaj ve tamirden dolayı tercih edilmektedir. Kompozit malzemeler, kolay bir yöntem olan el yatırma yöntemiyle bile üretilebilmektedir. Bu tez çalışmasında kullanılan takviye elemanı ile kompozit yapının mukavemetini attırmak amaçlanmıştır. Takviye elemanı olarak kendir lifi kullanılmıştır. Cam ve kevlar elyafı kullanılarak kendir lifinden üretilen numunenin mekanik özelliklerinin arttırılması amaçlanmıştır. Bu çalışmada, matris olarak epoksi reçine, takviye elemanı olarak kendir lifi kullanılmıştır. 0°, 45° ve 60° kendir lifi yönlendirmesi ile üretilmiştir. El ile yatırma yöntemi kullanılarak numunelerin üretimi yapılmıştır. Üç noktalı eğme ve çekme testleri yapılarak mekanik testler yapılmış ve sonuçları incelenmiştir. İçyapı incelemeleri için optik mikroskop görüntüleri incelenmiştir.
Kenevir lifi takviyeli epoksi matrisli kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Bu çalışmada sürdürülebilir doğal lif çeşidi olan kenevir liflerinin, kompozit malzeme üretimlerinde alternatif takviye elemanı olarak kullanılabilme ve farklı açı dizilimlerinin malzeme mukavemet değerlerini değiştirme durumu incelenmiştir. Dokunmamış halde temin edilen kenevir lifleri eşit ebatlarda boyutlandırılarak 20x20 cm'lik hazırlanan kalıp içerisine 90°,60° ve 45° açılarla dizilip, epoksi matris malzemesi ile beslenmesi sağlanmıştır. Toplamda 4 kat olup ve her katı bir önceki katın tersi açı ile serilen numuneler, epoksi matrisle birleştirilip basınç altında sıkıştırılmışlardır. Sıkıştırılma işlemleri biten numuneler bir gün boyunca açık havada sertleşmeye bırakılmışlardır. Kompozit malzeme üretimlerinde yaygın kullanıma sahip olan karbon elyaf lifleri de bu çalışmada kullanılarak kenevir liflerin karbon elyaf ile takviyelendirilmesi sonucu numunelerin sergiledikleri performanslar çalışma içerisinde analiz edilmiştir. Açılar ve serim yöntemleri aynı kalmak koşuluyla karbon elyafın takviye edilmesiyle üretilen sandviç kompozit numuneler, basınç altında preslenmiş ve açık havada sertleşmeye bırakılmışlardır. Bu numunelerin yanında atık kenevir liflerinin değerlendirilmesi bazında 1 cm ve 2 cm şeklinde boyutlandırılan lifler de sadece kenevir lifi ve karbon elyaf kullanılarak aynı yöntemle üretilmişlerdir. Üretilen numunelere üç nokta eğme ve darbe testi yapılmıştır. ASTM D790 standartlarında numuneler elde edilerek eğilme mukavemetleri tespit edilmiş ve mikroskobik görüntüleri elde edilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde 90° kenevir lifi+ karbon elyaf numunesinin diğer numunelerden daha yüksek eğilme mukavemeti değeri sergilediği görülmüştür. Sadece karbon elyaf numunesinin eğilme mukavemet değeri, kenevir takviyeli numuneden düşük çıkmıştır. Atık kenevir liflerinin değerlendirilmesi açısından üretilen numunelerin mukavemet değerlerine bakıldığı zaman kenevir liflerinin boyunun kısalması ve karbon elyaf ile takviyelendirilmesi eğilme mukavemet değerlerinde artışa sebep olmuştur. ASTM D256 standartlarına uygun numuneler üretilerek darbe testleri gerçekleştirilmiştir. Darbe testi sonuçlarına göre 45° açılı numunelerde kırılmaların kayma düzlemi üzerinde gerçekleştiği gözlemlenirken, darbe tokluk değerini en yüksek 90° kenevir lifi+ karbon elyaf numunesinin verdiği görülmüştür.
Bakır matrisli kompozit malzemelerin difüzyon kaynağına gümüşün etkisinin araştırılması
Bu çalışmada, silisyum karbür takviyeli gümüş ilaveli bakır matrisli kompozit malzemeler toz metalurjisi yöntemiyle üretilmiştir. Kompozit malzemelerin üretimi için bakır tozuna hacimce %5 ve %10 SiC takviye edilmiş,15 mm çapında ve 15 mm yüksekliğinde bakır matrisli kompozit malzemeler elde edilmiştir. Her bir numunenin 1,5 mm'lik uç kısımlarına %2, %4 ve %6 oranlarında gümüş tozu eklenerek 600 MPa tek eksenli basınç altında soğuk presleme yöntemi ile preslendikten sonra 850 °C'de 120 dakikada sinterlenmiştir. İşlem sonunda gümüş ilaveli kısımlar birbirlerine temas edecek şekilde 850 °C sıcaklık, 2 MPa basınç ve 30, 60 ve 120 dakika bekleme süreleri kullanılarak Argon atmosferi altında difüzyon kaynak yöntemi ile birleştirilmiştir. Kaynaklı birleştirmelerin, arayüzey dayanımının belirlenebilmesi için üç nokta eğme testi uygulanmıştır. Ayrıca Ag-Cu-SiC kaynaklı birleştirmelerin bağlantı hattı, optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak analiz edilmiştir. Analizlerde, gümüşün varlığını doğrulamak için EDS analizi yapılmıştır. Kaynaklı numunelere yapılan üç nokta eğme testleri sonucunda, artan gümüş oranı ile birlikte eğilme mukavemetinin arttığı belirlenmiştir. Enine kopma dayanımı değerlerinde en iyi sonuç 120 dakika kaynak süresinde %10 SiC takviyeli %6 Ag ilaveli numune de 156,74 MPa olarak ölçülmüştür. Yapılan sertlik ölçümleri sonucunda ilave edilen gümüşün sertlik değerlerini arttırdığı tespit edilmiştir. Kaynak sonrası en yüksek sertlik değeri 120 dakika kaynak yapılmış %10 SiC takviyeli ve hacimce %6 oranında gümüş içeren numunede olduğu belirlenmiştir. Yapıya ilave edilen gümüş oranının artması bağlantı mukavemeti değerlerinde düşük kaynak sürelerinde artan etki göstermiştir. Gümüşün %10 SiC takviye oranındaki etkisinin %5 SiC takviye oranına göre daha etkili bağlantı mukavemeti sağladığı gözlemlenmiştir. En iyi sonuçlar 120 dakika kaynak süresinde kaynak yapılmış %10 SiC takviyeli ve %6 Ag ilaveli numunede elde edilmiştir.
Üretim parameterlerinin bakır matrisli borkarbür takviyeli soğuk preslenmiş ve sinterlenmiş malzemelerde haddeleme işlemi öncesindeki ve sonrasındaki özelliklere etkisinin araştırılması
Bu çalışmada, 40μm parçacık boyutunda ve %99,9 saflıkta bakır tozunun yanı sıra 25μm,43μm ve 90μm parçacık boyutunda ve %97,5 saflıkta B4C takviye tozu kullanılmıştır. Cu/B4C kompozitleri, 40 MPa basınçta soğuk presleme ve argon gazı (Ar) atmosferinde 850°C karıştırma sıcaklığında 90 dakika süreyle sinterleme yoluyla üretilmiştir. Numuneler toz metalurjisi (TM) yöntemi kullanılarak üretilmiştir. B4C toz oranları (ağırlıkça %5, 10, 15) Cu tozu ile birleştirilmiştir. Numunelere farklı sıcaklıklarda (600°C, 700°C, 800°C) ve haddeleme oranlarında (%10, %20, %30, %40) sıcak haddeleme işlemi uygulanmıştır. Tüm numuneler sıcak haddeleme işleminden önce ve sonra değerlendirilmiştir. Daha sonra sonuçlar karşılaştırılmıştır. Üretim faktörlerinin sonuçları nasıl etkilediğini belirlemek amacıyla görüntü almak için optik mikroskop (OM), taramalı elektron mikroskopları (SEM), enerji dağılımlı spektroskopi (EDS), XRD ve EDS haritalama analizi kullanıldı. Optimum mekanik özellikler 25 µm tane boyutunda ve ağırlıkça %5 oranında B4C içeren kompozit yapıda elde edilmiştir. Bu koşullar hem haddelenmiş hem de haddelenmemiş numuneler için farklı sıcaklıklarda (600°C,700°C,800°C) ve haddeleme oranlarında (%10, %20, %30, %40) uygulanmıştır. Bu araştırma, bu konuda yapılan sınırlı sayıdaki araştırmalardan biridir.
Cu-B4C kompozit malzemelerdeki mikroyapı ve mekanik özelliklerinin araştırılması
İnsanlık tarihinin ilk çıkarılan ve işlenen madenlerinden olan bakır, gümüşten sonra en iyi ısıl ve elektrik iletkenliğe sahip ikinci metaldir. Bakır yüksek elektrik ve ısıl iletkenliğe sahip olmasına rağmen, çekme, sertlik v.b. mekanik özelliklerinin düşük olması, bakırın alaşımlandırılmasını, bakır matrisli kompozit malzeme oluşturulmasını veya bazı ısıl işlemlerin uygulanmasını gerekli kılmıştır. Bakır matrisli kompozitlerde takviye malzemesi olarak kullanılan karbürlerden birisi bor karbürdür. Bor karbürün yüksek sertlik, aşınma direnci, düşük yoğunluğu, kimyasal özellikleri, nötron absorbsiyonunun yüksek olması, bakırın olumsuz mekanik özelliklerini iyileştirmede ön plana çıkmaktadır. Bu çalışmada bakır matris içerisine ağırlıkça %2,5; %5; %7,5; %10 B4C ilave edilerek 6500C, 7500C ve 8500C sinterleme sıcaklıklarında kompozit malzemeler üretilmiştir. Üretilen malzemelerin sertlikleri, yoğunlukları, elektriksel iletkenlikleri ölçülmüş, optik ve taramalı elektron (SEM) mikroskoplarında görüntüleri alınmış, EDS analizleri yapılmış ve aşınma testine tabi tutulmuşlardır. Elde edilen sonuçlar neticesinde kompozitlerin sertliklerinin, takviye oranı ve sinterleme sıcaklığı arttıkça arttığını; yoğunluklarının ve gözenek boşluklarının ise takviye oranı ve sinterleme sıcaklığı arttıkça azaldığını; aşınma oranının %7,5 B4C ilavesine kadar arttığını sonrasında ise azaldığını, sıcaklık arttığında ise malzemelerin aşınmaya karşı dayanımının arttığı saptanmıştır.
Aşınmış plazma nozullarının aşınan kısımlarının gümüş içeren lehimlerle doldurularak tekrar kullanılabilirliği
1950'li yıllardan günümüze kadar üst düzey üretim teknolojilerinde kullanılan plazma, maddenin dördüncü hali olarak karşımıza çıkmaktadır. İlk endüstriyel plazma arkı ve kesme torcu 1957 yılında Linde tarafından yapılmıştır.1962 'de James Browning çift gazlı ve ters kutuplamalı plazma ark kaynağının patentini almış ve bu yöntemle alüminyum kaynak uygulamaları yapmıştır. 1978'de NASA'nın uzay mekiklerinin alüminyum kısımlarında plazmayı kullanarak daha iyi neticeler elde etmesiyle yöntem ticari boyutta önemli bir prestij kazanmış ve uygulamaları artmıştır. Madde gaz halindeyken, harici bir kaynak yardımıyla, sürekli enerji verilmeye devam edildiğinde, madde plazma haline geçecek yani iyonlaşacaktır. Bu iyonlar yardımıyla yapılan ısıl kesme işlemine plazma ile kesme denmektedir. Bu işlemi açıklayacak olursak; torç dediğimiz uç parça içerisinde akan gaza enerji verilerek oluşturulacak yüksek sıcaklık ve hızdaki iyonik akımın, bir nozul yardımıyla odaklanarak, pozitif kutup olan malzemeye yönlendirilmesi ve bu yönlendirme sonucunda malzemenin ergiyerek, iyonik akımın jet etkisiyle malzemeden uzaklaştırılması işlemidir. Plazma ile kesme işleminde yüksek ısıya maruz kalan torç içindeki nozulların yüksek miktarda aşınmaya uğramaktadırlar. Yapılan literatür incelemesinde plazma kesme elektrotlarının hafniyum olduğu ve çevresinin bakırdan imal edildiği, ancak meme ömrünün uzatılması amacıyla gümüşten imal edildikleri görülmüştür. Endüstriyel uygulamalarda bazı firmaların hafniyum elektrot çevresinde gümüş kullandığı ve böylece elektrot ömrünü artırdığı bilgisine rastlanmıştır. Ülkemizde plazma kesme işlemi yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Gerek elektrot, gerekse kısıcı memeler ithal edilmekte ve ülkemizden döviz çıkışı olmaktadır. Kısıcı memelerde, meme ağırlığının %1 'i kadar olmayan aşınma düzeylerinde memenin kullanım ömrü bitmektedir. Aşınmaya bağlı olarak kesme kalitesi düşmektedir. Bu çalışmada aşınmış kısıcı memelerin, %2, %20, %40 ve %92,5 gümüş ihtiva eden lehimler kullanılıp doldurularak geri dönüşümünün mümkünlüğü araştırılmıştır. Lehimleme işlemi yeniden aşınma sürecinden sonra yinelenerek tekrar tekrar kullanım sağlanmaya çalışılmıştır. Bu şekilde hem ülke ekonomisine katkıda bulunulması hem de yeni bir iş kolu türetilmesi hedeflenmiştir. Deneylerde Lincoln PC100 Plazma Kesme Cihazı kullanılmıştır. Plazma gazı olarak 5Bar basınç ve 200lt/dak debideki hava kullanılmıştır. 50 Amperde 1m/dak kesme hızında işlem yapılmıştır. Deneylerde 5mm kalınlıktaki 1x1 m ebatlarında yumuşak çelik levhaların kesimi yapılmıştır.Kesme işlemi 1cm'lik bölümlerle yapılmış ve nozul ile elektrodun malzeme kayıpları 1/1000 gr hassasiyetli dijital tartı ile ölçülmüş nozul delikleri fotoğraflanmıştır. Nozulların gümüş ihtiva eden lehimlerle doldurulup tekrar kullanılabilirliği test sonuçlarından elde edilen verilere göre mümkündür.%2 ve %20 gümüş ihtiva eden lehimlerle doldurulan nozullardaki veriler orijinal bakır nozulla kıyaslandığında iyi olmasalar da, %40 ve %92,5 gümüş ihtiva eden lehimlerle doldurulmuş nozullardaki veriler orijinal bakır nozulla eşdeğer hatta yer yer daha iyidir.
Borla alaşımlandırılmış çeliklerde kaynak ısı girdisinin yeniden ısıdan etkilenen bölgedeki iç yapı ve mekanik özelliklere etkisi
Borla alaşımlandırılmış çelikler yüksek akma dayanımı, çentik darbe tokluğu veya aşınmaya dayanıklı sert yapılarından dolayı endüstride kullanımı yaygındır. Bu çelikler düşük karbon eşdeğerliğine sahip olduklarından kaynaklanabilme özellikleri yüksektir. Bu tür çeliklere özelliklerini üretim sırasında ısıl işlem ile kazandırıldığından ve ince taneli çelikler olması itibariyle kaynak işlemi kazandırılmış özellikleri olumsuz yönde etkilemektedir. Özellikle kalın parçaların çok pasolu kaynağında yeniden ısıdan etkilenen bölgedeki mekanik özelliklerin kaybı daha yüksek olacaktır. Bu çalışmadayüksek aşınma dayanımından dolayı abrasif aşınmaya maruz parçaların yapıldığı borla alaşımlandırılmış Dillidur 400 çeliği ve borla alaşımlandırılmış, yüksek akma dayanımına ve tokluğa sahip Weldox 690 çeliği incelenmiştir. Farklı ısı girdileri elde etmek için farklı kaynak hızları seçilmiştir. Kaynak akımı sabit tutulmuş, kaynak ısı girdiği kaynak hızında yapılan değişiklikler ile ayarlanmıştır. Kaynak dikişleri birbirine paralel olarak kör paso şeklinde yapılmıştır. Bir kez ve ikinci kez ısıdan etkilenen bölgelerin iç yapıları, tane sınırlarındaki çökelmeleri ve oluşan sertlikleri incelenmiştir.
TIG/MIG hibrit kaynağının 1050 çeliğinin kaynağında ön tavlama etkisinin araştırılması
1050 çelikleri alaşımsız çelikler olup içerdikleri yüksek oranda karbon miktarından dolayı karbon çelikleri olarak da bilinirler. Sertleşebilirlikleri içerdikleri karbon miktarına paralel olarak artarken toklukları ise karbon miktarı ters orantılı olarak azalmaktadır. 1050 çelikleri yüksek karbon eşdeğerliğinden dolayı kaynak yapılabilmesi için ön tavlama gerektirmektedir. Karbonlu Çeliklerin kaynağında malzemenin karbon içeriği sertleşmeye neden olduğundan dolayı belli bir oranda karbon içeriği kaynakta sorun yaratmamasına rağmen yüksek miktarda karbon ve karbon etkisi yapan alaşımlar kaynak bölgesinin sertleşmesine ve çentik darbe tokluğunun azalmasına neden olmaktadır. Yüksek karbon eşdeğerine sahip malzemelerde soğuma hızının azaltılması sert iç yapı oluşumlarının önlenmesindeki yegane yoldur. 1050 çelikleri yüksek akma dayanımları ve sertliklerinden dolayı endüstride kullanılmaktadır. Bu malzemelerin kaynağında yaklaşık olarak 150-200 C lik ön tavlama tercih edilmektedir. Büyük ebatlı malzemelerin ön tavlama işlemi gerek işlem süresinin uzaması gerekse ısıtma maliyetleri açısından olumsuzluk yaratmaktadır. Bu çalışmada kaynak esnasında ön tavlama gerektiren 1050 çeliği için TİG ve MİG kaynakları birlikte hibrit kaynak metoduyla kullanılacak olup TİG kaynağının bir ısı giridisi ile malzemenin ısıtılması ve kaynak bölgesinde bir ön tavlama yapması durumu incelecektir.
Bakır madenlerinde çalışan işçilerin kanlarındaki bakır konsantrasyonunun araştırılması
Madencilik, ilk çağlardan bu yana en tehlikeli işlerden biri olmuştur. Gerek maden kazaları gerekse madenlerde çalışan işçilerin yakalandıkları meslek hastalıkları neticesinde pek çok madenci hayatını kaybetmiştir. Bu çalışmada bakır madeninde çalışan işçilerin maruziyetleri neticesinde vücutlarındaki ağır metal birikimlerini ve bunu etkileyen faktörleri belirlemek amacıyla yapılmıştır. 2008-2017 yılları arasında bakır madeninde çalışan tüm işçilerin kan tahlillerinde bulunan ağır metalleri ve oranları incelenmiştir. 10 yıllık süreçte yapılan toplam 1621 kan tahlili sonucu tüm çalışanların kanlarındaki bakır oranları incelenmiştir. Maden işçilerinin kanlarındaki bakır miktarı dijital ortamına aktarılarak, yıl, yaş grubu, çalışma süresi, çalışma sahası ve birimi olarak incelenmiştir. Sonuçlar MATLAB 2018 program kullanılarak değerler analiz edilmiştir. Yapılan bu çalışmada, deneyimsiz işçilerde kandaki bakır miktarının Dünya Sağlık Örgütü'nün belirlediği 140 µgr/dL değerini diğer çalışanlara göre daha fazla aştığı tespit edilmiştir. Kandaki bakır oranlarının aynı zamanda 31-40 yaş aralığındaki işçilerde de yükseldiği, bu maruziyet süresine bağlı olabileceği sonucu bulunmuştur. Bu çalışmada ortaya çıkan bir diğer sonuç, yer altı çalışanlarının kanlarındaki bakır birikiminin yer üstünde çalışanlara oranla çok daha yüksek olduğudur. Anahtar Kelimeler: Bakır, ağır metal, Wilson hastalığı, bakır madeni 2019, 71 sayfa Bilim Kodu: 2.069
Difüzyon kaynağı ile birleştirilmiş TM bakır esaslı kompozit malzemelerin mikroyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Bakır, üretim ve tüketimde demir/çelik ve alüminyumdan sonra üçüncü sırada yer alan, başlıca ticari metal gruplarından biridir. Bakır, yüksek termal ve elektrik iletkenliği, plastisitesi, yumuşaklığı ve şekillendirilebilirliği nedeniyle geniş uygulama alanları bulmuştur. Bununla birlikte, saf haldeki bakır, zayıf mukavemet, aşınma ve yorulma direncine sahiptir ve bu nedenle elektrik anahtarlarının kontak terminalleri ve kayar yüzeyler gibi üst düzey uygulamalar için uygun değildir. Metal veya seramik matrislerde karbürlerin kullanımı, aşınmaya dayanıklı malzemelerin üretiminde giderek daha yaygın hale gelmekte ve endüstride önemli bir kullanım payı bulunmaktadır. Bakır bazlı bir kompozit matrisler, B4C, SiC parçacıkları gibi seramiklerle güçlendirilmiştir. B4C, metal matrisli kompozitler (MMK'ler) için takviye olarak kabul edilen düşük yoğunluklu, yüksek mukavemetli, yüksek sertliğe ve yüksek Young modülüne sahip bir seramiktir. Difüzyon kaynak yöntemi (DKY), saf bakırın bu sınırlamalarını aşmıştır. Geçen yüzyılın başında, gerilme kaynaklı veya çatlak oluşumunu önlemek amacıyla konvansiyonel ultra ince taneli malzemeler için geliştirilmiş bir yenilikçi bir hatı hal işlem yöntemidir. DKY, seçici konumlarda mikro yapıyı ve diğer mekanik özellikleri değiştirmek için benzersiz bir işlemdir. Bu araştırmada bakır-borkarbür (Cu+B4C) kompozitlerinin birleştirilmesinde difüzyon kaynağı yöntemi kullanılmıştır. Kompozitler toz metalurjisi (TM) ile üretilmiştir. Cu tozları ağırlıkça %2,5; 5 ve 7,5 bor karbür (B4C) içernğınde. 45 dakika süresince turbulade karıştırılmış, 40 MPa'da ve argon atmosferinde 800°C'de 4 dakika sıcak preslenmiştir. Cu+B4C kompozitleri, 800°C' ve 900°C sıcaklıkta ve 90;120 ve 180 dakika süresince difüzyon kaynağı ile birleştirilmiştir. İçerğınelı Difüzyon kaynağı sırasında 5 ve 8 MPa tek eksenli basınç ugulanmıştır. Kaynak bağlantı bölgeleri taramalı elektron ve optik mikroskop aracıyla inclenmiştir. Elde edilen bağlantılara sertlik , kesme ve enine kopma dayanımı testleri uygulanmıştır. %2,5 ve %5 oranında B4C içeren bakır numunelerde sırasıyla 144 MPa ve 166 MPa değerinde en yüksek dayanım elde edilmiştir.