Al/AlB2 kompozit malzemelerin sürtünme ve aşınma davranışlarının incelenmesi

Bu çalışmada, yerinde reaksiyonla üretilen Al/AlB2 kompozit malzeme, ikincil olarak sıkıştırma döküm işlemine tabi tutularak % 5, 10, 20 ve 30 takviye fazı oranlarında kompozit numuneler üretilmiştir. Matriks malzeme olarak ETİAL 8 alüminyum kullanılmıştır. Taramalı Elektron Mikroskobu (TEM) ile yapılan mikro yapı incelemesinde, AlB2 takviye fazının alüminyum matriks içerisinde homojen bir dağılım sergilediği tespit edilmiştir. Üretilen kompozit malzemelere sertlik ve yoğunluk testlerinin yanı sıra aşınma testleri uygulanmıştır.Aşınma testleri pim-disk aşınma cihazında ASTM G99-95 standardına göre kuru kaymalı şartlarda gerçekleştirilmiştir. Deneyler esnasında sıcaklık ve nem miktarı sürekli olarak kontrol edilmiştir. Matriks malzeme ve kompozit malzemelerin aşınma davranışı 1.83, 3.40, 4.71 m/s kayma hızlarında, 10, 20, 40 N yükleri altında ve 500, 1000, 2000 m kayma mesafesi şartlarında incelenmiştir. Deneylerde kayma mesafesi ve yükün artışıyla birlikte tüm numunelerin aşınma oranlarında artış meydana geldiği kaydedilmiştir. Kayma hızının artışıyla, aşınma yüzeylerinde farklı oksit tabakalarının oluştuğu ve buna bağlı olarak sürtünme katsayısı ve aşınma oranında azalma olduğu gözlenmiştir. AlB2 takviye fazı oranındaki artışın, numunelerin aşınma direncini önemli oranda artırdığı tespit edilmiştir. Numuneler üzerindeki aşınma mekanizmalarının ve yüzey altı bölgede meydana gelen deformasyonların belirlenmesi amacıyla TEM, optik mikroskop ve XRD analizleri yapılmıştır. Analizler sonucunda aşınmış yüzeylerde abrasif, adhesif, delaminasyon ve oksidatif aşınma mekanizmalarının etkin olduğu gözlenmiştir. Düşük kayma hızı ve yük şartlarında daha çok abrasif aşınmanın baskın olduğu, yüksek kayma hızı ve yük şartlarında ise adhesif ve oksidatif aşınmanın etkin olduğu gözlenmiştir. Ayrıca yüksek uygulama yüklerinde aşınma yüzeyinde bir mekanik karışım katmanının oluştuğu gözlenmiştir. Aşınmış yüzeyin alt bölgesinde yük ve hızdaki artışa paralel olarak plastik deformasyon ve çatlak oluşumu tespit edilmiştir.Son olarak in-situ Al/AlB2 kompozit malzemelerin aşınma miktarı sonlu elemanlar metoduna dayalı ABAQUS paket programı kullanılarak modellenmiştir. Modelde Archard ve Sarkar'ın lineer aşınma denklemleri kullanılmıştır. Aşınma modeli, FORTRAN programlama dili kullanılarak tanımlanmıştır. Bu model bir alt program (subroutine) formatında ABAQUS altındaki UMESHMOTION modülünde çalıştırılarak çözümleme yapılmıştır. Sonlu elemanlar modeli ile elde edilen sonuçların deneysel sonuçlara göre % 70 ile % 97 arasında değişen doğruluk oranlarına sahip olduğu belirlenmiştir.