ECAS yöntemiyle üretilmiş Ti-Al esaslı intermetalik kompozit malzemelerin geliştirilmesi

Bu tez çalışmasında, intermetalik (Ti-Al sistemi) fazın yüksek mukavemet ve katılığı, metalik fazın yüksek tokluğu, seramik malzemelerin sertliği gibi iyi ve faydalı özelliklerini kombine edecek şekilde, metalik-intermetalik, metalik-intermetalik-seramik kompozit üretimi hedeflenmiştir. Bu malzeme kombinasyonunu biraraya getirirken Ti-Al faz diyagramına göre hesaplanan sitokiometrik oran değiştirilerek intermetalik (gevrek) TiAl3 fazının yanı sıra, yapıda metalik (sünek) Ti fazının da kalması sağlanmıştır. Geleneksel yöntemlerin aksine bu çalışmada "Elektrik Akım Destekli Sinterleme (ECAS)" tekniği kullanılmıştır. Kısa sürede, zamandan ve enerjiden tasarruf sağlayarak intermetalik üretimine imkan sağlayan bu yöntemde sırasıyla 1000, 1500 ve 2000 Amper akım uygulaması denenmiştir. En az porozite ile üretim hedeflerinin elde edildiği 2000 amper optimum üretim paremetresi olarak belirlenmiştir. Direnç temelli sinterleme uygulamasında; 1,5-2 volt aralığında voltaj uygulanmış, sinterleme işlemi 90 saniye gibi kısa bir sürede tamamlanmıştır. Çalışmada, Ti-Al intermetalik ailesi içinde, düşük yoğunluğu (3,3 g/cm3), yüksek elastik modülü (216 GPa) ve yüksek oksidasyon direnci gibi (1000ºC) özellikleri ile dikkat çeken TiAl3 fazı üretimi hedeflenmiştir. Bu fazın denge diagramına göre sitokiometrik oranını bir miktar sünek faz yapıda kalacak şekilde değiştirerek Ti-TiAl3 in-situ kompoziti elde edilmiştir. Bu malzeme grubuna %5-10 Nb, %2,5-5 B, %5-10 TiB2 hazır ticari tozu takviye edilmiştir. Daha sonra bu takviyeler biraraya getirerek farklı kombinasyonlar ile potansiyel intermetalik mazlemeler üretilmiştir. Ti-Al başlangıç tozlarından hareketle üretilen kompozitlere alternatif olarak hazır ticari TiAl3 tozu ile numune üretimi denenmiş ancak fırın atmosferinde kuvvetli oksitlenme problemi ile numunelerin sağlıklı üretilemediği sonucuna varılmıştır. Metalografik incelemelerde, oldukça yoğun, homojen dağılmış mikro-yapılar gözlenmiş, SEM-EDS analizi ile fazların ağırlıkça yüzdeleri tespit edilmiştir. Bu yöntemde düşük atom numarasına sahip metallerin analizinde kısıtlama olmasına rağmen, X-ray analizleri özellikle B takviyesi ile elde edilen TiB fazının detekte edilmesinde önem taşımıştır. Numunelerin kısa sürede sinterlenmesi sayesinde oksit oluşumu engellenmiş olup, üretilen numunelerin yoğunluk, sertlik, kırılma tokluğu, elastik modül (nano indentasyon), oksidasyon özellikleri bu tez çalışmasında incelenmiştir. Sinterlenen numunelerin yoğunlukları artan takviye elementi yüzdesi ile kısmen azalmıştır. Kırılma tokluğunda 1,6 MPa.m1/2 değerinden ağ.%10 Nb takviyesi ile 5,23 MPa.m1/2 değerine artış sağlanmıştır. Sertlik değerleri için ise en yüksek artış ağ.%5 B takviyesi ile elde edilmiş olup 965 HV'dir. Bunun yanı sıra fazların elastik modül değerleri literatür ile uyumlu olarak sırasıyla Ti, Nb, TiB, TiAl3 için: 100, 190, 107, 350 GPa olarak tespit edilmiştir. Nb, B ve TiB2 takviyesi intermetalik esaslı kompozit malzemede oksidasyon direncinde artış sağlamış, ağ.%5 TiB2 takviyesi, katkısız intermetalik esaslı malzemeye kıyasla aktivasyon enerjisini 70,76 kj/mol'den 129,98 kj/mol değerine yükseltmiştir.