In-situ metal matrisli kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu

In-situ metal matrisli kompozitler (MMK) sahip oldukları sünek matris ve sert seramik takviye fazları sebebiyle yüksek aşınma direnci, mukavemet ve sertlik özellikleri göstermektedirler. Bu özellikler MMK'ların havacılık, uzay ve imalat sanayisinde geniş kullanım alanları bulmasını sağlamaktadır. Bu tez çalışması kapsamında Fe-Ti-C, Fe-Ti-B ve Fe-Ti-B-C başlangıç toz karışımları kullanılarak, hacim yanma sentezi (HYS) ile sırasıyla Fe+TiC, Fe+TiB2 ve Fe+TiC+TiB2 in-situ metal matrisli kompozitlerin oluşumu incelenmiştir. Bu kompozitlerin oluşumu için karışımlar vakum indüksiyon fırını (VİF), tungsten inert gaz (TIG) torçu ve tel rezistanslı fırın (TRF) ile ısıtılmıştır. Tüm sistemlerde hacimce %15-90 takviye oranı aralığı incelenmiştir. Her sistemin reaksiyon mekanizmasının daha iyi anlaşılabilmesi için Fe-Ti, Fe-B, Fe-C, Ti-B, Ti-C ve Ti-B-C sistemleri de ayrıca incelenmiştir Sistemlerdeki reaksiyonların Gibbs serbest enerji değişimi ve adyabatik sıcaklık hesaplamaları yapılmıştır. Karakterizasyon için optik mikroskop, SEM incelemeleri, EDS, XRD analizleri, 3-nokta eğme ve mikrosertlik ölçümlerinden faydalanılmıştır. Böylelikle incelenen sistemlerin ateşleme, reaksiyon mekanizması ve farklı ısıtma yöntemlerine göre mikroyapı ve mikrosertlik özellikleri belirlenmiştir. VİF ve TIG numunelerinde HYS ile TiC veya TiB2 takviye partikül oluşumu meydana gelirken, TRF numunelerinde HYS gerçekleşmemiş ve takviye partikül oluşumu sınırlı düzeyde kalmıştır. TRF numunelerinde reaksiyonların tamamlanabilmesi için uygulanan ısıtma sıcaklığı olan 1200oC'den daha yüksek sıcaklıklar gerektiği anlaşılmıştır. Karakterizasyon sonuçlarına göre, Fe-Ti-C sisteminde ateşleme ve Ti-C arasındaki ekzotermik reaksiyonun FeTi+Ti ötektik sıvısı aracılığıyla gerçekleştiği düşünülmüştür. Fe-Ti-B ve Fe-Ti-B-C sistemlerinin ateşleme sıcaklığının Fe-B ve Ti-B sistemlerininki ile benzer olduğu ve bu sistemlerde, Fe-B veya Ti-B arasındaki reaksiyonların ateşlemede etkili olduğu değerlendirilmiştir. Fe-Ti-C sistemindeki %50 ve üzerinde takviye fazı içeren numunelerde C kaybı sebebiyle, TiC oluşumundan artan Ti ile Fe arasında reaksiyon meydana geldiği anlaşılmıştır. Başlangıç C miktarı artırılarak bu numunelerin matrisinin tek faz Fe olması sağlanmıştır. Fe2Ti ve Fe3C'nin, Fe-TiC kompozitlerin oluşumunda gerekli ara ürünler olmadığı gösterilmiştir. Artan takviye fazı ile, tüm sistemlerde kompozitlerin mikrosertliğinin ve oluşan partikül boyutunun arttığı görülmüştür. Mikrosertlik değerleri %30-90 takviye oranı içeren VİF numunelerinde Fe-TiC kompozitleri için ~305-1268 HV0,2, Fe-TiB2 kompozitleri için ~390-2166 HV0,2 ve Fe-TiC-2TiB2 kompozitleri için ~274-2074 HV0,2 aralığında ölçülmüştür. Partikül boyutları ise Fe-TiC ve Fe-TiB2 kompozitlerinde sırasıyla ~0,68µm-3,18µm ve ~0,21-3,37µm aralığında değişmektedir. TIG torçu ile ısıtılarak üretilen numunelerde her iki seride de partikül boyutları VİF numunelerinden büyük olmuştur. Fe-Ti-C ve Fe-Ti-B sistemleri için görece ince taneli partiküllere sahip VİF numunelerinin mikrosertlik değerleri TIG ile üretilen iri taneli numunelerinkine kıyasla yüksektir. Bu çalışmada, VİF ve TİG ile ısıtma uygulanarak, seçilen sistemlerde in-sitü MMK'ları oluşumunun sağlandığı gösterilmiştir. TIG sisteminin bu uygulama için çok daha pratik olduğu önerilmiştir.