Otomotiv sanayisinde kullanılan kaynak pimleri için hidrotermal yöntemle ıtriyum tetragonal zirkonya polikristal toz sentezi

Bu tez çalışmasında, öncelikle hidrotermal yöntemle beyaz ve mavi renkli Y-TZP tozlarının nano boyutta sentezi gerçekleştirilmiştir. Sonrasında nihai ürün olarak, otomotiv sektöründe somun kaynağında kullanılan beyaz ve mavi renkli seramik kaynak pimlerinin yüksek tokluk ve sertlik değerlerinde üretilebilirliği incelenmiştir. Yapılan geçirimli elektron mikroskobu (TEM) analiz sonuçlarına göre, beyaz renkli Y-TZP kristalleri 5-10 nm tane boyut aralığında üretilmiştir. Sentezlenen tozlardan yığınsal numuneler hazırlanarak fiziksel ve mekanik testler uygulanmıştır. Buna göre, sinterleme sonrasında en yüksek %94,7 yoğunluk değerine ulaşılmıştır. Daha yüksek yoğunluk değerlerinde ZrO2 bünyeler üretmek amacıyla, mekaniksel ve çözeltiden ZnO katkılı olarak yeni bileşimler hazırlanmıştır. ZnO ilavesiyle bünyelerin yoğunluk değeri artarken, sinterleme esnasında oluşan tane büyümesi nedeniyle ZrO2 seramiklerinin mekanik özelliklerinin kötüleştiği görülmüştür. Bu nedenle, ZnO katkısı olmaksızın geliştirilen Y-TZP tozları kullanılarak, alternatif yüksek yoğunluklu yığınsal numune hazırlama çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bu amaç doğrultusunda, granül tozun aglomerasyonunu önlemek için uygun dispersant ve katkı malzemelerinin seçimi yapılmıştır. Böylece, beyaz renkli ZrO2 numunelerinde %99,10 sinterleme yoğunluk değerine ulaşılmıştır. Burada, 4Zrn-1 ve 4Zrn-8 kodlu numunelerin en iyi mekanik özellikleri sergilediği görülmüştür. Daha açıklayıcı olarak, 4Zrn-1 numunesi için kırılma tokluğu ve sertlik değerleri sırasıyla 15,17 MPa.m1/2 ve 8,99 GPa olarak hesaplanırken, 4Zrn-8 numunesinde 12,24 MPa.m1/2 kırılma tokluğu ve 10,04 GPa sertlik değerleri elde edilmiştir. ZrO2-Y2O3-Al2O3-CoO sisteminden hidrotermal yöntem ile tek kademede mavi renkli ve 5 nm tane boyutunda Y-TZP tozlarının üretimi başarıyla gerçekleştirilmiştir. ZCA-4 kodlu bileşimden kırılma tokluğu 16,85 MPa.m1/2 ve sertlik değeri 9,79 GPa olan mavi renkli ZrO2 seramikleri %98,20 sinterleme yoğunluğu ile üretilmiştir. Ayrıca, nihai ürün olarak ZCA-4 kodlu bileşimden ZrO2 seramik kaynak pimlerinin üretimi gerçekleştirilmiştir. Daha ötesinde, bu tez çalışması kapsamında geliştirilen ZrO2 kaynak pimlerinin endüstriyel uygulaması otomotiv sektöründe faaliyet gösteren bir firmanın üretim hattında yapılmıştır. ZCA-4 kodlu bileşimden üretilen ZrO2 seramik kaynak piminin oldukça yüksek performansta somun kaynağı yaptığı görülmüştür. Bu tez çalışmasında hidrotermal yöntemle nano boyutta üretilen Y-TZP tozlarının yüksek aşınma direnci ve mekanik özellik gerektiren birçok uygulama alanı için başarıyla kullanılabileceği belirlenmiştir.