Yanma sentezi ile fonksiyonel dereceli malzemelerin üretimi ve karakterizasyonu

Bu çalışmada, kontrollü oranlarda ve boyutlarda gözenek içeren katmanlara sahip nikel alüminit (NiAl) fonksiyonel dereceli malzeme (FDM) parçaların, hacim yanma sentezi (HYS) ile Ni+Al reaktanlar ve üre (veya NaCl) boşluk oluşturucu (BO) kullanılarak üretimi ve karakterizasyonu amaçlanmıştır. FDM yapılarındaki katmanlarını oluşturması hedeflenen her bir tabaka, öncelikle ayrı birer parça olarak üretilip incelenmiştir. Bu amaçla tez kapsamında ayrı bölümler halinde HYS'de termal seyreltici türünün ve oranının, HYS öncesi soğuk pres basıncının, üretilen parçalarda gözenek boyut ve oranının, boşluk oluşturucu türünün, NiAl ve Ni1,2Al kullanımının ve NiAl'e hazır ve in-sitü TiB2 eklemenin etkileri incelenmiştir. Termal seyreltici olarak ticari TiB2 (TiB2-H) ve bu çalışmada üretilmiş olan NiAl tozu (NiAl-H) kullanılmıştır. Her sistem için adyabatik sıcaklıklar hesaplanmıştır. Üretilen parçaların ve gözeneklerinin boyut ve şekillerinin korunması için Ni+Al karışımındaki uygun termal seyreltici oranlarının %30 olduğu belirlenmiştir. NiAl-H ile üretilen parçaların dayanımı, TiB2-H ile üretilenlerden daha yüksek olmuştur. Soğuk pres basıncı olarak 100 MPa uygun bulunmuştur. 150-300, 300-500, 500-800 mikron boyut aralığındaki üre ve NaCl partikülleri, parçalarda %20-75 aralığındaki oranlarda BO olarak kullanılmıştır. %20 oranından daha az BO partikülü içeren numunelerde hücre duvarlarının kalın ve kapalı gözeneklerin olmasından dolayı BO partiküllerinin bir kısmının suda giderilemediği görülmüştür. BO miktarı %75'in üzerinde olduğunda ise numuneler sudaki bütünlüklerini koruyamamışlardır. Üre BO ile daha yüksek basma akma dayanımı elde edilmiştir. En yüksek 181,8±1,6 MPa olan dayanım, artan BO boyutu ve oranı ile azalmıştır (Mikrosertlik ~240 HV0,2). Dayanım ile gözenek boyutu ve oranı arasındaki sayısal korelasyonlar belirlenmiştir. Bu amaçla Bal'shin, Hall-Petch, Bhattacharjee ve Gibson-Ashby denklemlerinden yararlanılmıştır. Ni1,2Al bileşimindeki parçalar, NiAl'den daha düşük dayanım ancak daha iyi ısıl yalıtım katsayısı göstermiştir. Farklı oranlarda TiB2 partiküllerinin in-sitü olarak gözenekli NiAl yapısında oluşturulduğu XRD analizleri ile anlaşılmıştır. Oluşan TiB2 partiküllerinin 1 mikrondan küçük boyutlu olduğu SEM incelemeleri ile görülmüştür. Bu parçalarda en yüksek mikrosertlik değerleri elde edilmiştir (430-600 HV0,2). Tek katmanlı parçalarla yapılan deneylerde belirlenmiş olan parametrelerden faydalanılarak, yapılarında kontrollü oranlarda (%20, 40, 60 veya %40, 60, 75) ve kontrollü boyutlarda gözenek içeren katmanlara sahip FDM parçaların tamamı tek bir HYS reaksiyonu ile oluşturulabilmiştir. FDM'lerin dayanım değerleri, en düşük dayanıma sahip katmanla sınırlı olmuştur. Standarda göre ölçülmüş olan ısıl yalıtım indeksinin, FDM parçalarda gözeneklerin artan oranı ve azalan boyutu ile arttığı belirlenmiştir.