803
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Mühendislik eğitiminin öğrenci bakış açısıyla değerlendirilmesi: İTÜ örneği
Dünya mühendislik eğitiminde meydana gelen gelişmelerin yanı sıra teknolojik ve endüstriyel ilerlemeler göz önünde bulundurulduğunda; mühendislik programlarının sürekli gelişim çerçevesinde yeni yaklaşımları geliştirmesi ve uygulaması ihtiyacı doğmuştur. Mühendislik eğitiminin öğrenciler için daha motive edici, ilgi çekici ve katkı sağlayıcı hale getirilebilmesi için, başlangıç noktası olarak eğitimin hem ders içerikleri hem de ders programları kapsamında öğrencilerin öğrenme deneyimlerinden faydalanılarak yeniden şekillendirilmesi gerekmektedir. Ülkemizdeki mühendislik eğitiminin farklı bir anlayışla ele alınması, öğretme tekniklerinin de değiştirilmesiyle birlikte tasarım ve problem çözme yaklaşımın ön plana çıkması ve bu olgunun eğitim sürecine yerleştirilmiş ve yayılmış olması hedeflenmelidir. Bu tez çalışmasında 2014-2015 eğitim-öğretim yılında tüm mühendislik programlarında öğrenim gören öğrencilerin öğrenme şekillerini etkileyen etmenlerin saptanması ve eğitim yöntemlerinin geliştirilebilmesi hususunda öğrencilerin ve öğretim üyelerinin yeni gelişen koşullar karşısındaki davranışları dikkate alınarak, tasarım ve problem çözme yaklaşımı ile öğretimin nasıl gerçekleştirilmesi gerektiği ilk kez değerlendirilmeye alınmıştır. Tez çalışmasının amacı kapsamında, izlenen yöntemsel yaklaşım da şu şekildedir: - Farklı disiplinlerde farklı performans gösteren öğrencilerin öğrenme yaklaşımlarının belirlenmesi, - Farklı mühendislik dallarında eğitim veren öğretim üyelerinin, öğrencilerden alınan geri bildirimlere yönelik bakış açısının değerlendirilmesi, - Problem çözme ve tasarım odaklı öğretme ve öğrenme yaklaşımının belirlenmesi ve başarısının ölçülmesi. Tez kapsamında değerlendirmeye alınan anket; farklı disiplinlerden, farklı performans gösteren (genel not ortalaması dağılımlarına göre) öğrencilerden seçilerek oluşturulmuş 3 ayrı gruba (4,0 ≤ GNO < 3,0; 3,0 ≤ GNO < 2,0; GNO ≤ 2,0 (Gözetim listesi) uygulanmış olup, toplam 1209 kişi tarafından cevaplanmıştır. Anket çalışması sonucunda elde edilen bulguların istatistiksel analizleri kapsamında SPSS (Statistical Package for Social Sciences) for Windows 23.0 istatistik paket programı kullanılmıştır. Verilerin istatistiksel anlamda değerlendirilmesi aşamasında; anket sorularının hazırlanması sırasında etkili olan ana başlıklardan yararlanılarak, sorular gruplar halinde incelenmiştir. Çalışma verilerinin değerlendirilmesinde hem tanımlayıcı istatistiksel metotlardan (frekans, yüzde, ortalama, standart sapma) hem de bağımsız örnekler (independent samples) t testinden, Tek Yönlü (One Way) ANOVA testinden ve farklılığa sebebiyet veren grubun tespitinde de Tukey testinden yararlanılmıştır. Bazı sorular için, değişkenlerin birbiriyle ilişkili olup olmadığının değerlendirilmesi amacıyla çapraz tablolar oluşturulmuş ve ki-kare testi yardımıyla yorumlanmıştır. İki niceliksel verinin karşılaştırılmasında, normal dağılım gösteren durumlarda, Pearson Korelasyon Analizi kullanılmıştır. Genel güvenilirlik için Cronbach's Alpha katsayısı hesaplanmıştır. Elde edilen bulgular; % 95 güven aralığında ve % 5 anlamlılık düzeyinde değerlendirilmiştir. Analitik ve istatistik olarak elde edilen verilerin daha net şekilde ifade edilebilmesi ve aynı zamanda verilere dair anlaşılır yorumların yapılabilmesi açısından öğretim üyesi ve öğrenci görüşleri de dikkate alınarak değerlendirmeler yapılan yorumlar aşağıda maddeler halinde sıralanmaktadır: - Anketin genelinde kadın katılımcılar tüm soruları detaycı ve titiz yaklaşımlarıyla da bağlantılı olarak daha dikkatli şekilde cevaplamış olup; bu durum algılarının erkeklere oranla daha yüksek olduğu sonucuyla örtüşmektedir (Soru 51). - Anketi dolduran 2., 3. ve 4. sınıfta okuyan öğrencilerin oranları neredeyse aynıdır ve toplam olarak katılımcıların % 79,8'ini oluşturmaktadır (Soru 53). - Anketin temel ayrım noktası, anket gruplarının not ortalamasına göre belirlenmiş olmasıdır (3.0 - 4.0; 3.0 - 2.0; Gözetim Listesi). Anketin genelinde Gözetim Listesinin algısı, diğer iki grupla bariz farklılıklar barındırmaktadır. Bazı sorular bağlamında gözetim listesinin aksine, 3.0 – 4.0 arası ortalamaya sahip grup da farklı algılara sahip olduğunu göstermiştir. - Anket katılımcısı öğrencilerin büyük çoğunluğu Anadolu Lisesi mezunudur (% 58,9). Bu durumu Özel / Devlet Fen Lisesi mezunları (% 15,6) takip etmektedir (Soru 58). - Lise eğitimlerini aldıkları ya da diğer bir deyişle İstanbul Teknik Üniversitesine geldikleri şehir ve bölgeye göre ayrım yapıldığında; anketi yanıtlayan öğrencilerin çok büyük bir kısmı İstanbul başta olmak üzere Marmara Bölgesi ve Ege Bölgesinden, diğer geri kalanı ise çoğunlukla Akdeniz, İç Anadolu ve Karadeniz Bölgelerinden gelmektedir (Soru 56). - Ankete katılan öğrencilerin büyük çoğunluğunun ikamet yerinin İstanbul olması, ailesiyle kalmayı tercih edenlerin oranının yüksek olmasıyla sonuçlanmaktadır (Soru 56 ve Soru 59). - Anne-baba eğitim seviyesi açısından değerlendirilme yapıldığında, öğrencilerin babalarının eğitim seviyesi annelerine oranla daha üst düzeydedir. Babaların büyük çoğunluğu üniversite mezunuyken, anneler ise lise mezunudur. Tam tersi şekilde eğitim almamış ya da sadece okur-yazar olma seviyeleri bakımından annelerin yüzdesi babalarınkine oranla oldukça yüksektir (Soru 60). - Aile ortalama aylık gelirlerine göre sınıflandırıldığında, üniversitemiz genel profili orta sınıf ekonomik gelir düzeyine sahip ailelerden gelen öğrencilerden oluşmaktadır. Bu durumla da bağlantılı olarak, öğrenciler hem eğitimsel hem de yaşamsal alanlara yönelik finansal ve ekonomik desteği çoğunlukla ailelerinden ya da buna ek olarak kredi ve burs yoluyla almaktadır. Ayrıca eğitim desteğini kendi kendine çalışarak sağlayanların oranı da oldukça yüksektir (Soru 62 ve Soru 63). - Öğrencilerin bildikleri yabancı diller sorulduğunda; beklenildiği üzere büyük çoğunluk İngilizce, bunu takip eden şekilde Almanca ve Fransızca bilmektedir. Yabancı dil öğrenilen yerler olarak da ortaokul-lise eğitimi aldıkları okullar ve İTÜ Hazırlık Sınıfı yaklaşık olarak aynı oranları paylaşarak en yüksek yüzdelere sahiptir (Soru 34 - 38, Soru 67, Soru 68, Soru 69). Öğrencilerin mühendislik mesleğini seçmeleri konusunda etkili olan faktörlerin arasında sahip olduklarını ve mesleği daha iyi yapabilmelerini sağlayacağını düşündükleri analitik düşünme yetenekleri, kendilerini iyi yetiştirme ve iyi eğitim alma olanakları, mühendislik mesleğine olan ilgileri, meslekten ziyade okumak istedikleri üniversiteyi seçmiş olmaları ve son olarak temel ve doğa bilimlerine olan ilgileri en yüksek puanladıkları seçenekler olarak karşımıza çıkmaktadır (Soru 4 - 7). - Katılımcı öğrencilerin lisans eğitimleri sonrası iş bulma süreçlerinde en etkili ve kritik olan faktörün "özgür çalışma ortamı" olduğu sonucuna varılmıştır. Diğer etkili olan faktörler de aldıkları puanlara göre sırasıyla; maaş, iş güvenliği, terfi fırsatları, firma imajı ve kurumsallığı, ayrıcalıklar/avantajlardır (Soru 7). - Katılımcı öğrencilerin büyük çoğunluğu bölümlerinden mezun olduklarında iş bulma kaygısı taşımamaktadır (Soru 6). - Öğrencilerin büyük çoğunluğu mühendislik dallarında okuması hususunda yakınları teşvik edebileceğinin yanında bölümünde okumaktan memnun olduğu, eğitim gördükleri mühendislik dalını sevdiklerini, bölümlerini isteyerek seçtiklerini ve tekrar seçme şansı olması durumunda yine aynı bölümü seçeceği gibi sonuçlara varılmıştır (Soru 1, Soru 2, Soru 9). - Anket sonuçlarına göre mühendislik alanındaki iş başvurularında not ortalamasının bir seçilme kriteri olmadığı ve bu konuda öğrencilerin algısı da görülmüştür. Ayrıca 4 senelik lisans eğitimlerinin mesleki manada yeterliliği sağlamadığı gibi çarpıcı bir sonuca da varılmıştır. Bu durumla bağlantılı olarak da artık sadece aldıkları lisans unvanıyla yetinmeyip, öğrencilerin büyük çoğunluğu yüksek lisans eğitimine devam etmektedir (Soru 9). - Mezun olan öğrencilerimizin büyük çoğunluğu, uluslararası nitelikte, özel sektörde ve büyük ölçekli firmalarda çalışmak istemektedir. Ayrıca kendi şirketini kurmak isteyenlerin oranı da azımsanmayacak yüzdeye sahiptir. Bunları takiben araştırmaya yatkın olanların akademik kariyer yapmak istemeleri ve teorik bilginin direkt uygulamadaki akışının gözler önüne serildiği üretim kısmında çalışmak isteyenler de yakın oranlara sahip olup, diğer kariyer seçenekleri arasında yer almaktadır (Soru 8, Soru 17, Soru 18). - Anket katılımcısı öğrencilerin, anket genelinde en düşük puan verdikleri sorular "Akademik Danışmanlık" ile alakalı olanladır. Öğrencilerin çoğunluğunun akademik danışmanı ile sıklıkla görüşemediği hatta bir kısmının hiç görmemiş / tanışmamış olduğu, görüşmelerin planlı olmadığı, mesleki anlamda ilerleme ve gelecek planları hakkında aklına takılan sorulara yardımcı olunmadığı gibi sonuçlara varılmıştır. (Soru 14 - 16). - Öğrencilerin tercih ettikleri öğretme tekniklerinin kapsamında pratik uygulamalar, laboratuvar uygulamaları, stajlar, seminerler ve proje uygulamaları yer almaktadır (Soru 17, Soru 18). Anket sonuçlarından yola çıkarak, "İTÜ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü" odak grup olarak seçilmiş ve öneri geliştirilebilmesi hususunda bu bölüme özel olarak 3 ayrı (Takım çalışması, Laboratuvar dersi ve Tasarım Bitirme Projesi) rubrik oluşturulmuştur. Rubrikler sayesinde hem öğrencilerin belirtilen konulardaki performansları ölçülerek iyileştirmeler yapılmış, hem de günümüzün olmazsa olmaz kriterlerinden olan sürekli gelişme çerçevesinde ölçme-değerlendirme yöntemi geliştirilerek öğrencilerimizin bundan sonraki mesleki yaşantılarında daha donanımlı hale gelmeleri hedeflenmiştir.
Sıcak daldırma yöntemiyle aluminyum kaplanmış inconel 718 süperalaşımının oksidasyon direncinin incelenmesi
Havacılık endüstrisinde oldukça popüler malzemeler olan nikel esaslı süperalaşımlar, yüksek sıcaklıklarda gösterdikleri iyi oksidasyon ve korozyon dirençleri nedeniyle özellikle uçakların türbin motor parçalarında en çok tercih edilen malzemelerdendir. Nikel esaslı süperalaşımlar arasında en çok kullanılan alaşımlardan biri olan çökelme sertleşmesi ile dayanımı artırılmış Inconel 718 süperalaşımı, pahalı bir malzeme olmasına rağmen sahip olduğu yüksek mekanik özellikleri (akma, çekme ile kopma dayanımları) nedeniyle sıkça tercih edilmektedir. Inconel 718 süperalaşımı, diğer süperalaşımlardan farklı olarak yapısında γ″-Ni3Nb fazını bulundurur ve yapıya asıl dayanımı kazandıran mekanizama bu γ″ parçacıklarıdır. Fakat Inconel 718 süperalaşımı, yüksek sıcaklıklarda çok iyi mekanik özelliklere sahip olmasına rağmen ~649 °C sıcaklıktan sonra mekanik özelliklerinde düşüşler meydana gelmektedir ve daha yüksek sıcaklıklarda kullanılabilmesi için kaplama işlemlerine gereksinim duyulmaktadır. Yapılan bu çalışmada Inconel 718 süperalaşımı; sıcak daldırma yöntemi ile aluminyum kaplanarak kaplama sıcaklığının ve süresinin kaplama morfolojisine etkisi incelenmiştir. Aluminyum kaplama işleminin optimizasyonu için 3 farklı sıcaklıkta (680 °C, 755 °C ve 830 °C) ve 4 farklı zamanda (30 s, 1 dk, 5dk ve 10 dk) kaplama işlemi yapılmıştır. Daha sonra kaplanmış ve kaplanmamış numunelere yüksek sıcaklıkta oksidasyon işlemi uygulanarak oksidasyon dirençleri gözlemlenmiştir. Yüksek sıcaklıkta oksidasyon için farklı sıcaklıklarda 5'er dakika ile kaplanmış numuneler seçilerek 1, 6, 48, 192 ve 336 saat boyunca 1000 °C'de bekletilerek işlem gerçekleştirilmiştir. Oksidasyon işleminden sonra numuneler oda sıcaklığında soğumaya bırakılıp ilk ve son ağırlık değişimleri belirlenmiştir. Kaplama parametresine bağlı olarak oksidasyon zamanının kaplama yapısındaki değişimini gözlemlemek için numuneler kesitten mikroskop altında incelenerek EDS analizleri yapılmıştır. Kaplamanın farklı kısımlarından ölçümler yapılarak sertlik değişimleri incelenmiştir. Ayrıca farklı bir oksidasyon işlemi olan mikro ark oksidasyon işlemi 5'er dakika ile farklı sıcaklıklarda aluminyum kaplanmış numunelere uygulanarak oksidasyona uğratılmıştır. Tüm yüzeyi mikro ark ile oksit kaplanmış numuneler 1000 °C'de 336 saat boyunca yüksek sıcaklıkta oksidasyona maruz bırakılmıştır. Bu sayade sıcak daldırma yöntemiyle aluminyum kaplanmış malzemelerin mikro ark oksidasyon işleminden sonra yüksek sıcaklıkta oksidasyona karşı direnci incelenmiştir.
Endodontide kullanılan nikel–titanyum esaslı kullanılmış döner diş eğelerinden metalik değerlerin geri kazanımı
Nikel – titanium esaslı alaşımlar, endodontide diş kanal tedavisinde kanal eğesi olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Diş kanal tedavisinde Ni – Ti alaşımlarının tercih edilmesinin başlıca sebepleri; yüksek mukavemet göstermeleri, biyo uyumlu olmaları, yüksek korozyon dayanımına sahip olmaları, süper elastiklik gösterebilmeleri ve şekil hafızalı özellik kazandırılarak tekrarlı kullanılabilen bir ürün haline getirilebilmeleridir. Ülkemizde ve dünyada, endodontide Ni – Ti alaşımı döner diş eğeleri ile tedavi sistemleşmiş bir hal almıştır. Tek bir dişin tedavisi bile farklı tip ve boylarda Ni – Ti alaşımı eğeler yardımı ile gerçekleştirilmektedir. Diş kanal tedavisinde Ni – Ti alaşımının her bir eğe için bir veya iki kullanımlık olması önerilmektedir. Ancak sterilizasyon yapılsa bile eğelerde meydana gelen aşınma, eğenin aşındırma kabiliyetini kaybetmesine sebep olmakta ve tekrarlı kullanımı sınırlandırmaktadır. Ni – Ti alaşımı döner diş eğeleri sınırlı kullanımlarından sonra tıbbi atıklarla birlikte toplanmakta ve bilinen bir metalurjik kazanım sürecine tabi tutulmamaktadır. Ülkemizde yılda iki milyona yakın kanal tedavisi yapılmakta olup, bu kanal tedavilerinin % 80'inde Ni – Ti alaşımı döner diş eğelerinin kullanıldığı Türkiye Cumhuriyeti Sağlık Bakanlığı'nca rapor edilmiştir. Bu eğeler, ağırlıkça % 55 – 60 nikel ile % 40 – 45 titanyum içermektedir. Tutucu kısımları, çok defa pirinç alaşımdan imal edilmekte olup ağız florasında korozyona maruz kalmaması için altın ile kaplanmıştır. Ni – Ti alaşımı uç kısımlar nikel ve titanyum kaynağı olarak değerlendirilebilecek niteliktedir. Altın ve nikel kaplamalı pirinç alaşımı tutucu kısmın geri kazanımı da dahil edildiğinde, bu işlemin geri kazanım maliyetini düşürmesi beklenebilir. Bu tez kapsamında döner diş eğesi olan, nikel ve titanyum esaslı uç kısmının, derişik asitte çözme, sülfürik asitte pişirme ve karıştırmasız otoklav ortamında derişik sülfürik asitte çözme gibi yüksek korozif ortamlarda, farklı liç teknikleri ile hidrometalurjik olarak geri kazanımı sağlanmaya çalışılmıştır. Liç işlemlerinde asit konsantrasyonu, sıcaklık ve süre parametreleri incelenmiştir. Bu yöntemler içerisinden tam çözünme veriminin sağlandığı, otoklav ortamında derişik sülfürik asitte liç işlemi için optimizasyon yapılmıştır. Geri kazanım sonunda kostik soda (NaOH) ile pH ayarlaması yapılarak Ti(OH)4 ve Ni(OH)2 elde edilmiş, dehidratasyon ile birlikte NiO ve TiO2 (anatas) fazlarına ulaşılmıştır. Altın ve nikel kaplamalı pirinç alaşımından imal edilen tutucu kısım ise nitrik asit ortamında ısıtılarak liç edilmiş, altından gayrı metallerin tamamına yakını çözelti ortamına alınarak altın kaplama, alaşımdan ayrılmıştır. Altından gayrı metaller, kostik soda ile pH ayarlaması yapılarak çöktürülmüş ve çöken metal hidroksitlerin katı / sıvı ayrımı yapıldıktan sonra dehidratasyon ile su molekülleri yapıdanxxii uzaklaştırılarak, CuO, ZnO elde edilmiştir. Altın ve nikel kaplamalı pirinç alaşımı tutucu kısmın Ni – Ti alaşımı uç ile beraber geri kazanımı, bu konuda tasarlanacak geri kazanım sürecini daha da cazip hale getirilmiştir.
Azotlu vanadyum ilavesinin S550MC kalite çeliklerde nihai özelliklere etkisinin incelenmesi
Termomekanik haddelenmiş ve soğuk şekillendirmeye uygun HSLA grubuna ait çelikler otomotiv sanayisi de dahil olmak üzere günümüzde yaygın kullanım alanına sahiptir. Bu çeliklerin üretiminde konvansiyonel yöntemde Nb, Ti ve V elementleri mikro alaşımlama ile ilave edilmekte olup bu çalışmada alternatif olarak azotlu vanadyumun alaşım ilavesi olarak kullanılmasının etkileri araştırılmıştır. Tasarlanan kimyasal kompozisyon ile ilk etapta faz dönüşüm sıcaklıkları ve geçiş bölgeleri JMatPro yazılımı desteği ile belirlenmiş olup aynı zamanda sürekli soğuma şartlarında farklı soğuma hızlarının nihai mikro yapıya etkisi de araştırılmıştır. Ayrıca ThermoCalc yazılımı desteği ile tasarlanan kimyasal kompozisyona göre sıcaklığa bağlı olarak oluşacak kararlı çökelti fazlar da belirlenmiştir. HSLA çeliklerinde azotlu vanadyum ilavesi tane sınırlarında vanadyum nitrür (VN) çökeltisi oluşturduğundan dolayı kritik bir öneme sahiptir. Bu çökeltiler ile hem dayanımın arttığı hem de şekillendirilebilirlik kabiliyetinin arttığı tek mukavemet arttırma işlemi olan tane inceltme işlemi gerçekleştirilir. Vanadyum ilavesinin etkinliği yapı içerisindeki mevcut azotun bir fonksiyonudur. Bu nedenle artan azot içeriği ile birlikte oluşan VN çökeltileri daha küçük ve yapıda yayılmış bir şekilde oluştuğundan dolayı soğuk şekil verme işlemlerinde yüksek deformasyona izin verir. Deneysel çalışmalar yazılım destekleri ve mikro yapısal, mekanik incelemeler olarak iki ana grupta gerçekleştirilmiştir. Yazılım destekleri ThermoCalc veJMatPro, mikro yapısal, mekanik incelemeler ise mikro yapı incelemesi, çekme testi, kesit boyunca mikro sertlik, Taramalı Elektron Mikroskobu incelemesi ve şekillendirilebilirlik çalışmalarını kapsamaktadır. Yazılım destekleri ve daha önceki tecrübeler doğrultusunda sıcak haddeleme proses sıcaklıkları uygun şekilde belirlenmiş ve üretimler gerçekleştirilmiştir. Bu üretimlerde de konvansiyonel yöntemle üretilen çeliklerde görüldüğü gibi ferritik-beynitik mikro yapı elde edilmiş olup, sonuçlar mekanik özellikler bakımından S550MC kalite spesifikasyonlarına uygun gerçekleşmiştir. Ek olarak oluşan VN çökeltileri sıcak haddehanedeki şerit hadde bölgesinde daha düşük yüklerde haddeleme imkanı sunmaktadır. Şerit haddeleme bölgesinde mevcut olan haddeleme sıcaklığında VN çökeltileri termodinamik olarak aktif olmadığından ve yapıda çökelti oluşturabilecek başka bir mikro alaşım ilavesi olmadığından dolayı daha düşük hadde yüklerinden haddelemeyi mümkün kılmaktadır. Son olarak şekillendirilebilirlik davranışları da konvansiyonel yöntem ile üretilen ve azotlu vanadyum ilavesi ile üretilen çeliklerde kıyaslanmış olup şekillendirme sınır diyagramlarında güvenli bölge alanları birbirine çok yakın olarak elde edilmiştir.
Vites dişli çeliğinin KRTD-bor yöntemi ile borlanması
Dişliler güç aktarım ve iletim sistemlerinde makine elemanı olarak büyük bir yere sahiptir. Otomobillerde dişliler, sahip oldukları mukavemet ve tokluk gibi mekanik özelliklerden dolayı çeliklerden imal edilmektedir. Ancak aşınmanın büyük risk arz ettiği aktarım sistemlerinde dişlilerin yüzey dayanımının yüksek olması gerekmektedir. Günümüzde orta-segment araçlarda vites dişlileri yaygın olarak AISI 8620 çeliğinden üretilmekte ve yüzey özellikleri karbürleme ile iyileştirilmektedir. Metalik malzemelerin yüzeylerini geliştirmek için, yüzeye element difüzyonu ve/veya kaplamanın gerçekleştirildiği bir çok uygulama mevcuttur. Gelişen teknoloji ile birlikte borlama, özellikle çeliklerin yüzeyinde sert bir tabaka oluşturarak yüzey özelliklerini geliştirmek için uygulanmaktadır. Borlama ile birlikte malzemelerin yüzeyine bor elementinin difüze olması ile birlikte yüzeyde borca zengin aşınma ve korozyon dayanımı yüksek bir tabaka oluşturulmaktadır. Klasik yöntemle borlamada çelikler üzerinde genellikle FeB ve Fe2B fazlarını içeren tabaka elde edilmektedir. Ancak bu iki fazın aralarında ki özellikle termal genleşme katsayısı ve sertlik değerlerinin farklı olması aşınma ve yüzey yorulmasına maruz kalan malzemelerin kullanıldığı uygulamalarda kullanımlarını mümkün kılmamaktadır. Klasik borlamanın AISI 8620 vites dişli çeliğine uygulandığı literatür çalışması olmasına rağmen bu nedenlerden dolayı endüstriyel uygulamalarda kullanılmakaktadır. Klasik borlama yöntemine alternatif olarak geliştirilmiş elektrokimyasal esaslı KRTD-Bor (Katodik Redüksiyon Termal Difüzyon Yöntemi ile Borlama) tekniği, çevresel, düşük maliyetli bir yöntem olup, demir ve demirdışı malzemeler yüzeyinde kısa sürelerde homojen ve oldukça kalın borür tabakası oluşumunu mümkün kılmaktadır. Bu tez kapsamında, karbürleme ve klasik borlama yöntemlerine alternatif olarak, AISI 8620 vites dişli çeliği üzerinde KRTD-Bor yöntemi ile, endüstriyel olarak talep edilen tek fazlı hemiborür (Fe2B) tabakası homojen bir şekilde büyütülmesi hedeflenmiştir. Tez kapsamında KRTD-Bor yönteminin, AISI 8620 vites dişli çeliği malzemesine uygulanması esnasında, akım yoğunluğunun (50-400 mA/cm2), elektrolit sıcaklığının (950-1100 oC), borlama süresinin (15-120 dk), taban malzeme üzerinde büyütülen borür tabakasının kimyasına, morfolojisine ve kalınlığına olan etkileri incelenmiştir. Daha sonra yüzeyde tek fazlı Fe2B elde etmek amacı ile faz homojenleştirme işlemi uygulanmıştır. Deneyler, çevresel elektrolit bileşimi olan %90 Na2B4O7+ %10 Na2CO3 kullanılarak, orta frekans indüksiyon fırınında, grafit potanın anot ve çelik malzemenin katot olarak polarize edildiği koşulda gerçekleştirilmiştir. Morfoloji analizleri ve kalınlık ölçümleri optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskopu (SEM) ile gerçekleştirilmiş, büyütülen borür fazları ince film x-ışınları yöntemi (XRD) ile belirlenmiştir. Gerçekleştirilen akım yoğunuluğu deneylerinde, 50 mA/cm2'nin çelik malzemeyi katodik olarak koruyamadığı belirlenmiş ve yüzeyde demir borür tabakasının yanında Fe2O3 ve Fe3O4 tabakalarının oluştuğu tespit edilmiştir. 100 mA/cm2 ve üstü akım yoğunluklarında, çelik taban malzeme üzerinde Fe2B ve FeB fazları büyütülmüş, artan akım yoğunluğu ile beraber her iki tabaka kalınlıklarının artmıştır. Uygulanan tüm borlama sürelerinde çelik taban malzeme üzerinde çift fazlı (FeB+Fe2B) borür tabakaları homojen olarak büyütülmüştür. 60 ve 120 dakikada gerçekleştirilen borlama deneylerinde borür tabakasının yanında yüzeyde elementel bor oluştuğu tespit edilmiştir.15 dakika sonucunda taban malzeme üzerinde toplam borür tabakası kalınlığı ortalama 50 μm, FeB tabaka kalınlığı ise 30 μm ölçülmüşken, süre 120 dakikaya çıkarıldığında toplam borür tabakası kalınlığı 160 μm , FeB kalınlığı ise 115 μm'ye çıkmıştır. Elektroliz sıcaklığının büyütülen borür tabakasına olan etkileri incelendiği deneyler serisinde, 950 oC'de 47 μm ölçülen toplam borür tabakası kalınlığı, 1100 oC'de 75 μm olarak ölçülerek artan sıcaklığın toplam borür tabakası kalınlığını arttırdığı belirlenmiştir. Ancak 1000 oC üzerine çıkıldığında, artan sıcaklığa bağlı olarak, çelik matrisin içerisindeki bor atomlarının difüzyon hızının 1000 oC'den sonra çelik malzeme yüzeyindeki redüksiyondan daha hızlı olduğu tespit edilmiş ve 1000 oC' nin üzerinde FeB tabakasının kalınlığının azaldığı belirlenmiştir. AISI 8620 vites dişli çeliği üzerinde, tek fazlı homojen Fe2B tabakası büyütmek için, 950 oC'de 200 mA/cm2 akım yoğunluğunda 15 dakika süre ile numune borlanmış, anot-katot polarizasyonu kesilerek, FeB fazının Fe2B fazına dönüşmesi için faz homojenleştirme (FH) işlemi uygulanmıştır. Artan FH süresi ile birlikte FeB fazının kalınlığı azaldığı belirlenmiştir. 950 oC 15 dk borlama ve akabinde gerçekleştirilen 80 dk FH işlemi sonucu AISI 8620 çelik taban malzeme üzerinde ortalama 115 μm kalınlığında tek fazlı Fe2B bileşiminde homojen borür tabakası büyütülmüştür. Rockwell-C adhezyon testi ile büyütülen borür tabakasının çelik malzeme mükkemel (HF1) kalitede yapıştığı tespit edilmiştir. Toplam 95 dk süren KRTD-Bor prosesinin, süresini kısaltmak amacı ile elektroliz sıcaklığı artırılmıştır. 1000 oC'de gerçekleştirilen KRTD-Bor deneylerinde, 15 dk borlama süresine ilave 45 dk FH sonucunda, AISI 8620 vites dişli çeliği üzerine HF1 en iyi kalite yapışma özelliği gösteren ortalama 100 μm kalınlığında tek fazlı Fe2B borür tabakası homojen olarak büyütülmüştür. Büyütülen borür tabakası çelik taban malzemenin sertliğini (≈300 HV) 5 kat artımış, ortalama 1600 HV sertliğinde borür tabakası elde edilmiştir. Elde edilen sert borür tabakasının aşınma özelliklerinin incelenmesi amacı ile kuru ve yağlı ortamda aşınma testleri gerçekleştirilmiştir. Her iki koşuldada borür tabakasının çelik malzemenin aşınma özelliğini iyileştirdiği tespit edilmiştir. Sonuç olarak, KRTD-Bor yöntemi ile toplam 1 saat proses süresinde AISI 8620 vites dişli çeliği malzemesinin yüzeyinde tek fazlı Fe2B borür tabakası büyütülmüş ve çelik malzemenin sertliği yaklaşık olarak 5 kat artırılması ile birlikte borür tabakasının çeliğin aşınma direncinin artmasında pozitif bir etki yaratığı belirlenmiştir.
Polimer emdirme yöntemi ile alüminyum 6063 alaşımı esaslı açık hücreli köpük üretimi ve karakterizasyonu
Günümüzde otomotiv, uzay – uçak, savunma gibi sektörler incelendiğinde, en çok istenen malzeme özellikleri hafif, yüksek mukavemet, yüksek darbe direnci, yüksek yük taşıma kapasitesi gibi özellikler olduğu görülmektedir. Bu bağlamda, yaygın olarak kullanılan malzemeler incelendiğinde bu özellikleri karşılayan malzeme gurubunun metalik köpükler olduğu görülmektedir. Metalik köpükler %75 ile %90 arasında gözeneklerden oluşan, rijit metal veya alaşımlardır. Gözenekler birbirine bağlantılı bir şekilde bulunuyorsa açık hücreli, gözenekler duvarlar ile birbirlerinden ayrılıyorsa kapalı hücreli köpük olarak adlandırılmaktadır. Mukavemet/ yoğunluk oranının yüksek olmasından dolayı açık hücreli köpükler tercih edilmektedir. Açık hücreli köpükler polimer köpük ile hassas döküm, metal enjeksiyon kalıplama, boşluk tutucular etrafına döküm, toz boşluk tutucu ve polimer emdirme yöntemleri ile üretilmektedir. Prosesin kolay olması, hammaddelerin ucuz olması ve gözenek boyutunun ayarlanabilir olmasından dolayı polimer emdirme yöntemi üzerine çalışmalar yapılmaktadır. Alüminyum ve alaşımları köpürtülebilir metal gurupları arasından düşük yoğunluk, yüksek mukavemet, enerji absorplama kabiliyeti gibi özellikleri ile ön plana çıkmaktadır. Yüksek mukavemet ve hafifliğin ön planda olduğu sektörlerde saf alüminyum yeterli olmadığından çeşitli alüminyum alaşımlarından köpük üretilmesi gerekli hale gelmektedir. Alüminyum alaşımları incelendiğinde 6xxx serisi alaşımların sektörler tarafından talep edilen özellikleri karşıladığı görülmektedir. Isıl işlemler uygulanarak bu alaşımların mukavemet ve sertlikleri arttırılabilmektedir. Köpük üretim işleminde en kritik aşama sinterleme prosesi olmaktadır. Bu proseste model malzeme (polimer sünger) yapıdan uzaklaşması ve alüminyumun sinterlenerek köpüğün mukavemetlenmesi sağlanmaktadır. Geleneksel sinterleme yöntemleri incelendiğinde sinterleme sürelerinin uzun saatler sürdüğü görülmektedir. Sinterleme süresini azaltmak amacıyla indüksiyon sinterleme yöntemi alternatif olarak ortaya çıkmaktadır. Bu çalışmada, polimer emdirme yöntemi ile 6063 alüminyum alaşımından açık hücreli köpük üretimi gerçekleştirilmiştir. İlk olarak belirli boyutlarda kesilen poliüretan süngerler hazırlanan çamur karışımına daldırılmış ve polimerin çamurla kaplanması sağlanmıştır. Üretilen bu süngerler ilk olarak 24 saat oda sıcaklığında kurutulmuş daha sonra 120oC, 6 saat vakumlu fırında bekletilmiştir. Üretilen köpüklere mukavemet kazandırılması için sinterleme işlemleri gerçekleştirilmiş olup önce yapıdan model malzeme giderilmiş daha sonrasında ise sinterleme işlemi gerçekleştirilmiştir. Bu proses indüksiyon sinterleme yöntemi ile gerçekleştirilmiş olup kısa sürede mukavemeti ve sertliği yüksek köpükler elde edilmesi amaçlanmıştır. Deneylerde kullanılan alüminyum tozun SEM ve EDS analizi, partikül boyut dağılımı, XRD analizi, DSC analizi yapılmıştır. XRD analizinde tozun 6063 alüminyum alaşımı olduğu görülmüş olup, SEM görüntülerinden tanelerin yuvarlak şekilli olduğu gözlemlenmiştir. Üretilen köpüklerin XRD, SEM ve EDS analizleri yapılmış, oluşan fazlar ve oksit miktarları incelenmiştir. XRD analizinde ısıl işlemler sonucu oluşan fazlar gözlenmiştir. Sertlik ve basma testleri malzemelerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi amacıyla gerçekleştirilmiştir.
Development of extruded high impact polystyrene foams
The use of polymers has been increaseed significantly since the second world war. Currently, hundreds of millions of polymeric products are being manufactured. This is due to the advantages that polymers could provide compared to other metallic or ceramic counterparts. Firstly, polymers possess low density and their manufacturing is cheaper and easier. In addition, polymers are corrosion resistant materials. Polystyrene (PS) is an amorphous polymer that has glass transition temperature of around 105 oC. It is cheap and one of the mostly used polymers in commodity applications. There are many areas for the use of PS such as plastic cutlery, pots, toys, automotive industry, whitegoods industry, electronics etc. General purpose PS (GPPS) and High impact PS (HIPS) are the types of PS that are widerly being used in various areas. GPPS is a transparent and brittle material and it is known as crystal in plastic industry. HIPS is also a blend of PS which contains around 5-15 wt % polybutadiene (PB) rubber. These two polymers form an immiscible blend of PS and PB. Foamed polymers can be defined as polymers include bubbles and pores. Foamed polymers are very light weight and cost-effective materials. In addition, they have comparable mechanical properties and very high strength to weight ratios as it is compared to conventional neat polymers. Because of such advantages, the polymeric foams are used in many applications such as automobile parts, packaging industry, sandwich caps, insulators in construction industry, sport industry etc. The use of blowing agents are required in order to obtain foamed structure in foaming process. Blowing agents are classified into two groups as physical blowing agents (PBAs) and chemical blowing agents (CBAs). PBAs are directly injected into the polymer matrix melt during processing and they are in the form of gas, liquid or supercritical phase. On the other hand, CBAs decompose and generate gases during processing and they are in the form of solid granules or powder. Polymeric foams can be classified as open or closed cell foams based on the morphology; microcellular, fine celled and conventional foams as the cell density; high density, medium density and low density based on void fraction or expansion ratio. Many of traditional polymer processing methods can be performed in order to produce polymeric foams. Batch process and continuous process are the two techniques for foam production. Continious process also classified into two groups as foam extrusion and foam injection molding (semi-continuous). In foam extrusion process, polymer/gas mixture starts to be generated by the directly injection of PBA or decomposition of CBA under higher pressure during processing. The gas dissolve in to polymer matrix when the pressure is under the solubility limit of polymer. When the polymer/gas mixture flew through the extruder die, the sudden pressure drop at the die nozzle creates thermodynamic instability and causes cell nucleation and growth during the foaming step. This thesis studies the extrusion foaming behavior of HIPS through a twin-screw extruder using two various types of CBAs. The filamentary die having 4 mm length and 2 mm diameter was used in order to obtain foamed filament samples for each experiment. The CBAs differences is about their decomposition temperatures. These CBAs were named as CBA-1 and CBA-2 and they were thermally analyzed in order to observe the thermal properties and decomposition temperatures by using differantial scanning calorimetry (DSC) and thermal gravimetric analysis (TGA). Three and five different extruder barrel temperature profiles were determined in order to observe the effect of processing temperature for CBA-1 and CBA-2, respectively. After the determination of optimum processing temperature profile for both CBAs, the five different die temperature profiles (from the highest to the lowest temperature) were tailored during the foaming of HIPS for two different CBAs. The effect of the die temperature on the foaming behavior of HIPS was observed, and the optimum die temperature profile was determined. The next step is to verify the CBA content effect on the foamed HIPS for both CBAs. Three different contents (i.e., low, moderate and high content) of chemical blowing agents were used for each CBAs and content of CBA on foamig was investigated. After the determination of optimum CBA content for both CBAs, effect of screw RPM (revolution per minute) on the foaming behavior of HIPS was, subsequently, illustrated for both CBAs. Four different screw RPM (low, moderate, high, very high RPM) were tailored during the foaming of HIPS for two different CBAs and the most proper RPM conditions were selected for CBA-1 and CBA-2. The HIPS extrusion foaming behavior was further investigated via blending it with GPPS at the various blending cotents (neat HIPS, HIPS with low content GPPS, HIPS with high content GPPS). The effect of GPPS and its blending content was investigated for both CBAs. After that, foaming behavior was also examined via compounding HIPS with three different inorganic fillers (i.e., microlamellar talc, talc, and calcium carbonate) at three different contents (i.e., low, moderate and high content). The effect of the inorganic fillers as a nucleating agent and the effect of inorganic filler type and content were investigated with this study. The foamed HIPS samples were characterized in two aspects. Firstly, the density of foamed samples were measured in pure water and calculated by using archimedes equation. After the determination of the density of foamed HIPS samples, the void fractions of each sample was calculated. On the other hand, the morphology of cellular structure in foamed samples were observed by using scanning electron microscope (SEM). Firstly the foamed HIPS filaments were broken under liquid nitrogen and the samples were coated with gold. After the observation of cellular morphology; cell distributions and cell dimensions were examined and the cell density of each of filamentary samples were calculated.
Düşük yayınımlı kaplamalı camların çizilme dirençlerinin belirlenmesi ve geliştirilmesi
Son yıllarda, mimarı yapılarda enerji verimliliğini artırmak ve tasarruf sağlamak amaçlı ısı ve güneş kontrolü sağlayan kaplamalı camlar kullanılmaya başlanmıştır. Low-E kaplamalı camlar olarak da adlandırılan düşük yayınımlı kaplamalı camlar, sahip olduğu yüksek gün ışığı geçirgenlik ve güneş ısısı yansıtıcılık değerleriyle ısı ve güneş kontrolü sağlamaktadır. Low-E kaplamalar, pirolitik yöntem ve manyetik alan destekli sıçratma yöntemi olmak üzere iki farklı şekilde üretilmektedir ve üretim yöntemlerine bağlı olarak farklı optik ve mekanik özellikler göstermektedir. Pirolitik yöntemle Low-E kaplama üretimi, üretim hattındaki düz camın katkılı metal oksit malzeme ile kaplanmasına dayanmaktadır. KBB yöntemlerinden biri olan pirolitik yöntemle Low-E kaplama üretimi, yüksek sıcaklık koşullarında belirli kimyasal reaksiyonlar sonucu gerçekleştiğinden dolayı kaplama ile cam arasında kovalent bağlar oluşmakta, bu sayede yüksek yapışma derecesine ve dolayısıyla yüksek çizilme direncine sahip kaplamalar üretilmektedir. Diğer bir Low-E kaplama yöntemi ise FBB yöntemlerinden biri olan manyetik alan destekli sıçratma yöntemidir. Bu yöntemle Low-E kaplama üretimi, hedef malzeme yüzey atomlarının hızlandırılmış iyonlarla kopartılarak cam üzerinde biriktirilmesi esasına dayanmaktadır. Manyetik alan destekli sıçratma yöntemi ile üretilen Low-E kaplamalar, fiziksel bağlarla bağlı çok katmanlı yapıya sahiptir. Çok katmanlı Low-E kaplamalar, sahip olduğu fiziksel bağlar sebebiyle ve buna ek olarak katman malzemelerinin özelliklerine, katmanların dizilimine ve biriktirme parametrelerine bağlı olarak oluşabilecek iç gerilmeler sonucu düşük çizilme direnci göstermektedir. Ancak düşük çizilme direnci göstermesine karşın, pirolitik yöntemle üretilen sert Low-E kaplamalara göre daha düşük yayınım değeri ve daha yüksek optik seçiciliğe sahiptir. Buna ek olarak, manyetik alan destekli sıçratma yöntemi, yüksek biriktirme hızında kaplama imkânı sağlaması ve geniş ölçekli endüstriyel üretime uygun olması bakımından avantaj sağlamaktadır. Bu sebeplerle, Low-E kaplamaların üretiminde yaygın olarak manyetik alan destekli sıçratma yöntemi kullanılmaktadır. Çok katmanlı Low-E kaplamalar, gösterdikleri düşük çizilme direnci sebebiyle ısıcam ünitesi haline getirilerek atmosferle temas etmeyecek şekilde kullanılmaktadır. Bu doğrultuda üretim hattından çıkan Low-E kaplamalı cam, taşıma, kesme, işleme, yıkama gibi aşamalardan geçirilerek ısı cam ünitesi haline getirilmektedir. Ancak bu aşamalarda, sahip oldukları düşük çizilme direnci sebebiyle, kaplama yüzeyinde görülebilir çizik hasarları meydana gelebilmektedir. Görülebilir çizik hasarları, üretim maliyetini artırmakta ve çözülmesi gereken bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Literatür çalışmaları ve konu ile ilgili patentler incelendiğinde, düşük çizilme direnci gösteren Low-E kaplamalı camların çizilme dirençlerinin iki temel yaklaşımla geliştirildiği sonucuna varılmıştır. Birinci yaklaşımda, Low-E kaplamanın üzerine son katman olarak çizilme direnci yüksek bir malzeme geliştirilerek kaplama sisteminin çizilme direncini artırmak amaçlanılmaktadır. İkinci yaklaşımda ise, katman tasarımlarının değiştirilmesi ve biriktirme parametrelerinin optimize edilmesi ile minimum iç gerilmelere sahip kaplamalar üretilerek çizilme direncini artırmak amaçlanılmaktadır. Bu çalışmada birinci yaklaşım üzerinden gidilerek, düşük çizilme direnci gösteren bir Low-E kaplamanın üzerine son katman kaplama geliştirilerek çizilme direncinin artırılması amaçlanmıştır. Ancak, Low-E kaplamalı camların görülebilir çizik oluşumuna karşı dirençlerini belirlemek için standart bir ölçüm metodu bulunmamaktadır. Bu doğrultuda, deneysel çalışmaların ilk aşamasında, Low-E kaplamalı camların görülebilir çizik oluşumuna karşı direncini ölçmek ve bir kalite kriteri belirlemek amacıyla test metodu geliştirilmiştir. Bu doğrultuda, test metodu geliştirme aşamasında yüksek çizilme direnci gösterdiği bilinen çok katmanlı Low-E kaplamalı bir cam referans alınarak, minimum görülebilir çiziklerin oluştuğu test koşullarını bulmak amaçlanmıştır. Deneysel çalışmaların ikinci aşamasında ise, düşük çizilme direnci gösterdiği bilinen çok katmanlı Low-E kaplamalı bir cam seçilmiş ve bu cam üzerine farklı malzemeler kullanılarak üç ayrı kalınlıkta son katman kaplamalar yapılmış ve çizilme direncinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Son katman kaplama sonrası çizilme direnci, deneysel çalışmaların ilk aşamasında belirlenen test metodu kullanılarak ölçülmüş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Deneysel çalışmalar süresince, test metodu geliştirmek için yüksek çizilme direncine sahip Low-E kaplamalı cam, çizilme direncinin geliştirilmesi için ise düşük çizilme direncine sahip Low-E kaplamalı cam kullanılmıştır. Her iki Low-E kaplamalı cam, manyetik alan destekli sıçratma yöntemiyle üretilen ancak farklı optik ve mekanik özelliklere sahip kaplamalı camlardır. Deneysel çalışmaların ilk aşamasında, kalite kriteri belirlemek amacıyla Nanovea model nanomekanik test cihazı kullanılarak, farklı yarıçap ve geometrilere sahip batıcı uçlar kullanılarak çizik testleri yapılmış ve yüksek çizilme direnci gösteren referans Low-E kaplamalı cam yüzeyinde gözle görülebilir minimum çiziklerin oluştuğu test koşulları aranmıştır. Çizik testleri sonrası, 25 mikron yarıçaplı, 900 açıya sahip küresel konik elmas uç kullanılarak, 300mN sabit yük altında yapılan çizik testlerinde, referans Low-E kaplamalı cam yüzeyinde oluşturulan çiziklerin gözle görülebilir minimum çizikler olduğu saptanmış ve bu koşullar kalite kriteri olarak belirlenmiştir. Aynı koşullarda çizik testi, düşük çizilme direncine sahip Low-E kaplamalı cama uygulandığında, oluşan çiziklerin belirgin bir şekilde gözle görülebilir olduğu saptanmıştır. Gözle muayenenin yanı sıra, her iki cam yüzeyinde oluşturulan çiziklerin boyutları AFM ile ölçülmüş ve çiziklerin boyutları karşılaştırılmıştır. AFM sonuçlarına göre, yüksek çizilme direnci gösteren Low-E kaplamalı cam üzerindeki çiziklerin beklenildiği gibi daha dar ve daha sığ olduğu sonucuna varılmıştır. Deneysel çalışmanın ikinci aşamasında, düşük çizilme direncine sahip Low-E kaplamalı cam üzerine manyetik alan destekli sıçratma yöntemi kullanılarak 5nm, 10nm ve 20nm kalınlıklarda SiNx, ZnSnOx, TiOx ve SiOx kaplamalar yapılmıştır. Son katman kaplama sonrası, deneysel çalışmanın ilk aşamasında belirlenen çizik testi koşullarında testler uygulanmış ve çizik testi sonrası oluşan çiziklerin boyutları AFM ile ölçülmüştür. AFM ölçümlerine göre, son katman kaplama sonrası en yüksek çizilme direncine 10nm TiOx son katman kaplama sonrası ulaşılmıştır. Yüksek çizilme direnci gösteren referans Low-E kaplamalı cam üzerinde ve düşük çizilme direnci gösteren Low-E kaplamalı cam üzerine 10nm TiOx son katman kaplama sonrası elde edilen cam üzerinde, kritik koşullarda yapılan çizik testi sonrası oluşan çiziklerin boyutlarının neredeyse aynı olduğu sonucuna varılmıştır. Bu doğrultuda her iki camın çizilme dirençlerinin aynı olduğu söylenebilmektedir. Ancak çiziklerin görülebilirlik dereceleri karşılaştırıldığında, referans Low-E kaplamalı cam üzerindeki çizikler gözle minimum derecede görülebilirken, 10nm TiOx kaplanmış Low-E üzerindeki çiziklerin belirgin olarak görülebildiği saptanmıştır. Bu durumun sebebi olarak, her iki camın sahip olduğu farklı optik performansın sonucu olarak, aynı boyutlardaki çiziklerin, kaplamanın rengine, yansımasına bağlı olarak görülebilirliği üzerinde etkili olduğu sonucuna varılmıştır.
Farklı mineral katkı içeren harç numunelerinin dayanım ve dayanıklılık özelliklerinin incelenmesi
Türkiye, yılda 120 milyon metreküpe yaklaşan beton üretimi ile Avrupa'da en çok beton üretimi yapan birinci, dünyada ise üçüncü ülke konumundadır. En önemli yapı malzemelerinin başında gelen betonun servis ömrü boyunca işlevini yerine getirebilmesine durabilite, dayanıklılık veya kalıcılık adı verilmektedir. Ülkemizde özellikle son yıllarda gelişen beton üretim teknolojileri ile birlikte üretilen betonun basınç dayanımının (yük taşıma kapasitesi) yanında durabilitesi (kalıcılık, dayanıklılık) de büyük önem kazanmıştır. Betonun günümüzde yapı elemanı olarak kullanım şekli olan betonarme ise betonun demir donatı ile biraraya gelmesi sonucu oluşan kompozit bir malzemedir ve donatı, betona üstün özellikler kazandırmaktadır. Betonun basınç dayanımındaki artış betonun birçok özelliği gibi durabilitesini de olumu olarak etkilemektedir. Ancak yeterli basınç dayanımını sağlayan betonarme bir eleman, tasarım açısından yeterli durabilite özelliklerine sahip değil ise kısa sürede kullanılamaz hale gelebilir ya da uzun vadede ilk üretim maliyetine varan bakım ve onarım masrafları doğurabilir. Örneğin 1999 yılında gerçekleşen Marmara depreminde yıkılan birçok binada donatı korozyonu nedeniyle donatıların neredeyse sadece izinin kaldığı gözlemlenmiştir. En az bakım ve onarım gerektirecek şekilde dizayn edilen betonarme yapılar, başlangıç gideri nispeten az olan fakat sık sık bakım gerektirecek yapılara göre çok daha ekonomiktir. Betonun bozulmasına yol açan etmenler fiziksel, mekanik ve kimyasal kökenli olabilmektedir. Fiziksel ve mekanik etmenlere donma-çözülme, darbe, aşınma, erozyon ve oyulma örnek olarak gösterilebilir. Kimyasal etmenlere ise alkali-agrega reaksiyonları, donatı korozyonu, karbonatlaşma, sülfat etkisi örnek verilebilir. Doğru tasarlanmış ve geçirimsiz bir beton, içerisinde yer alan donatıyı korozyondan koruyarak yapının dayanıklılığını istenen düzeyde tutar. Ancak betonun yeterli geçirimsizliğe sahip olmamasından dolayı zararlı iyonların betonun içerisine difüzyonu ya da karbonatlaşma ile betonun zamanla alkalinitesini kaybetmesi sonucu donatı korozyonu gerçekleşmektedir. Günümüzde donatı korozyonu betonarme yapılarda servis ömrünü belirleyen en önemli faktörlerin başında kabul edilmektedir. Bu tez çalışmasında, doğal zeolit minerali ve başka sanayi kollarının atık malzemesi konumundaki öğütülmüş yüksek fırın cürufu (YFC) ve borjips atığının tek başına ve belirli karışım oranlarında kombine şekilde harç numuneleri üretiminde kullanılmasının numunelerin basınç dayanım ve durabilite özellikleri üzerindeki etkisi araştırılacaktır. Harç numunelerinin hazırlanması ve basınç dayanımı testleri TS EN 933-1 standardına göre gerçekleştirilecektir. Harç numunelerinin klorür iyon geçirimliliği ve karbonatlaşma direnci üzerine durabilite deneyleri yapılacaktır. Klorür iyon geçirimliliği testleri ASTM C1202-12 ve NT BUILD 492 standardlarına göre, karbonatlaşma direnci testleri ise EN 13295 standardına göre gerçekleştirilecektir. Çalışma sonucunda doğal zeolit mineralinin belirli oranlarda harç numuneleri içerisinde kullanılmasının, özellikle dayanım ve durabilite özelliklerine kayda değer bir olumsuz etkisinin olmadığı söylenebilmektedir. Başka sanayi kollarının atık malzemesi durumundaki yüksek fırın cürufu (YFC) ve borjips atığının ise durabilite özellikleri ile birlikte değerlendirildiğinde üretim amacına yönelik olarak belirli oranlarda harç numuneleri içerisinde kullanılabileceği görülmüştür. Bu çalışmanın deneyleri gerçekleştirilenatık malzemelerin beton üretiminde çimento yerine ikame edilerek kullanılabilmesi yönüyle, çevre duyarlılığının büyük önem kazandığı günümüzde atık malzemelerin bertarafına katkı sağlayacağı ve üretim prosesi sırasında yüksek oranda karbondioksit emisyonuna sebebiyet veren çimentoya olan ihtiyacı azaltacağı düşünülmektedir.
Bakır içeren çeliklerde bakır etkisinin proses parametresi ile ilişkisi
Çelik üretiminde kullanılan hammaddelerden gelen ve giderilemeyen (rafine edilemeyen) kalıntı elementlerden bakır ve kalay gibi ergime sıcaklığı düşük elementler, çeliğin dökümünde katılaşması sırasında segrege olarak çeliğin özelliklerinin sağlanmasında sorun yaratmaktadır. Günümüzde, çelik üretiminde hurda kullanarak üretim yapmak kaçınılmaz olmuştur. Endüstriyel ürün ağırlıklı eski hurdanın kullanılan hurda içindeki oranının artmasına bağlı olarak çelikte biriken bakırın oranı artmıştır. Artan oran ''bakır etkisi'' ile çeliğin istenen özelliklerinin sağlanmasında sorun yaratmaktadır. Önerilen bu çalışmada çelik üretiminde giderilemeyen (rafine edilemeyen) kalıntı elementlerden olan bakırın çelikteki etkisinin; çeliğin bileşimindeki elementlerle ve proses parametreleriyle ilişkisi incelenecektir. Belirli seviyede bakır bulunduran düşük karbonlu çeliğe seçilmiş bazı alaşım elementleri ekleyerek, sıvı çeliğin katılaşması, haddelenmesi, ısıl işlemi gibi üretim süreçleri, ''bakır etkisi'' kapsamında incelenecektir. İncelemelerde günümüz karakterizasyon ve test teknikleri kullanılacaktır. Çalışmanın sonunda çelikte bakır etkisinin bileşim ve proses parametreleri ile ilişkisi ve prensipleri ve devamında ''bakır etkisini'' azaltan ve arttıran koşullar, çalışmanın kapsamı dahilinde, belirlenmiş olacaktır. Bu çalışma bilime ve özellikle %75 gibi yüksek oranda hurda kullanarak üretim yapan ülkemizin çelik sanayisine önemli katkılar sağlayacak bir çalışma niteliğindedir.
Sıvı ham demirdeki silisyum miktarının torpido içerisinde azaltılmasına yönelik çalışmalar
Entegre çelik tesislerinde yüksek fırında üretilen sıvı ham demir çelikhanenin talep ettiği kimyasal analize ve sıcaklığa sahip olmalıdır. Sıvı ham demir kimyasal analizinde bulunan silisyum bu kritik elementlerden biridir. Sıvı ham demirde yer alan silisyumun büyük bölümü çelik üretiminde kullanılan konvertörlerde üflenen saf oksijenle yanarak silisyum dioksite dönüşmektedir. Bu yanma sırasında açığa çıkan yüksek enerji, sıvı ham demirle birlikte çeliğe ilave edilen hurdanın eritilmesinde kullanılır. Sıvı ham demirde silisyum içeriği ne kadar yüksekse, bu yüksek miktardaki silisyumun yanması sırasında ortaya çıkan enerjiyi kompanse edebilmek için o oranda hurda kullanımı artış göstermektedir. Çelik üretiminde hurda kullanımı belirli bir oranın üzerinde olduğunda üretim maliyetinin artması, proseste yaşanan zorluklar ve verim kaybı nedeniyle tercih edilmez. Hurda fiyatları spekülatif fiyat hareketlerinin olduğu dönemler hariç sıvı ham demir maliyetlerinin üzerinde seyretmektedir. Sıvı ham demir içerisindeki fazla silisyum konvertör prosesinde silisyum dioksite dönüşürken, hedeflenen bazitenin tutturulabilmesi için daha fazla kalsiyum oksit ilavesi gerektirir. Oluşan fazla cüruf taşmalara neden olur. Bunun sonucu olarak ısı ve metal kayıpları yaşanmaktadır. Hurda kullanımı artışına bağlı olarak empürite elementlerin sürece girişinin kontrolü zorlaşmaktadır. Bu da hedeflenen çelik kalitelerinin kontrolünü zorlaştırmaktadır. Dolayısı ile sıvı ham demir içerisindeki silisyumun miktarının kontrol edilmesi, istikrarlı, verimli ve kaliteli bir çelik üretim süreci için önemlidir. Silisyum, yüksek fırına şarj malzemeleri ile silisyum dioksit formunda girmektedir. İndirgeyici ortam koşullarında bir bölümü indirgenerek silisyum halinde dönüşür ve sıvı ham demire geçer. Yüksek fırın ısıl durumuna göre metal ve cüruf fazlarına geçişi değişim gösterir. Isıl durum potansiyeli arttıkça sıvı ham demir içerindeki silisyum miktarı da artış göstermektedir. Yüksek fırın prosesi kaynaklı bu tür dalgalanmalar oluştuğunda istikrarlı çelik üretim prosesi de bu dalgalanmalardan olumsuz etkilenmektedir. Sıvı ham demir içerisindeki silisyumun yüksek fırın prosesinde minimize edilmesinin sınırlı olması sebebiyle ön işlem yoluyla azaltılmasına yönelik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Yüksek fırın döküm kanallarında, yüksek fırın ve çelikhane arasındaki bir istasyonda silisyumun düşürülmesi sağlanabilmektedir. Bu çalışmada sıvı ham demir içerisindeki silisyum miktarının azaltılmasına yönelik için, yüksek fırın döküm kanallarına demir oksit kaynağı olarak kullanılan tufalın ilavesi gerçekleştirilmiştir. İlave dilen tufal miktarına bağlı olarak alınan numunelerdeki silisyumun azaltılma oranı incelenmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda sıvı ham demire ilave edilen tufal miktarının artırılmasına paralel olarak silisyum miktarında artan oranda azalma olduğu görülmektedir.
Enjeksiyon döküm kalıplarına uygulanan farklı kaplamaların kalıp ömrüne etkisi
Yerkabuğunda yaklaşık %8 civarında bulunan alüminyum, oksijen ve silisyumdan sonra en çok bulunan element olarak bilinmektedir. Periyodik cetvelin 3A grubunda yer alan, +3 değerlikli, 26,89 atom ağırlığına sahip alüminyumun 20 oC'deki yoğunluğu 2,7 gr/cm3, ergime noktası 659,8°C, kaynama noktası 2450°C'dir. Hafifliği, alaşımlandırıldığında yeterli mukavemeti, tekrar kullanılabilirliği, ışık ve ısı yansıtıcılığı, işlenebilirliği, yüksek korozyon dayanımı, şekillendirilebilirliği, yüksek ısı ve elektrik iletkenliği, çekilebilirliği ve dövülebilirliği alüminyumu diğer metallerden ayıran özellikleridir. Demirden üç kat daha hafif olan bu element, diğer elementlerle alaşımlandırılarak demire yakın mukavemet kazanabilmektedir. Birincil tip ve iikincil tip olmak üzere iki tip alüminyum üretimi mencuttur. Birincil alüminyum üretimi yüksek yatırım maliyeti olan elektroliz hücrelerinde yapılır. İkincil alüminyum üretimi ise maliyeti daha düşük olan hurdadan eritilip geri dönüşümle gerçekleştirilir. Alüminyumu cevherden üretimine göre daha ekonomik olan hurdadan elde etmek günümüzde yaygın olarak yapılmaktadır. Alüminyum ve alaşımları demir dışı metaller arasında en yaygın üretilen metallerdir. Daha hafif malzeme kullanmak eğilimi alüminyum ve alaşımlarının üretimini hızlandırmıştır. Geri dönüşümü kolay ve çevreye zararsız olan alüminyum ve alaşımları inşaat, havacılık, otomotiv, makine, dekorasyon ve pek çok diğer alanlarda kullanılmaktadır. Alaşımlardırılarak yüksek mekanik özellik sergileyen Alüminyum-Silisyum alaşımları alüminyum döküm endüstrisinde en çok kullanılan alaşımlardan biridir. Silisyum alüminyuma yüksek akışkanlık sağlamaktadır. Ayrıca Al-Si alaşımları ince kesittli ve karmaşık geometriye sahip parçaların dökümünü de kolaylaştırmaktadır. Cu ve Mg gibi elementler Al-Si alaşımlarının yaşlandırma özelliği geliştirirken, tane küçültme ve modifikasyon işlemleri ile mukavemet özelliği artırılmaktadır. Alüminyum alaşımları genellikle döküm yöntemiyle elde edilmektedir. Kum kalıba ve kokil kalıba döküm en eski üretim yöntemidir. Ancak artan teknolojik gelişmelerle basınçlı döküm ve hassas döküm yöntemleriyle de alüminyum ve alaşımları üretilmektedir. Özellikle basınçlı döküm yöntemi kullanımı hızla artmaktadır. Yüksek basınçlı ve alçak basınçlı döküm yöntemleri ise en çok karşılaşılan basınçlı döküm metodlarıdır. Yüksek basınçlı döküm yöntemi ile alüminyum ve alaşımlarını seri bir şekilde üretmek mümkün olmaktadır. Bu döküm yöntemi ile birim zamanda daha fazla parça elde edilmektedir. Yüksek basınçlı döküm beş aşamadan oluşmaktadır. Birincisi kalıbın kapanmasıdır. Daha sonra yüksek basınç ve hızla ergiyik alüminyumun kalıba doldurulmasıdır. Üçümcü aşama kalıba dolan sıvı metal katılaştıktan sonra kalıp açılması ve parçanın çıkarılmasıdır. En son olarakta kalıba yağ ve hava püskürtülerek döküm döngüsüne tekrar hazır hale getirilmesidir. Yüksek basınçlı döküm yönteminde sağlam parça elde etmek üç ana etkene bağlıdır. Birincisi döküm makinası, ikincisi döküm parametreleri ve üçüncüsü ise kalıp tasarımıdır. Yüksek basınçlı dökümde soğuk kamaralı ve sıcak kamaralı olmak üzere iki çeşit döküm makinası kullanılmaktadır. Sıcak kamarılı döküm prosesinde metal pompası, sıvı metal içerisine batırılmıştır ve metal ile aynı sıcaklıktadır. Soğuk kamaralı döküm prosesinde ise metal pompası ergitme potasından bağımsızdır. Bu yöntemde sıvı metal kepçe veya robotik sistemlerle döküm sistemine taşınır. Alüminyum ve alaşımları demire olan ilgisinden dolayı soğuk kamaralı döküm makinalarında üretimi daha çok tercih edilmektedir. Soğuk kamaralı döküm makinası enjeksiyon silindiri, piston kolu, piston, maden silindiri, sabit mengene, hareketli mengene, itici mekanizma kutusu, mafsallı manivela, manivela burçları, vidalı kapama donanımı ve kapama silindirinden oluşur. Yüksek basınçlı dökümde ideal döküm parametreleri ile istenilen kalitede parça elde edilir. Döküm makinasına birinci faz, ikinci faz ve üçüncü faz değerlerinin girilmesi gerekmektedir. Azot basıncı ile pompa basıncının da ayarlanması gerekmektedir. Bunlara ek olarak katılaşma süresi, kalıp açma süreleri gibi parametrelerin bilinmesi, yağlama ve hava tutma ayarlarının yapılması sağlam parça elde etmek için önem taşımaktadır. Yüksek basınçlı döküm kalıplarının (enjeksiyon kalıbı) tasarımı parça kalitesini etkileyen diğer bir unsurdur. Eğer kalıp tasarımında hata varsa üretiminde aksamalar ve duruşlar yaşanır. Kalıp yüzeyleri birbirlerine uyumlu şekilde karşılamalıdır. Tasarımda sıvı metalin kalıp boşluğuna rahat akabileceği yolluk ve kanallar açılmalıdır. Kalıp içerisindeki havayı atabilmek için uygun hava tahliye kanalları veya cepleri yapılmalıdır. Ayrıca maça kullanılacaksa maçaların yönü iyi ayarlanmalıdır. Ayrıca kalıp çeliğinin kalitesi kalıp ömrü açısından önem teşkil etmektedir. Alüminyum enjeksiyon kalıpları aşırı termal ve mekanik gerilmelere maruz kaldığı için termal yorulma, erozyon, korozyon ve aşınma yaygın olarak karşılaşılan kalıp hasar mekanizmalarıdır. Ayrıca basınçlı döküm yönteminde yapışma problemi de meydana gelmektedir. Bütün olumsuz etkenler üretimde duruşları artırmakta, parçada ölçüsel problemleri oluşturmakta ve kalıp kullanım süresini kısaltmaktadır. Üretimde meydana gelen bu sorunlar basınçlı döküm yönteminde maliyetleri yükseltmektedir. Ayrıca alüminyum enjeksiyonunda makine yatırımından sonra en yüksek maliyete sahip olan enjeksiyon döküm kalıplarının en az 100000 baskı döküm yapması beklenir. Bu nedenle basınçlı döküm kalıplarının çalışma ömrünü artırmak son yıllarda en çok çalışılan konulardan biridir. Döküm kalıplarının kullanım süresini artırmak için iki yol izlenmektedir. Birincisi döküm esnasında kalıbı yağlama ve soğutma sistemi ile korumaktır. İkincisi ise kalıp çeliğinin yüzey özelliğini geliştirmektir. Termomekanik yüzey işlemleri, sert kaplama uygulamaları enjeksiyon döküm yönteminde kalıp hasarlarını önlemeye yönelik yapılan işlemlerdir. Nitrasyon, nitrokarbürizasyon veya borlama en yaygın yüzey modifiye etme medotlarıdır. Ayrıca kalıp çeliklerine PVD veya CVD yöntemleri ile sert seramik kaplamak son yıllarda yaygınlaşan bir kalıp ömrü uzatma yoludur. Gaz veya plazma nitrasyon işlemi ile kalıp çeliğinin termal yorulma dayanımı artılmak amaçlanmaktadır. Sert kaplamalar yapışma ve erozyon dayanımı için yarar sağlamaktadır. Oksidasyon dayanımı yüksek olması nedeniyle TiAlN en yaygın uygulanan kaplama türüdür. AlCrN kaplama ise TiAlN kaplamadan daha sert ve daha iyi oksidasyon dayanımına sahip olması nedeniyle enjeksiyon kalıplarında uygulanmaktadır. DLC (eşmas benzeri karbon) kaplamalar ise genellikle çeliklerin aşınma özelliklerinin geliştirmek için tercih edilmektedir. Bu çalışmada alüminyum enjeksiyon kalıp pimlerine önce ıslah işlemi yapılmıştır. Daha sonra plazma nitrasyon uygulanarak pimlerin yüzey sertlikleri artırılmıştır. Plazma nitrasyon üzerine PVD yöntimi ile TiAlN ve AlCrN kaplama, PECVD yöntemi ile de DLC kaplama yapılarak pimlerin yüzey özellikleri daha fazla geliştirilmiştir. En son olarak plazma nitrasyon üzerine PVD ile TiAlN ve AlCrN kaplamalı pimlere PECVD ile DLC kaplanarak çift kaplamalı numuneler elde edilmiştir. Plazma nitrasyonlu (kaplamasız), TiAlN, AlCrN, DLC, TiAlN/DLC ve AlCrN/DLC kaplamalı pimler alüminyum enjeksiyon dökümde 2000, 4000 ve 6000 baskı dökümde kullanılmıştır. Seri üretim şartlarında kullanılan pimlerin 2000, 4000 ve 6000 baskı döküm sonrasında yapışma dayanımı, erozyon dayanımı ve çatlak oluşumu incelenmiştir. Yapışma ve erozyon dayanımı için pimlerin döküm öncesi ve sonrası kütleleri tartılmıştır. Çatlak uzunluğu için optik mikroskop ile çatlak boyu ölçümü yapılmıştır. Vikers mikrosertlik ölçümü ile kaplamaların sertlik değerleri karşılaştırılmıştır. Kaplama görüntüleri hem optik mikroskopta hem de taramalı elektron mikroskobunda incelenmiştir. XRD ve Raman spektroskopisi ile kaplamaların faz analiz yapılmıştır. Genellikle baskı sayısı ile yapışma miktarı, erozyon miktarı, toplam çatlak uzunluğu ve ortalama çatlak uzunluğunun arttığı görülmüştür. Tek kaplamaların yapışma ve erozyon dayanımı çift kaplamalardan daha iyi sonuç sergilemiştir. AlCrN kaplama en iyi erozyon dayanımına sahiptir. Yapışma miktarı ile erozyon miktarı, toplam çatlak uzunluğu ve ortala çatlak uzunluğunun arttığı gözlemlenmiştir. Genel olarak erozyon miktarı ile toplam çatlak uzunluğu ve ortalama çatlak uzunluğu artmıştır. Genellikle toplam çatlak uzunluğu ile ortalama çatlak uzunluğu artmıştır. Çatlak oluşumu en erken AlCrN kaplamada gerçekleşmiştir. 4000 baskı sonra bütün kaplamalarda çatlak oluşmuştur. DLC kaplamanın döküm deneyleri sonrasında yapısının bozulduğu anlaşılmıştır. Deney sonunda kaplamasız (nitrasyonlu) numune referans alınarak diğer numunelerin relatif hasar değerleri hesaplanmıştır. Bu değerlere göre 2000 baskı sonrasında TiAlN kaplama en iyi peformans sergilerken, 4000 ve 6000 baskı sonrasında DLC kaplama en iyi performans göstermiştir.
Düşük miktarda altın içeren bizmut-kalay atığından altın geri kazanımı
Altın eski çağlardan beri insanlar için önemli olmuş ve bu yüzden de çok yüksek miktarlarda kullanılmıştır. Bu yüksek talebin karşılanabilmesi için dünyada çok büyük miktarlarda altın üretimi yapılmakta ve üretim sırasında çeşitli oranlarda altın içeren atıklar oluşmaktadır. Değerli metal özellikle altın üretimi yapan fabrikalarda çıkan atık da değerli olduğu için altının geri kazanımı önemlidir. Firmalar tesis içinde kendi imkânlarıyla (ergitme ve kül etme) bu atıklardan altını geri kazanmaktadır. Ancak, düşük miktarda altın içeren elektroform, cila tozları, lavabo suları, havalandırma tozları, arıtma su çamuru gibi karmaşık yapıda olan ramatlarda altının geri kazanılmasında bazı teknik problemler çıkmakta, çevre kirliliğine sebep olmakta ve yüksek verimle altının eldesi mümkün olamamaktadır. Bizmut-Kalay-Altın içeren elektroform ramatının atık olarak karmaşık bir yapıda olması altın içeriğinin belirlenebilmesi için uygun numune alınmasını olanaksız hale getirmektedir. Bu sorunu giderebilmek ve analiz yapılmaya uygun numune almayı sağlayabilmek amacıyla ramat parçalarına ön işlemler uygulanmış; üç boyutlu karıştırıcıda 1 saat karıştırılarak kül homojen hale getirilmiştir. Daha sonra altın kral suyu (3HCl + HNO3) ile liç edilmiş, altının çözeltiye geçmesi sağlanmıştır. Çözeltiye geçen altın, sodyumbisülfit kullanarak kimyasal çöktürme ile kral suyunda bulunan altın geri kazanılmıştır. Yapılan tüm deneylerde sıcaklık, süre, karıştırma hızı ve süresi, kimyasal çöktürücü kullanımı gibi parametreler üzerinde optimum şartlar belirlenmiştir. Belirlenen optimum şartlarda; kral suyundan altın sodyumbisülfit kullanarak çöktürülmüştür. Çöktürülen altın çamuru kurutulmuş sertlik değeri ölçülmüştür. Mikroyapısı incelenmek üzere krom regia kullanarak dağlanmıştır. Bu çalışmanın amacı; ülkemizde altın geri kazanımı sırasında çevresel faktörler hiçe sayılarak ve ilkel metotlar kullanılarak, altın kaybı pahasına uygulanan yöntemlere alternatif bir proses geliştirmek ve optimizasyonunu sağlamaktır. Çalışmada karmaşık yapısı dolayısıyla geri kazanım işleminin zor olduğu elektroform ramatından altının çevre dostu bir şekilde ve yüksek verimle elde edilmesi amaçlanmaktadır.
FeNiCoCu yüksek entropili alaşımlarının ultrasonik sprey piroliz tekniği ile üretimi ve karakterizasyonu
Yüksek Entropili Alaşımlar, (YEA'lar) Metalurji ve Malzeme Mühendisliği'nin yeni ve ilgi çeken araştırma alanı haline gelmiştir. Gün geçtikçe, bu yeni araştırma alanı, üretilen yüksek entropili alaşımların ortaya çıkardığı daha özgün ve üstün özellikler ve geniş işlevsel ve yapısal uygulamalarda kullanılabilir olması ile önemini gittikçe artırmaktadır. Günümüze kadar, geleneksel alaşım sistemlerinin geliştirilmesi, bir veya iki ana element içeren alaşımlara diğer alaşımlama elementlerinin az miktarda eklenmesiyle özelliklerin geliştirilmesi esasına dayanmaktayken, yüksek entropili alaşımlar ise, çok sayıdaki elementin eşit veya eşite yakın oranlarda karıştırılmasıyla üretilirler ve intermetalik veya amorf fazlar yerine basit katı çözelti fazları ile oluşmaya eğilimlidirler. Şimdiye kadarki çalışmaların çoğu, yüksek entropili alaşımların nanoyapıda oluştuğunu raporlamıştır. Nanoyapılı malzemeler ilk defa sentezlendiği günden bu yana üstün özellikleriyle dikkat çekmiştir. Nanoyapılı metaller genellikle arzu edilen kimyasal, mekanik, manyetik, elektronik ve optik özellikler sergilerler. Nanoyapıdaki metallerin sentezlenmesi için farklı yöntemlerin geliştirilmesi, uygulama alanlarının genişliği nedeniyle büyük ilgi çekmiştir. Nanoyapıdaki malzemelerin sentezi için kullanılan prosesin partikül morfolojisi, parçacık boyutu, boyut dağılımı ve kompozisyonu gibi parçacık karakteristiklerini kontrol etmesi önemlidir. Ultrasonik Sprey Piroliz (USP) yöntemi, arzu edilen parçacık morfolojileri, boyutları ve kompozisyonları ile yüksek saflık ve boyut kontrollü parçacıklar elde edilmesini sağlayan bir nanopartikül üretim yöntemidir. Bu çalışmanın amacı, FeNiCoCu Yüksek Entropi Alaşım partiküllerinin Ultrasonik Sprey Piroliz – Hidrojen Redüksiyonu (USP-HR) yöntemi ile üretmek ve elde edilen partiküller üzerinde üretim parametrelerinin etkilerini belirlemektir. Yapılan deneyler ile sıcaklık ve başlangıç çözelti molaritesinin elde edilen partiküller üzerindeki etkisi incelenmiştir. Farklı parametreler ile üretilen FeNiCoCu yüksek entropili alaşımlarının karakterizasyonu, X-ışınları kırınımı (XRD), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Enerji Dağılım Spektrometresi (EDS) ve X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) ile gerçekleştirilmiştir. Üretilen partiküllerin karakterizasyon çalışmaları sonucunda, parçacıkların tüm indirgenme sıcaklıklarında ve başlangıç çözeltisi molaritelerinde küresel ve dar boyut aralığında olduğu saptanmıştır. Artan redüksiyon sıcaklığı ile ortalama partikül boyutlarının artma eğilimi gösterdiği gözlenmiştir. Aynı şekilde, artan çözelti konsantrasyonları ile daha büyük partiküller elde edilmiştir. SEM görüntülerinde, mikron-altı boyuttaki partiküllerin daha küçük boyuttaki nanokristalin partiküllerin aglomerasyonu ile oluştukları görülmüştür. XPS karakterizasyonu ile USP-HR yöntemiyle üretilen yüksek entropi alaşımlı alaşım nanopartiküllerin yüzeyinde ince bir Cu tabakası bulunmuştur ve elde edilen FeNiCoCu YEA partiküllerinin hibrid nanopartikül olarak tanımlanabileceği değerlendirilmiştir.
Titanyum ilavesinin nikel alüminyum bronzunun yapı ve özelliklerine etkisi
Bakır yüksek iletkenliği ve korozyon dayanımı ile tanınan bir metaldir. Ancak düşük mukavemeti bu metalin belirli özelliklerini iyileştirme ihtiyacı doğurmuştur. Bakırın kalay ile alaşımlandırılması sonucu bronz çağı başlamış ve demir çağına kadar bakır alaşımları yaygın olarak kullanılmıştır. Günümüzde ise bakır alaşımları korozyon dayanımı, aşınma dayanımı gibi özellikler gerektiren özel uygulamalarda tercih edilmektedir. Alüminyum bronzu grubunda bulunan nikel alüminyum bronzları üstün korozyon ve aşınma dayanımı özelliklerine yüksek mukavemet ile birlikte sahip olmaları nedeniyle denizcilik başta olmak üzere pek çok alanda kullanılmaktadır. Literatürde nikel alüminyum bronzlarının bu üstün özelliklerini daha da ilerletmek amacıyla gerçekleştirilmiş çok sayıda çalışma yer almaktadır. Farklı yaklaşımlarla gerçekleştirilen bu çalışmalar içerisinde en düşük maliyetli olan ve yüzey işlemlerine kıyasla alaşımın tamamının özelliklerine iyileştiren çalışmalar farklı alaşım elementi ilaveleri ile gerçekleştirilmiştir. Krom, gümüş, boron ve kurşun gibi ilavelerle malzeme özelliklerinde ilerlemeler raporlanmıştır. Nikel içermeyen alüminyum bronzuna yapılan titanyum ilavesinin aşınma hızını düşürdüğü ve mekanik özellikleri iyileştirdiği literatürde yer almaktadır. Bu çalışmada farklı oranlarda titanyum ilavesinin nikel alüminyum bronzunun mekanik özelliklerine, mikroyapısına ve aşınma dayanımına olan etkilerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla döküm yöntemi ile iki farklı oranda titanyum içeren nikel alüminyum bronzu üretilmiş, yine çalışma kapsamında üretimi gerçekleştirilen titanyum içermeyen alaşım ile özellikleri kıyaslanmıştır. Döküm malzemeler sıcak dövme işlemine tabi tutulmuş, hem döküm durumda hemde dövme sonrasında alaşımların mikroyapıları incelenmiş, mekanik testler ve aşınma testleri gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında alaşımlara normalizasyon, su verme ve yaşlandırma ısıl işlemleri uygulanmış, ısıl işlem sonrası alaşımların mikroyapıları incelenmiş ve sertlik ölçümleri yapılmıştır. Çalışma sonucunda döküm alaşımlardan düşük miktarda titanyum içeren alaşımın akma mukavemeti ve sertliğinde bir miktar iyileşme olduğu ancak her üç alaşımında aşınma daynımlarının benzer olduğu saptanmıştır. Isıl işlemler sonrasında titanyum içermeyen alaşıma kıyasla düşük miktarda titanyum içeren alaşımın sertliğinin küçük bir miktar daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Titanyum içeriğinin yükselmesiyle birlikte alaşım mikroyapısında yumuşak faz miktarının artışı nedeniyle mekanik özelliklerde düşüş görülmüş, yapıda bulunan sert fazların irileşmesi sonucu tokluk değerleri de düşmüştür. Yüksek titanyum oranında mikroyapı kaynaklı aynı etkinin ısıl işlemler sonrasında da devam ettiği belirlenmiştir. Dövme sonucu farklı oranlarda titanyum içeren malzemelerin tamamının çekme dayanımları ve sertlikleri yükselmiştir. Ancak aşınma dayanımlarında kayda değer bir fark görülmemiştir.
The effect of surface roughness on mechanical behavior of commercially pure titanium implants produced by selective laser melting
Implants produced by selective laser melting (SLM) have differentiating surface roughness caused by the process itself and applied surface treatments. Since surface quality and mechanical properties are critical parameters for implants and surface roughness is a known factor for stress concentration, it is aimed to investigate the effect of surface roughness on commercially pure titanium implants produced by SLM. Surface roughness is affected by several process parameters but this study focuses on the effect of position and orientation on surface roughness. First step is specified as determining the roughness measurement method ideal for this work. Therefore, 3 different roughness measurement methods as in confocal microscopy (CM), tactile profilometer and scanning electron microcopy (SEM) are compared by using the most common surface roughness parameter, Ra. Secondly, in order to determine the effect of position and orientation on surface roughness and determine roughness ranges across the build chamber, a build is designed with parts at 15 different positions with 6 different orientations that are specified considering the location of laser. Finally, for mechanical characterization, tensile bars are designed considering both the standards stated for tensile and fatigue test. Some parts are also post processed to see the post processing effect. For every position, 5 samples are subjected to tensile testing with 5 MPa pre-load until the part failure so that the average yield stress and UTS for every position are determined. Calculated average yield stresses are used to calculate fatigue test input. 5 stress levels are determined and 2 samples for low cycle, 3 samples for high cycle fatigue data are tested with load controlled, tension-tension fatigue test set-up with 60Hz frequency and R of 0.1. Surface finishing is differentiated by MPP and SB in addition to as-built form. Some samples are post processed with the standard post process of Materialise. Sand blasting and anodization are applied while for SB samples only sandblasting is applied. Then samples are tested to see pp effect on surface roughness and mechanical behavior. When the results are analyzed considering the roughness range and sample amount, the ideal roughness measurement method is determined as tactile profilometer because of its capability, repeatability, practical application and effectiveness if time and cost. The roughness range across the build plate is quantified for different positions and measured Ra values are in the range of 7 to 24 µm across the build plate. It is also concluded that at the right bottom side of the build chamber, and for the orientations perpendicular to the laser beam, surface roughness increases. Relation between Rz and thickness is specified and an equation is suggested to eliminate the effect of roughness on thickness. Since the thickness is effective on cross section calculations used for mechanical characterization, suggested equation is used to recalculate stress values measured with tensile and fatigue tests. Even though measured tensile and fatigue results indicate that increased surface roughness has a negative effect on tensile strength and fatigue life, recalculated tensile and fatigue results display no difference occurs with varying surface roughness. Therefore, it is shown that surface roughness has an effect on thickness hence has an effect on cross section that is affecting fatigue and tensile test results but it does not have a real significant effect on mechanical behavior of SLM printed cpTi parts.
Sıcak haddelenmiş dp600 çeliğinin haddeleme parametrelerinin termal simülasyon ile optimizasyonu
Otomotiv endüstrisinin yakıt tasarrafu amaçlı ağırlık azaltımı talepleri ile birlikte Avrupa Birliği'nin gaz emisyonu ile ilgili regülasyonları, otomotiv üreticilerini belli tedbirler almaya zorlamıştır. Bu tedbirler ile ilgili en büyük yaptırımlar ise otomotiv üreticilerinin ana tedarikçilerinden olan çelik üreticilerine karşı uygulanmaktadır. Gelen istek ve talepler arasında en önemli payı, aynı mukavemet değerlerini daha düşük ağırlıklar ile sağlayabilecek çeliklerin geliştirilmesi almaktadır. Bu maksatla yapılan çalışmalar, farklı sınıf ve aileler ile geliştirilme süreci devam eden yeni nesil ileri yüksek mukavemetli (AHSS) çeliklerin tasarımı ve üretimi ile sonuçlanmıştır. DP çelikleri 1.nesil ileri yüksek mukavemetli çelikler ailesine dahil olup, günümüzde otomotiv gövde ve güvenlik aksamlarında sıklıkla kullanılmaktadır. Düşük akma mukavemetleri nispeten düşük yüklerde şekillendirilebilirliklerine katkı sağlarken, yüksek çekme mukavemetleri ise darbe dayanımlarını arttırmaktadır. Ayrıca yüksek deformasyon sertleşme üsteli, DP çeliklerini yüksek şekillenebilirlik gerektiren uygulamalarda aranan malzemelerden biri yapmaktadır. Sıcak haddelenmiş, soğuk haddelenmiş ve haddelendikten sonra galvaniz kaplanmış olarak pazarda yer almakla birlikte, sıcak haddelenmiş olarak üretimleri, Türkiye'de bulunan entegre demir-çelik tesislerinde halen mümkün kılınmaya çalışılmaktadır. Özellikle entegre demir-çelik tesislerindeki döküm tonajlarının yüksek oluşu, bununla birlikte sürekli döküm ve haddeleme sürecindeki proses bileşenlerinin oluşturduğu maliyetler, diğer çelik türlerinde olduğu gibi DP çeliklerinde de deneme maliyetlerini arttırmaktadır. Bu aşamada, optimum proses koşullarının belirlenmesi ve proseste meydana gelen değişimlerin iç yapı ve mekanik özelliklerle ilişkisinin kurulması adına reel proses denemeleri yerine, simülasyon yazılımlarının ve fiziksel simülasyonların tüm bu süreci simüle etmekte tatmin edici sonuçlar verip vermeyeceği gibi soruları doğurmuştur. Bu çalışmaya başlarken, bu sorulara verilebilecek yanıtlar ve bu yanıtlar ışığında tutarlı bir çıktı oluşturacak bilgilerin varlığının araştırılması amaçlanmıştır. Prosesten elde edilen mikroyapı ve malzeme özellikleri ile ilgili bilgi edinmek ya da o prosesi modellemek ve eksikleri düzeltmek adına proses ile ilgili değişikliklere gidilmek istendiğinde fiziksel simülasyon şart hale gelmektedir. Fiziksel simülasyonun laboratuvar koşullarında gerçekleştirilmesi ise Gleeble termo-mekanik simülasyon cihazı gibi benzer cihazlar ile mümkün hale gelmektedir. Fiziksel simülasyon ve yazılım simülasyonları birlikte kullanıldığında ise gerçek prosese olan yakınsama ihtimali daha da yükselmektedir. Bu sebeplerden ötürü, bu çalışmada sıcak haddelenmiş DP600 çelikleri ile Gleeble termo-mekanik ve fiziksel simülasyon cihazında başlatılan çalışmalar, JMatPro simülasyon yazılımından elde edilen CCT-TTT çıktıları ile birleştirilerek, tam döngülü bir haddeleme simülasyonunun tasarımı ile sonuçlanmıştır. Düzlemsel-deformasyon test modülü sıcak haddelemeyi simüle etmekte kullanılan en yaygın simülasyon araçlarından biridir. Gleeble cihazı düzlemsel-deformasyon test modülünde, sıcak haddehane krop makasından alınan ve deney çalışması için 10x15x20 mm boyutlarında işletilen dikdörtgenler prizması şeklindeki numuneler kullanılmıştır. Numune alınan bobinin, haddeleme sırasında geçtiği her bir haddeleme ayağı arasındaki giriş-çıkış kalınlığı, giriş-çıkış sıcaklığı, ezme miktarı, deformasyon miktarı, hat hızı ve şerit çıkışındaki duşlu masa bölgesindeki soğutma paternleri gibi proses değişkenleri ilgili tandem sıcak haddehanenin otomasyon kayıtlarından alınmıştır. Gleeble simülasyonlarında kullanılabilecek maksimum ezme kalınlığı 10 mm olduğundan, bu kalınlığın sıcak haddehanede yaklaşık olarak denk geldiği haddeleme ayağından itibaren haddeleme işlemi simüle edilmiştir. Bu sebeple 10 mm kalınlığındaki numunelere 6 ayaklı bir haddehanenin son 4 ayağındaki ezme işlemleri uygulanmış, hemen devamındaki proseste ise DP çeliğe duşlu masa bölgesinde uygulanan kademeli soğutma döngüsü ile simülasyon tamamlanmıştır. Farklı simülasyon adımlarının optimize edilmesi adına öncelikle sıcak haddehane 3. hadde ayağı (F3), 4. hadde ayağı (F4), 5. hadde ayağı (F5) ve 6. hadde ayağı (F6) deformasyon simülasyonu, ardından duşlu masa soğutma simülasyonu ayrı ayrı çalışılmıştır. Ardından, sıcak haddelenmiş DP600 çeliğinin haddehanede geçirdiği proseslerin simüle edilmesi adına bu simülasyonlar birleştirilerek tek bir simülasyon olarak birleştirilmiştir. DP çeliği üretimindeki en önemli parametre olan kademeli soğutma işlemi, belirli bir soğutma hızı ile interkritik bir sıcaklığa inilmesi, belirli bir süre boyunca bu sıcaklıkta beklenmesi ve ardından belirlenen sarılma sıcaklığına kadar hızlı su verme ile soğutma işlemine dayanmaktadır. Bu işlemler nihai yapıda oluşacak faz ve yapıların, miktar ve çeşitlerini (ferrit, martensit, beynit ve perlit) direkt etkilemektedir. Bu tez çalışmasında 620°C, 670°C ve 720°C olarak seçilen 3 farklı interkritik sıcaklık için, 5-7 ve 10 sn beklenerek su verme ardından yapıdaki faz bileşenleri incelenmiş ve gerçek hattaki sonuçlar ile kıyaslanarak fiziksel simülasyonun başarısı ortaya konulmuştur. Her bir deney seti 3'er tekrarlı çalışılarak, toplamda 27 deney gerçekleştirilmiştir. Gleeble simülasyonunda başlangıç numune boyutları küçük olduğundan, çıkan sonuçların gerçek hat sonuçları ile kıyaslanması mikroyapısal karakterizasyon ile mümkündür. Bu sebeple simülasyon denemeleri sonucu elde edilen numuneler metalografik olarak hazırlandıktan sonra, optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu (SEM), elektron geri saçınım difraksiyonu (EBSD) ve mikrosertlik ölçümlerine tabi tutulmuştur. Sonuç olarak, sıcak haddehane parametrelerinin Gleeble fiziksel simülasyonuna dönüştürülmesi ile tasarlanan deneyler ve bu deneylerden alınan deneysel grafik çıktıları ile numunelere ait mikroyapısal çıktıların gerçek hat çıktıları ile kıyası, fiziksel simülasyonun gerçek hattı simüle etmede başarılı bir yöntem olduğunu göstermiştir. Bu da, yüksek maliyetler oluşturan gerçek hat denemelerine gerek olmaksızın, çeşitli proses parametrelerinin fiziksel simülasyon ile çalışılabilir ve hat denemelerine yön verebilir nitelikte olduğunu kanıtlamıştır.
Defects of hot rolled and cold rolled flat steels due to hot dip galvanizing process and their prevention methods
Steel is the most important material and it has a huge usage area in the world in which it has many significant properties such as easy formability, high strength, weldability, paintability, lower cost and so on. One of the most important steel product is flat rolled steels which are divided into two groups: hot rolled steel and cold rolled steel. Steel has a big disadvantage that it corrodes so easily. Corrosion is defined as a degradation of the material properties because of its environmental conditions. As the thermodynamically explanation, the system gets in energy from the environmental to manufacture the steel and the steel tends to give this energy back to the earth which is achieved by the oxidation of iron. Because of that, steel tends to corrode. This is an important issue to use the steel in our lives because the corroded steel has lack of good properties. This situation narrows the usage of the steel in the industry areas including construction, home appliance, automotive sector etc. However, the steel can be protected from the corrosion in which the zinc is an essential element on it. There are many protection methods achieved by zinc element for instance barrier protection method (painting is the most usage one), zinc patina method, cathodic protection and zinc coating. The most effective zinc coating method is the hot dip galvanizing method. Hot dip galvanizing methods differ according to the zinc bath chemical compositions. There are four types of galvanizing which are called as galfan coating (GF); galvalume coating (GL); galvanizing coating (GI) and galvannealed coating. The most important element in the bath is aluminum; for this reason, the coating types are divided by their Al contents. For example, galfan has 5% wt Al; galvalume has 55% Al; galvanizing and galvannealed bath contains Al<1% wt. Apart from the others, galvannealed coating differs from the other types having an extra annealing furnace above the zinc bath. It influenced the microstructure of the coating significantly. Among the galfan, galvalume and galvannealed coating, in this research galvanized coating (GI) is studied which contributes a double corrosion protection by creating a protective film onto the steel surface. The hot dip galvanizing line consists of cleaning section in which the cleanliness of the steel is a quite issue to accomplish a better adhesion; annealing furnace which improves the mechanical properties of the material; galvanizing and cooling section that the steel is immersed into the molten zinc bath (460°C) to obtain zinc coated steel surface and it allows to cool down; skin pass mill which also improves the steel mechanical features and it creates a roughness surface to process the steel such as painting; passivation in which the chromate solution is used to increase the corrosion protection resistance of the material; and the final section is called as inspection area allows to observe the surface defects onto the steel surface. Inspection section is where we can observe the surface defects. According to the defects, some improvements and rearrangements are done in the production line. If it is necessary, the defected parts are cut to make the mechanical tests in the mechanical laboratories to understand and eliminate the problems. Mainly, the surface defects of the flat rolled steel due to hot dip galvanizing process are unappropriate mechanical test result, spangle, dross, edge wave, surface roughness, poor adhesion, coating thickness deviation. In this study, surface defect analysis and their prevention methods are established.
An investigation on enhancement in wear resistance of hardfacings
The control of wear holds critical importance in industrial world with enormous economic impact. Often wear leads to critical maintenance and/or replacement costs and to associated losses due to stoppage in production or availability. Therefore, it is imperative that designers have at their hands, choice of material systems that can withstand harsh service conditions and suffer minimum wear rate. This necessitates a constant strife for improvements in materials regarding their wear resistant properties with respect to particular service condition. Now most of the metallic wear resistant material systems are complex alloys and are thus quite expensive. In addition, wear damage is usually restricted to surfaces or near surface regions of the components so a cost effective solution is to deposit a layer of these expensive wear resistant alloys on the surfaces of cheaper bulk materials. One such industrially very popular process is known as weld surfacing/hardfacing. Many alloy systems are industrially being used for hardfacing of metallic components in order to produce excellent wear resistant surfaces. These alloy systems are broadly categorized as Co-, Fe- and Ni-based hardfacing alloys. From these three categories Stellite alloys, High speed steels and Colmonoy alloys, respectively, are commercially well known and widely used ones. Due to their technological and economical acceptance there has been constant quest for improvement in the wear related properties of these material systems either by changing the alloy chemistry during deposition or by heat input after hardfacing deposition i.e. post deposition treatment in order to modify their microstructures. This then forms the core idea of this dissertation whereby Stellite 12, M2 HSS and NiCrBSi hardfacing alloy each belonging to Co, Fe and Ni based hardfacing alloy families, respectively was chosen and modified with Mo during PTA deposition and/or subjected to post deposition surface modification process namely laser surface melting (LSM). The choice of Mo was done as a continuation of some good encouraging results reported in the PhD thesis of Dr. Amir Motallebzadeh whereby Stellite 12 modified with 10 wt% Mo showed promising wear resistant properties. While the choice of LSM was done thanks to its industrial feasibility and easier adaptability into hardfacing process. In the first phase, Co based Stellite 12 alloy was chosen due to its moderate C contents and alloyed with 10 wt% Mo alloying during PTA hardfacing process. Later unalloyed and Mo alloyed Stellite 12 was subjected to LSM process. The first major finding of the current study concerns with LSM of unalloyed Stellite 12 whereby a carbide rich layer was detected near the surface following the LSM process. This carbide rich layer was attributed to peculiar rapid and directional solidification conditions within the melt pool after LSM. The carbide rich layer was shown to be very helpful in terms of enhancing the wear resistance to almost twice under harsh conditions like high contact pressures. Secondly, LSM of Mo alloyed Stellite 12 also showed to contain this carbide rich layer, which then proved even better than its unalloyed counterpart in terms of surface hardness and wear resistance. While on one hand Mo alloying into Stellite 12 led to deeper carbide rich zone formation after LSM on the other hand this also helped in developing a wear resistant tribolayer on the worn surfaces during high temperature wear testing. The detection of this tribo layer at 500 oC was improvement in previously reported temperatures whereby this tribolayer was detected to form during wear testing at 700 oC. This phenomenon was attributed to very fine post LSM microstructure. Later the effect of contact pressure upon the wear resistant properties of Mo alloyed Stellite 12 needed further investigations. For this purpose, very high contact stresses were generated using nano tribology at room temperature. Even at very high contact stresses the beneficial effects of LSM were still observed. In the second phase the influence of 10 wt% Molybdenum alloying and LSM on the microstructural characteristics and wear performance of PTA deposited M2 hardfacings were explored. Following Mo addition, the nature of microstructural constituents i.e. matrix and carbides of M2 hardfacing changed while the LSM produced structural refinement and a lowering of carbide volume fraction. In spite of increase in hardness, LSM resulted in reducing the sliding wear resistance against Al2O3 ball, while the alloying with 10 wt% Mo improved the wear resistance even with a significant reduction in hardness. This counter intuitive behavior was found to be due to a Magnelli oxide (Mo4O11) containing tribo-oxide layer formation during wear testing of Mo alloyed hardfacings. The tribolayer formation was assisted by higher fraction of interphase interfaces in the microstructure of the Mo alloyed M2 hardfacing. The third and final phase constituted modifying NiCrBSi (Colmonoy 6) alloy with 10 wt% Mo and assessment of its microstructure, hardness, room temperature and high temperature (up to 700 oC) dry sliding wear properties. It was observed that addition of Mo altered the microstructure of the hardfacing significantly. The Mo alloying not only refined the carbides, boride and matrix phases but also changed the volume fraction of γ-Ni phase in the matrix. These microstructural changes meant that the surface hardness of Mo alloyed NiCrBSi hardfacing decreased by as much as 20%. However the most significant impact of Mo addition was seen in terms of introduction of a new coarse blocky phase that was identified as boro-carbide of Mo (Mo2B,C). Worn surface characterizations vindicate the crucial role of this phase towards improved wear performance of the Mo alloyed NiCrBSi hardfacing. The blocky boro-carbide phase underwent fragmentation and comminution during sliding wear process and thereby high testing temperature in liaison with frictional heating oxidized thus generated fine wear debris. The oxidized debris were deposited on the worn surfaces in the form of adherent tribo-layer. Raman analysis then showed the presence of oxides of Mo within this tribolayer and as opposed to unalloyed NiCrBSi hardfacing the presence of these oxides imposed high sinterability in otherwise hard to sinter NiO phase found on the worn surfaces. Microstructural changes mean that wear resistance of Mo alloyed hardfacings outperformed the unalloyed hardfacing by a factor of 2. While at the highest testing load of 700 oC the alloyed version showed further improvements in wear resistance (2.5x) as compared to its unalloyed version. This observation was explained in terms of formation of adherent tribo-layer as discussed before. All in all, alloying with 10 wt% Mo proved beneficial for all classes of hardfacing materials specially when the wear was dominated by formation of oxides on the worn surfaces during sliding contacts. In case of Stellite and NiCrBSi hardfacings the beneficial effects of Mo addition were apparent even at room temperature wear testing conditions thanks to the refinement of microstructural constituents. While for M2 HSS the alloying with Mo changed the matrix to softer ferrite thus its hardness dropped significantly. That's why it can be assumed that in the conditions where oxide formation is not dominant wear mechanism the wear properties could deteriorate upon 10 wt% Mo addition. Although a careful adjustment of Mo alloying contents could still yield beneficial results in such conditions and may prove even better for oxidative wear conditions. The LSM process definitely improved the wear resistance of Stellite 12 hardfacings by virtue of a carbide rich layer formation at the surface. Although initial results did show effect of LSM parameters on the morphology of this beneficial carbide rich layer further studies can still be conducted in terms of optimization of these parameters with specific application or for desired thickness of the carbide rich layer. Application of LSM on the M2 HSS hardfacings did not show any significant benefit on the wear related properties though it improved the surface hardness a little. A careful optimization of Mo alloying contents or alloying with other carbide forming elements like V followed by LSM could still prove beneficial. Similarly, despite very good results in terms of improved wear performance obtained for 10 wt% Mo alloyed NiCrBSi hardfacing, an optimization of Mo contents to counter the increase in volume fraction of softer γ-Ni phase could be useful. This optimization if followed by LSM could give additional benefits by refining the boro-carbide phase. It will then be interesting to see the effect of this refinement on the wear properties. Lastly, it may be noted that the characterization of the all the studied hardfacing alloy systems following Mo alloying and/or LSM was done by dry sliding wear tests. However, it could interesting to investigate their performance in other testing conditions like lubricating sliding, abrasive wear, erosive and impact wear modes.
Yerli selestit cevherinden Al-Sr master alaşım üretimi ve özelliklerinin araştırılması
Bu tez çalışmasında temel hedef günümüzde atıl durumda kalmış olan yerli selestit cevherini işleyerek alüminyum döküm sanayiinde yaygın olarak kullanılan alüminyum-stronsiyum master alaşım üretimini gerçekleştirmektir. Bu hedefle öncelikle ticari değeri selestitten daha yüksek olan stronsiyum karbonatın (SrCO3) üretimi için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Daha sonra elde edilen SrCO3 yenilikçi bir yöntemle indirgenerek Al-Sr master alaşımı üretilmiştir. Yapılan çalışmalar üç ana bölümde incelenmiştir. Çalışmaların ilk bölümünde Sivas bölgesi selestit cevherinin çözeltiye alınabilirliği araştırılmıştır. Selestit cevherindeki stronsiyum sülfat (SrSO4), laboratuvar ölçekli döner fırında karbotermik redüksiyon ile suda çözünebilir stronsiyum sülfür (SrS) bileşiğine dönüştürülmüştür. Karbotermik redüksiyon öncesinde selestit-kok karışımına mekanik aktivasyon uygulanarak redüksiyon sıcaklığı 965°C'den 892°C'ye kadar düşürülmüştür. Pirometalurjik bir proses olan karbotermik redüksiyon yönteminde selestit cevheri metalurjik kok ile 1000 – 1200°C arası sıcaklıklarda farklı eğim (2 – 6°) ve farklı dönme hızlarında (2 – 6 rpm) indirgenerek siyah kül elde edilmiştir. Yapılan çalışmalarda en yüksek redüksiyon verimi (% 75), 1100°C'de 2° eğim ve 6 rpm dönme hızında elde edilmiştir. Daha sonra elde edilen SrS'ün saf suda çözünebilirliği araştırılmıştır. SrS'ün çözünebilirliği için yapılan çalışmalarda sıcaklık (25 – 95 °C), katı/sıvı oranı (1/5 – 1/50) ve liç süresinin (90 – 150 dk) etkileri incelenmiştir. En yüksek SrS çözünürlüğü (148,54 ppm) 95°C'de 1/5 katı/sıvı oranıyla sağlanmıştır. Selestitin çözeltiye alınması için uygulanan bir diğer yöntem de, asidik klorürlü çözeltide liçi olmuştur. Saf suda çözünürlüğü oldukça düşük olan selestit HCl (0 – 1 M) ve NaCl (0,5 – 1,5 M) ile hazırlanan çözeltilerde BaCl2 sayesinde çözeltiye alınabilmiştir. Farklı sıcaklıklarda yapılan çalışmalarda en yüksek Sr konsantrasyonu (1931 ppm), 85°C'de 0,5 M HCl ve 1 M NaCl ile hazırlanan çözeltide elde edilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde, selestitin liçi ile elde edilen Sr yüklü çözeltilerden sodyum karbonat ve amonyum karbonat ile SrCO3 çöktürülmüştür. SrS çözeltilerine her iki karbonat çözeltisi de eklendikten sonra beş dakikadan daha kısa sürede çözeltideki Sr'un tamamına yakını SrCO3 şeklinde çökmektedir. Kullanılan sodyum karbonatın SrS çözeltisindeki stronsiyuma denk konsantrasyonda olması yeterli olmaktadır. Ancak çözelti sıcaklığı yükseldikçe çökelen SrCO3'ın kristallik derecesi artmaktadır. Çöktürme öncesinde amonyum karbonat çözeltisine eklenen % 10 NH3 ve % 1,2 H2O2 çökelme verimini değiştirmemekte fakat SrCO3'ın kristallik derecesini arttırmaktadır. Asidik klorürlü çözeltilere eklenen fazla miktardaki sodyum karbonat, çözeltinin pH'ını yükselterek SrCO3'ın çökelmesini sağlamaktadır. Çözelti pH'ı beşi geçtikten sonra SrCO3'ın çökeldiği tespit edilmiştir. Farklı sıcaklıklarda (25 – 75°C) yapılan çöktürme deneylerinde en yüksek verim (% 99,5) 75°C'de 120 dk sonunda elde edilmiştir. Bu çalışmalara ilaveten; stronsiyum yüklü çözeltilerden karbonat çöktürmeye alternatif olarak selestit cevherinin stronsiyum karbonata direkt dönüşümü gezegen tip bilyalı öğütücüde gerçekleştirilmiştir. Mekanokimyasal dönüşüm verimine öğütme hızı (150 – 450 rpm), öğütme süresi (15 – 120 dk) ve Na2CO3 konsantrasyonunun (1 – 1,5 M) etkisinin incelendiği çalışmalarda en yüksek verim (% 99,7), 300 rpm, 120 dk ve 1,5 M koşullarında elde edilmiştir. Elde edilen SrCO3'ın kalsinasyonu laboratuvar ölçekli döner fırında gerçekleştirilmiştir. SrCO3'a % 15 oranında metalurjik kok ilavesi yapıldığında 1200°C'de kalsinasyon verimi maksimize edilebilmektedir. Çalışmanın son bölümünde, master alaşım üretimi SrO ve SrCO3'ın metalotermik redüksiyonu ile gerçekleştirilmiştir. Metalotermik redüksiyon ile ilgili çalışmalar indüksiyon fırında saf Al veya Al6Mg alaşımlarına SrCO3 ve SrO tozları beslenerek yapılmıştır. Tozların 1200°C'deki sıvı metale beslenmesi, karıştırıcı içinden Ar gazı ile taşınmasıyla gerçekleştirilmiştir. Sistemdeki oksijen kısmi basıncını düşürmek için metal yüzeyine deneyler süresine Ar üflenmiştir. SrO'in saf Al ile redüksiyonu neticesinde % 1,06 Sr içeren master alaşım elde edilirken, Al6Mg alaşımyla yapılan redüksiyon sayesinde % 5,17 Sr içeren master alaşım elde edilmiştir. Elde edilen master alaşımların modifikasyon performansları 725°C'de ergitilen EtiAl 171 alaşımıyla belirlenmiştir. Ticari Al5Sr master alaşım ile aynı performansta master alaşım üretimi gerçekleştirilmiştir.
WC-Co hurdaların yarı-ergimiş tuz elektrolizi ile geri kazanımı
Bu tez kapsamında WC-Co hurdaların geri kazanımı için verimli, ekonomik ve çevre dostu bir proses geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla literatür çalışmalarının ardından en etkin yöntemler belirlenmiş ve ön deneyler ile bu yöntemler incelenmiştir. Ön deneyler kapsamında sulu sistemde elektroliz, oksidasyon prosesi, nitrat prosesi ve ergimiş tuz elektrolizi deneyleri gerçekleştirilerek WC-Co geri kazanımı için en uygun yöntem belirlenmiştir. Ergimiş tuz elektrolizi ile NaOH, KOH elektrolitleri kullanılarak gerçekleştirilen deneylerde, alkali bileşiklerin WC-Co malzemeleri çözmeden gevrek hale getirdiği görülmüştür. WC-Co hurdaların geri kazanımında en büyük problem malzemelerin çok sert olmasından dolayı öğütülememesidir. Ergime sıcaklığının altında bir sıcaklıkta kristal suyunda çözünen alkali bileşikler içerisinde anodik oksidasyon sırasında hurdalar gevrekleşmektedir. Bu nedenle sisteme "yarı-ergimiş tuz elektrolizi" adı verilmiş ve bu sistemin geliştirilmesi hedeflenmiştir.Yarı-ergimiş tuz elektrolizi deneyleri 250, 325, 400 ºC sıcaklıklarda, 500-2500 A/m2 akım yoğunluklarında ve 30-90 dakika değişen sürelerde, NaOH ve KOH elektrolitleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Deneyler sonrası numuneler 15 sn halkalı öğütücüde öğütülmüş ve NaOH-KOH elektrolitinde, 250 ºC, 60 dakika, 1400 A/m2 akım yoğunluğu deney şartlarının numunelerin tamamen öğütülebilmesi için yeterli olduğu belirlenmiş ve 125 µm altında tane boyuta sahip WC-Co tozları elde edilmiştir. Elektroliz işlemi sonucu elde edilen WC-Co tozlarının asidik liç işlemi için 25-60 ºC sıcaklıklarda, 360 rpm karıştırma hızında, 1-120 dakika değişen sürelerde ve 0,5-2 M H2SO4 konsantrasyonlarında deneyler gerçekleştirilmiştir. Deneyler sonucu asit konsantrasyon değişiminin Co çözünme verimine etki etmediği ve 120 dakika, 0,5 M H2SO4, 360 rpm, 70 ºC deney koşullarında Co çözünme verimi %99,64 olarak belirlenmiştir. Asidik liç işlemiyle kobaltın tamamı çözeltiye alınarak saf WC tozları elde edilmiştir. Co(OH)2 çöktürme deneyi NaOH kullanılarak pH değeri 10 ve 25 ºC de gerçekleştirilmiştir. Elde edilen Co(OH)2 tozu amorf yapıda olduğundan daha ileri bir tanımlama yapılamamıştır. Yarı-ergimiş tuz elektrolizi sistemi ile WC-Co hurdaların gevrek hale getirilmesi sağlanmış ve hurdaların geri kazanımında en büyük problem aşılarak dünyada ilk olma özelliğine sahip yeni bir proses geliştirilmiştir. Deneysel çalışmalar sonucu saf WC ve Co(OH)2 geri kazanımı başarıyla gerçekleştirilmiştir.
Investigating the hydrothermal process parameters' effect on the mxoy (M: Ni, Mn, Co) powder properties and evaluating their performances when used as anodes for lithium ion batteries
Today, due to rapid urbanization and industrialization, air pollution has accelerated searches for clean energy. At this point, secondary batteries, which have the ability to be recharged and used repeatedly, become important because they make the energy portable and reusable. Among the alternatives, lithium ion battery stands out for their high energy density, long life, fast chargeability and environmental friendliness. Lithium ion batteries are made of anode, cathode, separator and electrolyte. Their working principle is based on the movement of lithium ions between anode and cathode upon cycling. In lithium ion batteries, lithium (Li) metal was first used as anode material. However, the fact that lithium metal is flammable in air and water the wide commercialization of this battery was prevented. As a solution, first graphite was proposed to replace Li metal in the cell as it is abundant in nature and quite inexpensive. However, the low theoretical capacity of graphite (372 mAh/g) doesn't meet the increasing need for high energy density. Thus, SnO2 (782 mAh/g) anodes have been investigated. But, due to the high stability of Li2O structure resulted from the reaction of oxygen with lithium, the SnO2 electrodes perform low coulombic efficiency. Plus, the rapid degradation of the electrode due to too high volumetric changes and high polarization due to low electrical conductivity of SnO2 prevent their replacement for graphite. Therefore, Sn-Co-C composite anodes were developed by Sony in 2011 to suppress volumetric changes, increase electrical conductivity and support the structural stability of the electrode. Although the system draws attention with its high capacity compared to that of graphite, its capacity is insufficient for rapidly increasing energy demand and the search for alternative anode materials is still ongoing. On the other hand, some of the groups working on alternative anode materials have suggested that transition metal oxides could be used as anode materials. In this context, NiO (718 mAh/g), MnO (755 mAh/g), Mn2O3 (1019 mAh/g), CoO (890 mAh/g) and Co3O4 (890 mAh/g) anodes were investigated, because of their high capacities. But, low electrical conductivities and high volumetric expansion during cycling tests impede their commercialization. To avoid these problems, studies are being carried out on the production of composite metal oxides in different compositions by nano technology. In this sens, various production methods are used. Combustion synthesis method, microwave synthesis method, spray pyrolysis, sol-gel and hydrothermal methods are the main methods. The hydrothermal method is remarkable with its economical structure, its ability to produce nano-sized composite materials with homogeneous and narrow particle size distribution. In addition, this method is preferred due to it is environmentally friendly behavior and compatibility to mass production. In this thesis, we aim to investigate the hydrothermal process parameters' effects on the MxOy (M: Ni, Mn, Co) powder properties and evaluating their performances when used as anodes for lithium ion batteries. For this purpose first NiCo2O4 powders have been produced by hydrothermal method and their use as an anode material in lithium ion batteries has been evaluated. Then, NiMnO3 and NiMnCoO4 powders have been produced as powders to analyze the composition effect of the powder on the electrochemical performance of the electrode. Finally NiMnCoO4 powders have been produced with different amount of NH4F at different calcination temperatures. The results show that by changing hydrothermal process parameters the powder morphology as well as the structure differentiate, leading remarkable differences in the electrochemical performances when used as anodes in lithium ion batteries. Up to now, positive effects of mixed metal oxide composite structures have been proved by different scientists but these structures mostly have been grown directly on nickel foam or carbon cloth. In this thesis, different then traditional approach NiMnCoO4 powders have been produced by hydrothermal method then laminated to fabricate the electrode. In the experimental work, an autoclave of 250 ml has been used to fabricate powders. Then the powders have been treated at 120°C for 12 hours, washed, dried and calcinated (at a heating rate of 5°C/min) at 350°C for 3 hours. The resulting powders have been mixed with 8: 1: 1 ratio of carbon black and binder. The obtained mixture has been coated on the copper foil by lamination method. The coated foil has been dried at 75°C for 24 hours, then rolled and punched at 1.13 cm2. CR 2032 std coin cell has been assembled and the performance of the negative electrode has been measured versus metalic lithium. For each bench of powders, XRD, SEM and EDS analyses have been done to observe the structure and the morphology of the powders. To measure the electrode performance CR2032 cells have been assembled in Ar filled glove box and galvanostatically tested for 50 cycles with different current rates. To discuss the lithiaton mechanism of the electrodes, cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy have been applied. According to electrochemical test results, it has been found that NiMnCoO4 anode containing 1.5 mmol NH4F and calcinated at 250 ̊ C has better electrochemical performance than the others. Cobalt in the NMCO structure, increases the capacity of battery and manganese in the structure improves the stability of the system also nickel increases the rate performance of the system. It is known that, compared with ternary metal oxides, the mixed metal oxides attract interst due to their higher redox activity, also by reducing the amount of NH4F, a rod-liked surface morphology has been obtained, and the rising of thickness of these rods has been prevented by decreasing the calcination temperature from 350 ̊ C to 250 ̊ C. In this way, a significant improvement in battery performance has been achieved the capacity of 475 mAh/g.
Kalsine dolomit redüksiyonunda geri dönüşüm ürünü alüminyum kullanımının etkisi
Magnezyum metal üretimi için bugüne kadar birçok yöntem geliştirilmekle birlikte günümüzün hakim teknolojisi, vakumda metalotermik yöntem ile üretimdir. Redükleyici olarak ferrosilisyumun kullanıldığı bu yötem halen tekno-ekonomik olarak geliştirilmeye açıktır. Bu çalışmada redükleyici maddeye alternatif olarak alüminyum seçilmiştir. Alüminyum tüketiminin de hızla artması, üretim artıklarının da (cüruf) çoğalmasına yol açmaktadır. Alüminyum cüruflarının değerlendirilmesi konusu da günümüzün enerji verimliliği ve çevrenin korunması açısından çok öenm kazanmıştır. Alüminyum cüruflarının zenginleştirilmesi ile elde edilen metalik alüminyumca zengin (%53,50 Al) bu malzemeler redükleyici olarak kullanılarak kalsine dolomitten (%38,97 MgO) magnezyum üretimine etki eden parametreler araştırılmıştır. Termodinamik incelemeler ve stokiometrik hesaplamalar sonrası belirlenmiş karışımlar 1200 - 1300˚C'da 1-6 saat aralığındaki redüksiyon sürelerinde redüklenmiş, redüksiyon ürünü kalıntıdaki magnezyum içeriği ölçülmüş ve bu değerler kullanılarak magnezyum redüksiyon verimleri hesaplanmıştır. Cüruftan üretilmiş metalik alüminyum değeri %53,50 olan zenginleştirilmiş ürün, kalsine dolomit redüksiyon stokiometrisine uygun olarak redükleyici madde olarak kullanılmış, sıcaklık ve süre gibi parametreler optimize edilmiştir. %100 stokiometri Al ilavesi 1300˚C, 6 saat süreyle 1 mbar vakum ortamında gerçekleştirilen redüksiyon işlemiyle redüksiyon sonrası kalıntıda magnezyum içeriği %9,93'e kadar azalmıştır. Bu şartlarda magnezyum redüksiyon verimi %63,22 olarak gerçekleşmiştir. Stokiometrik alüminyum ilave miktarının %150 olarak kullanıldığı 1300˚C'de 6 saat süreyle yapılan deneyde kalıntıdaki Mg içeriği %5,31'e azalmış redüksiyon verimi ise %80,81 olarak hesaplanmıştır. Benzer şartlarda CaF2 ilavesi ile 240 dakika süre ile yapılan deneyler sonucunda ise redüksiyon verimi %90,87 ye kadar artırılabilmiştir. Bu durum alüminyum endüstri atığı cüruftan elde edile metalik alüminyumca zengin ürünün yüksek verimle magnezyum üretiminde kullanılabileceğini göstermiştir.
BaO-CeO2-SrO üçlü oksit sisteminde faz dengelerinin deneysel incelenmesi
Gelişen dünya teknolojisiyle beraber enerjiye olan ihtiyaç günden güne artmaktadır. Sanayinin insan hayatındaki önemli yeri var olmaya başladığından beri, enerji vazgeçilmez bir ihtiyaç haline gelmiştir. Enerji üretimi doğadaki karbon kaynaklarının kullanılmasıyla başladıysa da sonrasında fosil yakıtların kullanılması ile devam etmiştir. Fakat yanma sonucunda ortaya çıkan gazlar ve atıklar çevre için ileri seviyede tehlike oluşturmaktadır. Tüm bu sebeplerden ötürü insanoğlu yenilenebilir, sürekli ve temiz enerji üretmeyi kendine hedef kılmıştır. Bu hedef doğrultusunda bugün güneş panellerinden elektrik üretimi, rüzgar türbinlerinden enerji eldesi gibi birçok yöntem keşfedilmiştir. Yakıt hücreleri temiz enerji üretirler ve yakıt beslemesi ile sürekli enerji üretebilirler. Çevre dostu olan bu sistemler aynı zamanda yüksek verimle çalışırlar. Yakıt hücreleri kimyasal enerjiyi elektrokimyasal ve sürekli olarak elektrik enerjisine çeviren cihazlardır. Bir pil sistemi gibi anot, katot ve bunların elektrokimyasal olarak tepkime vermesini önleyen iyon ya da proton taşıma özelliği bulunun elektrolitlerden oluşur. Yakıt olarak hidrojen, karbonmonoksit, metanol, karbondioksit ve su karışımı tarzında yakıtlar kullanır. Yakıt hücrelerinde atık olarak su oluşur. Katı oksit yakıt pilleri, yakıt pillerinin içerisinde aşağıdaki avantajlardan dolayı en çok tercih edileni olmuştur; Tüm bileşenleri katıdır. Bu yüzden elektrolit kaybı ya da elektrot korozyonu söz konusu değildir. Yüksek sıcaklıkta çalıştığından yüksek fiyatlı katalizörlere (platin ya da rutenyum gibi) gerek kalmaz. Yüksek sıcaklıkta çalıştığından impurite toleransı fazladır. Doğalgaz yakıt olarak kullanılabilir. Atıkları çevreye duyarlıdır. Katı oksit yakıt pillerinin avantajları olduğu gibi dezavantajları da vardır. Bunlar; Yüksek maliyetli kurulum, Karmaşık imalat yapısı, Yüksek sıcaklıkta çalıştığından dolayı elektrolit, anot ve katodun termodinamik olarak dengede tutulma ve operasyon şatlarında çalıştırma zorluğudur. Katı oksit yakıt pillerinde yüksek çalışma sıcaklıklarını düşürmek ve iletkenliği arttırmak için farklı elektrolitler kullanılmıştır. BaCeO3, SrCeO3, BaZrO3, CaZrO3, Y2O3 ve SrZrO3 bunlara örnek olarak gösterilebilir. Bu seramiklerin en önemli özellikleri iyi iletken olmalarıdır. Yakıt pillerinin çalışma sıcaklıklarının yüksek sıcaklıklara kadar çıktığı düşünülürse, bu sıcaklıklardaki malzeme davranışını anlayabilek için termodinamik incelemeler gerekmektedir. Bileşiklerin yüksek sıcaklıklardaki davranışını izlemek için literatürde yapılmış birçok çalışma bulunmaktadır. Faz diyagramlarının oluşturulması, izotermal kesitlerin belirlenmesi bu açıdan önemlidir. Bu çalışmada anot, katot ve elektrolit çalışmasını optimize edebilmek ve ara yüzeyde oluşabilecek sorunları giderebilmek adına literatürde ilk kez BaO-SrO-CeO2 üçlü faz sistemi incelenmiştir. Bu üçlü sisteme literatürde daha önce rastlanmamıştır. Üçlü faz diyagramı oluşturulurken XRD, SEM ve EDS analizleri kullanılmıştır. Hazırlanan numuneler (BaxSr1-x)CeO3 perovskit yapısına göre hazırlanmış ve karakterize edilmiştir. Katı hal reaksiyonu ile hazırlanan numuneler, BaCeO3, CeO2, SrCO3 tozlarının alkol ile gezegen değirmen kullanılarak 300 rpm ve 3,5 saat parametreleri ile karıştırılmıştır. 150 °C de 24 saat kurutulan karışım, 775 °C de 8 saat ve 1100 derecede 12 saat kalsine edilmiştir. Tozlar soğuk izostatik pres ile 400 MPa basınç altında preslendikten sonra peletler oluşturulmuş, 1100 °C, 1200 °C, 1300 °C de 48 saat sinterlenmiştir. Baryumca zengin taraflarda hedef bileşene ulaşılamadığından sol-jel yöntemi ile ilgili bölgeden 10 adet numune sentezlenmiş ve aynı kalsinasyon ve sinter sıcaklıkları ile numuneler oluşturulmuştur. Ardından faz diyagramının değişik bölgelerinden numunelerin karakterizasyonu XRD, SEM ve EDS yöntemleri ile gerçekleştirilmiş ve öngörülen izotermal kesit oluşturulmuştur. Sonuç olarak, tez kapsamında literatürde ilk kez (BaxSr1-x)CeO3 faz diyagramı 1300 °C izotermal kesitinde çizilmiştir. Sıcaklığın çözünürlük üzerindeki etkisinin sınırlı olduğu gözlemlenmiştir. İzotermal kesit içerisinde 3 fazlı bölgeler, çift fazlı bölgeler ve tek fazlı bölgeler tespit edilmiştir. (BaxSr1-x)CeO3 kompozisyonunda yapılan 0.1 mol değişimler ile bu bölgedeki çözünürlük sınırları anlaşılmaya çalışılmıştır. 1300 °C için yapılan karakterizasyonlar sonucunda belirli bölgelerde (Ba,Sr)O3 katı eriyiğine rastlanmıştır. Baryum içerisinde stronsiyum çözünürlüğünün fazla, stronsiyum içerisinde ise baryum çözünürlüğünün az olduğu tespit edilmiştir. Faz diyagramının seryum yoğun bölgesinde (Ba,Sr,Ce)O3 katı eriyiği tespit edilmiş olsa da seryum içerisindeki baryum ve stronsiyum çözünürlüğünün sınırlı olduğu anlaşılmıştır. Ayrıca faz diyagramının stronsiyum yoğun bölgelerinde SrCeO3 fazının yanı sıra Sr2CeO4 katı eriğine rastlanmıştır. İzotermal kesit içerisinde baryum yoğun olarak üretilen numunelerde, baryumun hidratlaşmaya karşı gösterdiği düşük dayanım sebebi ile hacim artışı meydana getirdiği ve bu sebeple mukavemetinin düşük olduğu gözlemlenmiştir.
Ti-6Al-4V alaşımının SPS ile sinterlenmesinde ısıtma hızı ve atmosferin etkisi
Yeryüzü kabuğunda en çok bulunan metaller arasında olan titanyum sahip olduğu başta üstün korozyon direnci ve yoğunluğuna oranla yüksek mukavemeti sayesinde kendisine geniş kullanım alanı bulmaktadır. Biyouyumlu bir malzeme olması biyomalzeme olarak kullanılmasına da olanak vermektedir. Yüzey görünümü ile estetiğin ön plana çıktığı alanlarda da kullanılabilmektedir. Titanyum sahip olduğu birden fazla kristalografik yapı ile allotropik özellik gösteren bir elementtir. Oda sıcaklığında, α titanyum olarak da adlandırılan hegzagonal sıkı paket (HSP) yapıya sahiptir. Yapısı 882±2°C'de β titanyum olarak adlandırılan hacim merkezli kübik (HMK) formuna dönüşür. Ham titanyum üretiminde en çok kullanılan teknik Kroll Prosesi'dir. Kroll Prosesi dışında Hunter prosesi, Cambridge prosesi ve Armstrong prosesi de diğer bilinen tekniklerdendir. Titanyum alaşımları arasında en yaygın kullanım alanına sahip olan alaşım Ti-6Al-4V alaşımıdır. Ti-6Al-4V alaşımı uçak gövdelerinde, uçak motorlarında, otomobil motorlarında, buhar türbinlerinde, ısı dönüştürücülerde, sondaj borularında, implantlarda ve spor ekipmanlarında kullanılmaktadır. Ti-6Al-4V alaşımı ağırlıkça % 6 oranında fazı stabilizörü olan Al ve % 4 oranında fazı stabilizörü olan V içeren bir + alaşımıdır. Ti-6Al-4V alaşımı döküm, dövme ve toz metalurjisi yöntemleriyle elde edilebilmektedir. Gerçekleştirilen mekanik ve termal proseslere bağlı olarak eş eksenli, bimodal veya lamelar yapıda mikroyapı elde edilebilmesi mümkündür. Elektrik Akımı Aktivasyonlu/Destekli Sinterleme (ECAS) tekniklerinden biri olan Spark Plazma Sinterleme (SPS) yönteminde; düşük voltaj ile eş eksenli basınç altında, atımlı doğru elektrik akımı uygulanır. Atımlı (puls) Elektrik Akım Sinterlemesi (PECS) ve Alan Destekli Sinterleme tekniği (FAST) isimleri ile de anılmaktadır. Spark plazma sinterleme tekniğinde, basınç ve sıcaklığa ilave olarak uygulanan atımlı akım; Joule ısıtma etkisi ile iletken malzemenin sıcaklığının artmasını sağlar. SPS tekniğinde uygulanan mekanik, termal ve elektriksel etkiler ile ısı sadece kompakt haldeki toza makroskopik düzeyde homojen bir şekilde hacimsel olarak dağılmakla kalmaz; aynı zamanda mikroskobik düzeyde de toz partiküllerinin temas noktalarında dağılır. Böylece sinterlenme daha hızlı gerçekleşmektedir Gerçekleştirilen bu tez çalışmasında ortalama tane boyutu yaklaşık olarak 25 µm olan önalaşımlı Ti-6Al-4V tozları spark plazma sinterleme metoduyla sinterlenmiştir. Sinterleme için İstanbul Teknik Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü'nde bulunan Dr. Sinter 7.40MK-VII model SPS cihazı kullanılmıştır. Sinterleme, kalıplanmış toz numunelerin 50MPa basınç ile 1000°C sıcaklıkta 5 dakika bekletilmesiyle gerçekleştirilmiştir. Isıtma hızının etkisinin incelenmesi amacıyla deneyler 50°C/dk, 100°C/dk, 200°C/dk ve 250°C/dk ısıtma hızları ile gerçekleştirilmiştir. Vakum ortamında gerçekleştirilen deneyler argon gazı ortamında da tekrarlanmıştır. Böylece vakum ve argon gazı kullanımının süreç üzerindeki etkisi de incelenmiştir. Sinterleme sonrasında elde edilen numuneler yüzeylerinin temizlenmesi için kumlanmıştır. Kumlama sonrasında numuneler kesilmiştir. Kesilen numunelerin rölatif yoğunluklarının hesaplanabilmesi için Arşimet prensibine göre yoğunlukları ölçülmüştür. Ölçülen gerçek yoğunluğun Ti-6Al-4V alaşımının teorik yoğunluğu olan 4,43g/cm3değerine oranlanmasıyla rölatif yoğunluk hesaplanmıştır. Kesilen numunelerin sertlik ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Mikroyapı analizi için parlatma ve Kroll çözeltisi ile dağlama sonrasında optik mikroskopta numuneler incelenmiştir. Çekme testi ile çekme dayanımı ve % uzama değerleri belirlenmiştir. Özellikle havacılık ve otomotiv sektörlerinde kullanılan Ti-6Al-4V alaşımlarının lamelar mikroyapıya sahip olması beklenmektedir. Standartlara göre Ti-6Al-4V alaşımının en az 900 MPa çekme dayanımına ve en az %10 uzamaya sahip olması istenmektedir. Bu çalışmada standartlarca belirtilen bu değerlere hangi koşullarda ulaşılabileceği incelenmiştir. Gerek vakum gerekse argon ortamında gerçekleştirilen tüm ısıtma hızları (50°C/dk, 100°C/dk, 200°C/dk ve 250°C/dk) ile lamelar α + β faz yapısının elde edildiği görülmüştür. Vakum ortamında 50°C/dk ısıtma hızıyla gerçekleştirilen sinterleme neticesinde %99,15 rölatif yoğunluğa ulaşılmıştır. 100°C/dk, 200°C/dk ve 250°C/dk ısıtma hızlarıyla gerçekleştirilen sinterleme sonucunda elde edilen rölatif yoğunluklar sırasıyla %98,56, %96,23 ve %96,07 olmuştur. Vakum ile gerçekleştirilen deneylerde 50°C/dk, 100°C/dk, 200°C/dk ve 250°C/dk ısıtma hızları ile sırasıyla 335,4±4,8 HV; 333,2±3,2 HV; 325,2±4,7 HV ve 323,2±4,3 HV sertlik değerleri elde edilmiştir. Isıtma hızının 50°C/dk ve 100°C/dk olduğusinterleme işlemlerinde numunelerin çekme dayanımları sırasıyla 903,54 ve 1077,13 MPa olarak elde edilmiştir. 200°C/dk ve 250°C/dk ısıtma hızlarında ise çekme dayanımları sırasıyla 860,69 ve 815,79 MPa değerlerinde kalmıştır. Dört farklı ısıtma hızında da numunelerin çekme testi sonucundaki %uzama değerleri %10'un üzerindedir. Argon ile gerçekleştirilen sinterleme işlemlerinde 50°C/dk ısıtma hızında %99,64; 100°C/dk ısıtma hızında %99,36; 200°C/dk ısıtma hızında %99,25 rölatif yoğunluk değerleri elde edilmiştir. 200°C/dk ısıtma hızında ise rölatif yoğunluk %96,31'de kalmıştır. Argon altındaki deneylerde 50°C/dk, 100°C/dk, 200°C/dk ve 250°C/dk ısıtma hızları ile sırasıyla 340,8±3,7 HV; 337,6±2,9 HV; 332,4±2,4 HV ve 330,2±3,7 HV sertlik değerleri elde edilmiştir. Argon altında 50°C/dk ve 100°C/dk ısıtma hızlarında sinterlenen numunelerin çekme dayanımları sırasıyla 914,68 ve 913,41 MPa ile 900 MPa'ın üzerinde olmuştur. 200°C/dk ve 250°C/dk ısıtma hızlarında ise çekme dayanımları sırasıyla 897,96 ve 850,33 MPa ile 900 MPa değerinin altındadır. Tüm ısıtma hızlarında numunelerin çekme testi sonucundaki %uzama değerleri %10'un üzerindedir. Isıtma hızının artmasıyla birlikte rölatif yoğunluk değerlerinin hem vakum altında hem de argon gazı altında azaldığı görülmektedir. Yoğunluk değerlerine paralel olarak ısıtma hızının artmasıyla beraber sertlik değerleri de azalmaktadır. Aynı şekilde çekme dayanımı da artan ısıtma hızıyla azalmaktadır. Ancak bu durumun bir istinası olarak vakum altında 100°C/dk ısıtma hızında 1077,13 MPa değeri ile en yüksek çekme dayanımının elde edildiği görülmüştür. Argon altında gerçekleştirilen sinterleme neticesinde çekilme değerlerinin daha yüksek olmasının bir sonucu olarak vakum ortamına göre daha yüksek yoğunluk değerlerine sahip numuneler elde edilmiştir. Yoğunluğun daha yüksek olmasına bağlı olarak sertlik değerleri ve çekme dayanımları da argon atmosferinde gerçekleştirilen deneylerde daha yüksektir. Ancak üstte de bahsedildiği üzere vakum ortamında 100°C/dk ısıtma hızında elde edilen 1077,13 MPa'lık çekme dayanımı bir istisnadır. Sinterlemenin vakum yerine argon atmosferi altında gerçekleştirilmesi ile SPS'te plazma ve spark etkisinin daha yüksek olduğu ve bunun sonucunda daha yüksek yoğunlukta ve daha iyi mekanik özelliklere sahip numuneler elde edildiği düşünülmektedir. Özellikle otomotiv ve havacılık sektörlerinde lamelar α + β yapısına, en az 900 MPa ve %10 uzama özelliklerine sahip olan Ti-6Al-4V alaşımları tercih edilmektedir. Bu özelliklere ve %99'un üzerinde rölatif yoğunluğasahip Ti-6Al-4V alaşımının, 50°C/dk ısıtma hızıyla vakum altında; 50°C/dk ve 100°C/dk ısıtma hızlarıyla argon atmosferi altında gerçekleştirilen Spark Plazma Sinterlemeyöntemiyle elde edilebildiği görülmüştür.
Bakır alaşım elementinin paslanmaz çeliklerin mekanik özelliklerine etkisi
Özellikle diğer çelik türlerine kıyaslandığında insanla en fazla etkileşimi olan çelik türü paslanmaz çeliklerdir. Günümüzde beyaz eşyadan, mutfak uygulamalarına, otomotiv sektöründen, sağlık ve gıda sektörüne kadar hemen hemen bir çok alanda paslanmaz çelikler yaygınca kullanılmaktadır. Kişi başına düşen paslanmaz çelik tüketimi bugün ülkeler arasında gelişmişliğin bir göstersi olarak tanımlanmaktır ve ülkemizde de her yıl tüketimi artan ürün grupları içerisinde yer almaktadır. Paslanmaz çeliklerin tüketiminin hızla artması piyasada rekabet üstünlüğü kazanmak için üründeki beklentileride artırmıştır. Özellikle üretilmesi daha zor olan daha karmaşık yapıya şekillendirilebilen, şekillendirme performansı yüksek paslanmaz çeliklere talepler artımıştır. Standart uygulamalarda özellikle östenitik paslanmaz çeliklerin şekillendirme kabiliyetini artırmak için yapı içinde var olan nikel elementi artırılarak performans artışı beklenmiştir ancak görece nikel elemenitinin birim fiyatının yüksek olması alternatif olarak bir başka elementin kullanabilirliğini sorgulatmıştır. Bu çalışmada şekillendirme performansını artıran nikel alaşım elementi yerine alternatif olarak yine bir östenit yapıcı ve görece ucuz olan bakır alaşım elementi kullanılmış olup, test sonuçlarında malzemenin mekanik özellikleri ve şekillendirme kabiliyetinin değerlendirilmesi hedeflenmiştir. Test için iki farklı numune grubu oluşturulmuştur. Numunelerden biri standart östenitik paslanmaz çelikken diğeri ağırlıkça yaklaşık %2 kadar bakır içeren östenitik paslanmaz çeliktir. Numuneler benzer parametreler altında haddeleme, tavlama ve sonlandırma gibi üretim aşamalarından geçirilerek ilave edilen bakır alaşım elementinin malzeme üzerindeki mekanik özelliklerin ve metalografik özelliklerin değişimini incelenmek üzere test edilmiştir. Yapılan testler sonucu bakır ilavesi yapılan östenitik paslanmaz çeliklerin akma dayanımı ve çekme dayanımı düşerken yüzde uzama değeri artmış ve sertlik değeri düşmüştür. Derin çekme testi ile yapılan testler sonucu ise bakır ilavesi yapılan östenitik paslanmaz çeliklerin şekillenebilme kabiliyetinin arttığı tespit edilmiştir. Metalografik testler sonucu tane boyutu, yapısı ve dağılımında belirgin farklılık gözlenmemiştir. Sonuç olarak östenitik paslanmaz çelik malzemelerde bakır alaşım elementinin ilavesi yapının süneklik özelliklerini ve sac malzemelerde şekillendirme kabiliyetini artırmıştır ;ancak korozyon özelliklerinde zayıflığa neden olmuştur. Korozyon özellikleri henüz tam olarak incelenememiş olup bu çalışmada kapsam dışında tutulmuş olup ileriki çalışmalarda detaylı incelenmesi hedeflenmiştir.
Metalotermik redüksiyon ile molibden disilisit bileşimlerinin üretilmesi
Bu yüksek lisans tez çalışması çerçevesinde Molibden disilisit alaşımlarının geleneksel üretim yöntemleri dışında metalotermik redüksiyon yöntemi kullanırak üretilmesi amaçlanmıştır. Böylece geleneksel üretim yöntemlerine kıyasla daha kısa sürede çok daha basit üretim prosesleriyle üretilmesine imkan sağlayacağı öngörülmüştür. Tez çalışması kapsamında hedeflenen nihai ürün bileşimine ulaşmak amacıyla ilk aşamada yanma sentezlerinden, kendinden ilerleyen yüksek sıcaklık yanma sentezi yöntemi (SHS) kullanılmıştır. Bu yöntemde hedeflenen nihai ürüne ulaşabilmek amacıyla oksit tozları ve redükleyici olarak seçilen metalin toz formunu içeren karışım stokiyometrik oranlarda hazırlanmıştır. Karışımın bir pota içerisine yerleştirilip tetiklenmesi ile aşırı ekzotermik reaksiyonun başlaması sağlanmıştır. Karışım üzerinde bir dalga şeklinde ilerleyen reaksiyon çok kısa sürede tamamlanmasıyla istenilen ürüne ulaşılmasına imkan vermektedir. Böylelikle klasik üretim yöntemlerinin uzun işlem süresi, maliyetli ekipman gereksinimleri ve çevresel zararları gibi dezavantajları elimine edilebilmektedir. Deneysel çalışmaların iİkinci aşamasında ise redüktant olarak kullanılan Alüminyumun yapıya geçip metal kazanım oranlarını düşürmesi sebebiyle daha az miktarlarda kullanılıp hacim yanma sentezi (VCS) yöntemiyle hedef bileşime ulaşılması amaçlanmıştır. Bu yöntemde de oksit tozları ve redükleyici metal tozları sitokiyometrik oranlarda hazırlanmıştır. Hazırlanan tozlar pota içerisine yerleştirilip 800 0C de 1 saat boyunca tav fırını içerisinde bekletilerek reaksiyonun gerçekleşmesi sağlanmıştır. Bu çalışmada Molibden disilisit alaşımlarının metalotermik yöntem ile üretimi gerçekleştirebilmek için çalışmalar yapılmıştır. Yapılan deneyler çerçevesinde reaksiyona giren toz miktarı ve oranları FactSage 6.4 termokimyasal simülasyon programı ile hesaplanmıştır. Bu sayede oksit bileşenler ve redükleyici metal istenilen kompozisyonda son ürüne ulaşmak amacıyla daha doğru olarak hazırlanabilmiştir. Reaksiyonun adyabatik sıcaklığı, redükleyici miktarının nihai ürüne etkisi ve stokiyometrik hesaplamalar simülasyon program ile hesaplanmıştır. Termodinamik hesaplamalar sonucunda Molibden disilist oluşumu için planlanan reaksiyonun 298 K'deki entalpi değeri (ΔH298) -372kJ olarak tespit edilmiştir. Adyabatik sıcaklık değeri ise 2423 oC olarak hesaplanmıştır ve bu değer reaksiyonun kontrollü olarak ilerleyebileceği sınır değerler aralığında olduğu görülmüştür. Bir diğer parametre olan spesifik ısı değeri (SI) hesaplamalar sonucunda 2293,6 J/g olarak tespit edilmiştir. Elde edilen termodinamik verilerden hareketle metalotermik uygulama şartları sağlandığı belirlenmiştir. Deneylerde molibdenli hammadde olarak molibden oksit (MoO3), tungstenli hammadde olarak tungsten oksit (WO3), silisyum kaynağı olarak metalik silis veya silisyum oksit (SiO2), redükleyi olarak ise Alüminyum (Al) kullanılmıştır. Gerçekleştirilen deneylerde her biri 150 gr olacak şekilde farklı sitokiyometrilerde şarjlar hazırlanmıştır. SHS deneylerinden reaksiyon öncesi seramik potalar 20 dakika boyunca 500 °C de ön ısıtmaya tabi tutulmuştur ve sonrasında tetikleyici ısıyı sağlamak amacıyla hazırlanan şarjlara akım verilerek reaksiyonların başlaması sağlanmıştır. VCS deneylerinde ise hazırlanan şarjlar pota içerisine yerleştirilmiştir ve tav fırını içerisinde 1 saat boyunca 800 0C de bekletilerek reaksiyonun başlaması sağlanmıştır. Bu çalışmalar ile ticari bileşime yakın Molinden disilisit bileşimleri elde edilmeye çalışılmıştır. SHS ve VCS uygulamaları sonucunda elde edilen ürünlere karakterizasyon çalışmaları amacıyla XRD analizleri uygulanmıştır.
Gümüş, altın ve altın alaşım kaplama elektrolit bileşimlerinin geliştirilmesi
Altın ve gümüşün yüksek elektrik ve termal iletkenliği ve beraberinde altının sahip olduğu yüksek oksidasyon direnci, bu metallerin birçok uygulamada kullanımlarını zorunlu hale getirmektedir. Ayrıca yüksek fiyatlı olmaları çoğu uygulamada kaplama şeklinde kullanımlarına neden olmaktadır. Altın ve gümüş kaplamalar başta dekoratif uygulamalar, takı / kuyumculuk endüstrisi ve elektronik olmak üzere sensörler, biyomedikal endüstrisi ve uçak-uzay sanayi gibi birçok alanda kullanılmaktadırlar. Vakumlu kaplama sistemlerinde çok fire verilmesi nedeniyle geleneksel, seçiciliğe ve otomasyona uygun bir kaplama yöntemi olan elektrokimyasal kaplama tekniği ile kaplamalarının üretimi uygulanmaktadır. Elektrokimyasal kaplama yönteminde en önemli parametrelerden biri elektrolit içeriğidir. Dünyada belli firmaların uzun yıllar süren araştırma-geliştirme faaliyetleri ve yatırımlarıyla çoğu patentlerle korunan elektrolit formülleri geliştirilmiştir. Bu elektrolitlerin içerdikleri ana bileşen ve tuzlar bilinse bile, çok düşük miktarlarda kullanılan parlatıcı veya katkı şeklinde ifade edilen kaplamanın ince taneli, sıkı, düz, porsuz, parlak olmasını sağlayan organik ve inorganik bileşenler bilenememektedir. Ülkemizde özellikle kuyumculuk endüstrisinde kullanılan altın kaplama elektrolitleri için yılda 3 milyon Euro seviyelerinde (içerdiği altın hariç elektrolite verilen fiyat) ithalat yapılmaktadır. Bu konuda bilgi birikimine gereksinim duyduğumuz ortadadır. Bu motivasyonla bu tez çalışmasında, gümüş ve altın kaplama elektrolit bileşimleri geliştirilmesi üzerine çalışılmıştır. Bu elektrolitlerde etkili olan parlatıcı katkıların tespiti ve siyanür konsantrasyonunun bu kaplamalardaki etkisinin tanımlanması amaçlanarak saf gümüş ve altın kaplamalar, altın-gümüş ve altın-bakır alaşım kaplamalar üzerine odaklanılmıştır. Elektronik endüstrisinde uygulanabilecek yarı-parlak gümüş, farklı endüstrilerde kullanıma uygun ayna parlaklığında gümüş, kobalt sertleştirilmiş altın, altın-gümüş alaşım, altın-bakır alaşım kaplama oluşturan elektrolit bileşimleri geliştirilmiştir. Yarı parlak ve parlak gümüş, parlak altın ve alaşımlarını oluşturabilecek çok sayıda parlatıcı katkı kombinasyonu belirlenmiştir. Her bir kaplama türü için bir elektrolit formülü seçilerek kullanım koşulları ve kaplama özellikleri araştırılmıştır. Ardından parlatıcı katkıların mikroyapıya ve redüksiyon mekanizmasına etkisi araştırılmış, kaplamanın geliştiği çekirdeklenme mekanizması belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar ışığında, gümüş kaplamalarda potasyum antimon tartarat, 2-merkaptobenzotiazol katkılarının parlatıcı etkilerinin yüksek olduğu ayrıca siyanür konsantrasyonunun bu kaplamalar için oldukça kritik olduğu; düşük siyanür konsantrasyonlu pirofosfat elektrolitlerinin ancak homojen yarı-parlak kaplama oluşturmada kullanılabileceği gösterilmiştir. Geliştirilmiş bu elektrolit formülü homojen, yarı-parlak ve yapışma özelliği iyi kaplama oluşturmaktadır ve elektronik endüstrisinde kullanıma uygundur. Parlak kaplama elde edebilmek için gerekli olan düzleme etkisi ancak yüksek siyanür konsantrasyonuyla sağlanmaktadır. Geliştirilmiş yüksek siyanürlü elektrolit bileşimi ise başta dekoratif uygulamalar ve aksesuarlar olmak üzere siyanürün etkilemediği çeşitli alanlarda kullanıma uygundur. Altın kaplamalarda imidazol, imidazolidin-2-tion, nitrobenzen, nitrobenzensulfonat halkalı organik yapılarının, düz zincirli alifatik yapıda bir bileşik olan tetraetilenpentaamin ile birlikte kullanımının parlak kaplama geliştirmede etkin olduğu gösterilmiştir. Ayrıca farklı olarak polimerik bir yapıyla (polietilenimin Mw=600) bir inorganiğin (potasyum selenosiyanat) de etkin parlatıcı çifti olarak çalışabildiği de gösterilmiştir. İlgili elektrolit formüllerinin kullanım koşulları araştırılarak mikron altı ve mikron üstü kalınlıklarda serbest siyanür içermeyen kobalt sertleştirilmiş altın kaplamalarla %99.9 sarı altın, altın-gümüş alaşım kaplamalarla yaklaşık %75 sarı-beyaz altın elde edilmiştir. Ayrıca gerekli hidrodinamik şartlar sağlanarak homojen renk stabilitesi sağlanan sarı, yeşil, kırmızı olmak üzere 3 farklı renkte, altın-bakır ve altın-bakır-kadmiyum alaşım kaplamalar elde edilmiştir. Altın-bakır alaşım kaplamalarda siyanür konsantrasyonu kritiktir ve alaşım bileşimini etkilemektedir. Serbest siyanür ilavesiz yapılan kaplamayla ağ. %98 Cu içerikli kaplamalar elde edilmiştir. Kullanım koşulları belirlenen ve bu tezle geliştirilmiş elektrolit bileşimleri aşağıda sıralanmıştır; 1. Yarı parlak gümüş kaplama elektroliti (serbest siyanür içermeyen): 80 g/L KAg(CN)2, 0.5 g/L KCN, 30 g/L sodyum boraks dekahidrat, 0.05 g/L 2- merkaptobenzotiazol, 0.5 g/L potasyum antimon tartarat, pH = 7.5 Kullanım koşulları: 25°C, 1 L/dk. ile elektrolit sirkülasyonu, 2-6 A.dm-2, 6.9 m'a kadar. 2. Parlak gümüş kaplama elektroliti (yüksek siyanürlü): 80 g/L KAg(CN)2, 60 g/L KCN, 7.5 g/L KOH, 0.05 g/L 2- merkaptobenzotiazol, 0.5 g/L potasyum antimon tartarat, pH = 13. Çalışma koşulları: 25°C, 1 L/dk. ile elektrolit sirkülasyonu, 0.5-6 A.dm-2, 6.3 m'a kadar. 3. Kobalt sertleştirilmiş 24 ayar sarı altın kaplama elektroliti: 4 g/L KAu(CN)2, 1 g/L CoSO4, 90 g/L potasyum sitrat, 60 g/L sitrik asit, 3 g/L imidazolidin-2-tion, 1 g/L tetraetilenpentaamin, pH = 4.2. Kullanım koşulları: 60°C, manyetik karıştırıcı hızı 350 dev/dk., 2-5 mA.cm-2, 3.9 m'a kadar. 4. 18 ayar sarı-beyaz altın-gümüş alaşım kaplama elektroliti: 4 g/L KAu(CN)2, 3 g/L KAg(CN)2, 80 g/L tetrapotasyum pirofosfat, 2.5 g/L polietilenimin (Mw=600), 5 ppm potasyum selenosiyanat, pH = 10. Kullanım koşulları: 60°C, manyetik karıştırıcı hızı 350 dev/dk., 5-10 mA.cm-2, 2.9 m'a kadar. 5. 19 ayar kırmızı altın-bakır alaşım kaplama elektroliti: 4 g/L KAu(CN)2, 60 g/L K2Cu(CN)3, 10 g/L KCN, 1 g/L tetraetilenpentaamin, pH = 11. Kullanım koşulları: 70°C, 2 L/dk. ile elektrolit sirkülasyonu, 7-10 mA.cm-2, 8 mA.cm-2 ile 20 dk. ya kadar. 6. 23 ayar sarı altın-bakır alaşım kaplama elektroliti: 4 g/L KAu(CN)2, 60 g/L K2Cu(CN)3, 10 g/L KCN, 1 g/L tetraetilenpentaamin, 3 g/L nitrobenzensulfonat, pH = 11. Kullanım koşulları: 70°C, 2 L/dk. ile elektrolit sirkülasyonu, 7-10 mA.cm-2, 8 mA.cm-2 ile 20 dk. ya kadar. 7. 21 ayar yeşil altın-bakır alaşım kaplama elektroliti: 4 g/L KAu(CN)2, 60 g/L K2Cu(CN)3, 10 g/L KCN, 1 g/L tetraetilenpentaamin, 3 g/L nitrobenzensulfonat, 1 g/L CdSO4, pH = 11. Kullanım koşulları: 70°C, 2 L/dk. ile elektrolit sirkülasyonu, 8-12 mA.cm-2, 8 mA.cm-2 ile 20 dk. ya kadar. Yukarıda kullanım koşulları sıralanmış ayna parlaklığında gümüş ve ayna parlaklığında olan diğer altın kaplamalar (24 ayar sarı kobalt sertleştirilmiş altın kaplama, 19 ayar kırmızı altın-bakır kaplama, 23 ayar sarı altın-bakır alaşım kaplama, 21 ayar yeşil altın-bakır alaşım kaplama) için geliştirilmiş elektrolit bileşimleri dekoratif olarak ve takı / aksesuar endüstrilerinde kullanıma uygun elektrolitlerdir. Bu tez ülkemizde bu alanda öncü bir çalışma niteliğindedir. Elde edilen bilgi birikimi ve geliştirilmiş olan elektrolit bileşimleri ile iç pazarda dışa bağımlılığımızın azaltılmasına ve uluslararası pazara girmeye yönelik uygun bir temel oluşturulmuştur.
Yapay sinir ağları yaklaşımı ile curufların termal iletkenlik değerlerinin tahmin edilmesi
Yapay sinir ağları çok güçlü bir tahmin yöntemi olmakla birlikte insan beyni ile de çeşitli benzerlikler göstermektedir. İnsan beyninde yaklaşık olarak on milyar sinir hücresi bulunmaktadır. Biyolojik bir sinir hücresini düşündüğümüzde içerisinde çok önemli elemanlar olduğunu söyleyebiliriz ki bunlar vasıtasıyla evrenin doğasını algılayabilir ve aldığımız tepkilere karşı uygun bir yanıt oluşturabiliriz. Bunlardan ilki sinyalleri dış ortamdan alan dendritler ve bu uyarıları veya sinyalleri değerlendiren ya da dönüştüren aksonlar tarafından sinaps uçlarına gönderilip ve bir sonraki sinir hücresinin uyarılması sağlanmaktadır. Sinirler birbirleriyle dış ortamdan veya çevreden alınan uyarılar vasıtasıyla iletişime geçerler ancak alınan uyarıların bir diğer sinir sistemine aktarılması için belli bir eşik değerinden geçmesi gerekmektedir. Dış ortamdan alınan uyarıların toplamı uyarının şiddeti olarak adlandırılmaktadır. Eğer şiddet belli bir eşik değerini geçerse anlamlı bir veri olarak diğer bir sinir sistemine aktarılmasına olanak tanınır ancak eşik değerinin altında ise ağırlık şiddeti tekrar hesaplanıp ve alınan sinyalin optimize edilmesi sağlatılmaktadır. Yapay sinir ağları yöntemi son derece güvenilir bir yöntem olmakla birlikte çok geniş uygulama yelpazesine de sahiptirler. Çünkü insan beyni gibi geçmişte öğrenilmiş verileri temel alarak çalışır ve öğrendiği verilerden ders alarak sonuçlar üretmektedir. Bunu şu şekilde uygular, hatalar her bir çıktı için yeniden hesaplanır ve yapay sinir ağı boyunca geriye doğru ilerleyerek katmanlar arasında yeniden yorumlanır ve daha iyi bir çıktı alınması sağlatılmaktadır. Bu işlem hata minimize edilinceye kadar devam etmektedir ve böylelikle "Öğrenme" sağlanmış olunur. Cüruflar, temiz ve kaliteli bir metalin üretilmesinde önemli bir role sahiptirler. Eskilerin deyimiyle "Cürufları dikkate alırsanız, metal zaten istendiği gibi oluşur." Metal üretiminde cüruflarının kontrol edilmesinin ne denli önemli olduğu bilinen bir gerçektir. Cüruflar temel olarak pota içerisinde sıvı halde bulunan metalin üzerini kaplar ve oksijen ile temasını engellemektedir. Ayrıca istenmeyen oluşumların sıvı bünyesinden uzaklaştırılmasını sağlamakta ve potadaki ısı kayıplarını korumaktadır. Bu tezde eriyik cürufların en önemli termal özelliklerinden biri olan termal iletkenlik değerleri üzerinde çalışma yapılmıştır. Termal iletkenlik bir ısı yayılma katsayısıdır. Isıl yayılma, Watt değerinin metre ve kelvin sıcaklığı birimine bölünmesi ile ifade edilir. (W/m. K). Süreç boyunca enerji akışı cürufun sıcaklığını, faz kompozisyonunu ve diğer termalkimyasal özelliklere etki etmektedir. Bu çalışmada temel olarak Na2O – B2O3 – SiO2 ve CaO – Al2O3 – SiO2 sistemlerine ait farklı sıcaklık kompozisyonları incelenmiştir. İlk olarak konu araştırması yapılmış ve örnek veriler toplanmıştır. Bu örnek veriler kütle veya mol yüzdeleri cinsinden alınmış ancak veritabanına aktarırken yüzdelik kütle dönüşümleri yapılmıştır. Bu veriler yapay sinir ağının öğrenme sürecinde kullanılmış ve böylelikle termal iletkenlik verilerinin üçlü faz sistemlerinde, istenilen sıvı bölge içerisinde tahmin edilmesi sağlatılmıştır ve eş sıcaklık çizgileri üçlü faz diyagramının sıvı bölgesi içerisinde çizilmiştir.
DP-800 kalite çift fazlı çeliğin sıcak daldırma yöntemi ile alüminyum kaplanması
Global otomotiv sektörü tüketici tercihleri, yasal düzenlemeler ve rekabetçi baskılar tarafından yönlendirilmektedir. Çevresel düzenlemeler, mevzuat gereklilikleri ve müşteri talepleri doğrultusunda otomotiv üreticileri ve malzeme tedarikçileri çok çeşitli çözümler geliştirmek zorunda kalmıştır. Yeni çözümler geliştirilirken yakıt tüketimini azaltmak, sürücü güvenliğini arttırmak, ürün güvenilirliğini sağlamak ve satın alınabilirliği arttırmak amaçları gözetilmiştir. Çözümler; ürün tasarımının optimizasyonu, hafif malzemelerin geliştirilmesi ve yenilikçi üretim süreçlerinin uygulanmasını içermektedir. Bütün bu çözümler birbiriyle bağlantılıdır ve hafif malzemelerin özelliklerine bağlıdır. Çift fazlı çelikler AHSS çelikler ailesinde bulunan en önemli çelik türlerinden biridir. Bu çelikler yumuşak ferrit fazı ile %10-%40 oranlarında martensit fazının birleşiminden oluşan mikro yapıya sahiptir. Bu çeliklerin yapısında bulunan martensit oranı malzemenin mukavemet seviyesini belirlemektedir. Çift fazlı çeliklerin ferrit+martensit yapısını elde edebilmek için düşük karbonlu çeliklere α+γ faz bölgesinde su verilmesi esasına dayanan üretim yöntemleri kullanılmaktadır. Çift fazlı çeliklerin bu yapısın söz konusu çelikleri geleneksel çeliklere göre deformasyon sertleşmesi ve şekillendirilebilirlik açısından daha üstün kılmaktadır. Çift fazlı çelikler gerek görsellik gerekse korozyon direnci sağlamak amacıyla kaplanmaktadır. Kaplama malzemesi olarak mevcut durumda yaygın olarak galvaniz kullanılmaktadır. Galvaniz kaplama malzemesi olarak kullanılan çinkonun kaynaklarının sınırlı olması sebebiyle ilerleyen zamanda fiyatının artması ihtimali oldukça yüksektir. Bu da çalışmaların sıcak daldırma yöntemiyle alüminyum ve alaşımları ile yapılan kaplamalar gibi çinkoya alternatif kaplama malzemelerinin arayışına yönelmesine sebep olmuştur. Yapılan çalışmalar düşük karbonlu çeliklerde galvaniz kaplanmış malzemeye göre alüminyum kaplanmış malzemenin daha yüksek korozyon direncine sahip olduğunu göstermektedir. Literatürde yapılan araştırmalarda DP çeliklerde alüminyum kaplama üzerine yapılan çalışmaların sayısının çok az olduğu görülmüştür. Bu çalışmada da çift fazlı çeliklerde alüminyum kaplamanın etkileri incelenmiştir. Bu kapsamda sıcak daldırma yöntemi ile alüminyum kaplama işleminin DP 800 çift fazlı çeliğinin mikro yapısına ve mekanik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Deneysel çalışmalar kapsamında DP 800 kalite çelik sac malzemeden elde edilen numuneler saf Al ve Al-%10 Si alaşımlarıyla 60 s daldırma sürelerinde700-770 oC sıcaklık aralığında farklı sıcaklıklarda kaplanmıştır. Kaplanan malzemelerin kaplama ve mikro yapıları ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Yapılan çalışma sonucunda DP 800 kalite çift fazlı çeliğin çekme mukavemeti, kopma uzaması ve sürekli akma davranışı gibi mekanik özelliklerinde herhangi bir kayıp yaşanmadan sıcak daldırma yöntemi ile alüminyum kaplanabileceği görülmüştür. 770 oC'de kaplanan malzemelerin çekme mukavemetlerinin kaplanmamış malzemeye göre daha yüksek değerlere sahip olduğu görülmüştür.
Vakumda metalotermik yöntem ile kalsiyum redüksiyonuna etki eden parametrelerin incelenmesi
Kalsiyum toprak alkalileri grubundan olan metalik bir elementtir ve yeryüzünde en çok bulunan elementler arasında 5. sırada yer almaktadır. İsmi Latincede "kireç" anlamına gelmekte olan "calx" sözcüğünden türetilmiştir. İlk olarak 1808'de Lumphru Davy tarafından kalsiyum hidroksitten elektroliz yoluyla elde edilmiştir. Spesifik ağırlığı 1,55 g/cm³ ve ergime sıcaklığı 851°C'dir. Kaynama sıcaklığı ise 1440°C'dir. İnsan vücudunda makro yapı olarak bulunmaktadır ve elektrik iletkenliği açısından diğer metallere göre daha iyi özellik göstermektedir. Sertlik skalasında sodyum ve alüminyum arasında bulunur. Kalsiyum metali üretimi için birden çok yöntem uygulanmıştır. Metalik kalsiyum ilk defa eritilmiş kalsiyum klorürün elektrolizi yöntemi ile elde edilmiştir. Bu prosesde elektrolit kabı olarak porselen veya demir kaplar kullanılmaz bunun nedeni yüksek sıcaklıklarda yapılan bu proseste erimiş kalsiyum klorür bu tür kaplara tesir etmesidir. Bu nedenle genellikle grafitten yapılmış kaplar kullanılmaktadır. Diğer bir yöntemde ise eritilmiş kalsiyum iyodürü sodyum ile reaksiyona sokulmakta ve CaI2 + 2Na → Ca + 2NaI göre ayrılmış olan kalsiyum, sodyumun fazlasıyla alaşım yapar. Sonrasında kristallerden saf alkol ile sodyum uzaklaştırılarak kalsiyum metali elde edilir. Kalsiyum metali genellikle yüksek sıcaklıkta CaO'nun alüminyum metali ile indirgenmesi yoluyla elde edilir. Bu işlemi gerçekleştirmek için düşük basınç ve yüksek sıcaklık gerekmektedir. Bu şartlar sağlandıktan sonra kalsiyum metali vakum ortamında redüksiyon sonrasında diğer maddelerden ayrışıp saflaştırılır. Endüstriyel üretimde kalsiyum metali bikarbonat, eritilmiş kalsiyum klorür ve cevherin hidroklarit asit ile proses edilmesiyle elde edilir. Yapılan bu işleme elektroliz adı verilir. Elektroliz işleminde grafit kap anot olarak kullanılırken, erimiş kalsiyum klorüre batırılmış demir çubuk da katot görevini yapmaktadır. İşlem sonrasında ise metalik kalsiyum katot etrafında toplanır. Günümüzde metalik kalsiyum üretimi uygun kireç taşının hammadde olarak kullanıldığı prosesler ile üretilmektedir. Kireç taşı (CaCO3) kalsinasyon işlemi sonucunda CaO'e dönüştürülmekte ve bu kalsine vakumda alüminyum ile redüksiyona sokularak kalsiyum elde edilmektedir. Bu prosesde kalsinasyon işleminde açığa çıkan CO2 prosesin çevre ve enerji açısından sorgulanmasına yol açmaktadır. Yapılan bu tez çalışmasında kalsiyum üretiminde çevreye olumsuz etkisi olan CO2 salınımına ve yüksek enerji tüketimine sebep olan kalsinasyon kademesini ortadan kaldırmak amacıyla pirometalurjik magnezyum redüksiyon atıkları hammadde olarak seçilmiştir. Bu atıklar %57,65 CaO içermekte olup vakumda metalotermik prosesle 1 ve 10 lt'lik retortlarda farklı ilave, süre ve sıcaklıklarda reaksiyona sokulmuş, bu değişkenlerin kalsiyum redüksiyon verimi ve nihai kalıntının bileşimi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Redükleyici madde olarak seçilen alüminyumun redüksiyon davranışına etkisi önce termodinamik hesaplamalar daha sonra da deneysel çalışmalar ile ortaya koyulmuştur. Deneylerin ilk aşamasında Mg redüksiyon curufu, Al redüktan kullanılarak vakum ortamında 1 litrelik retort içerisinde redüklenmiştir. Deneyler 60 dk, 120 dk, 180 dk ve 240 dk'da 1200℃, 1250℃ ve 1300℃ sıcaklıklarda yapılmıştır. Mg redüksiyon curufundan metalik kalsiyum üretimi için en yüksek verim olan %72,2 için proses parametreleri olarak 1300℃'de %150 Al stokiyometri ilavesi ve 480 dk olarak belirlenen deney şartlarında elde edilmiştir. Yarı pilot çapta ise 10 litrelik retortlarda yapılan kalsiyum redüksiyon çalışmalarında metalik kalsiyumun taç olarak elde edilmesi amaçlanmıştır. Yapılan deney sonucunda 1300℃, %150 Al stokiyometri ve 480 dk proses parametrelerinde metalik kalsiyum üretim verimi %61,3 olarak elde edilmiştir.
Effect of austempering and aluminizing processes on properties of high silicon spheroidal graphite ductile irons
EN 1563 standard covering spheroidal graphite ductile cast irons was revised in March 2012 and the solution strengthened ferritic (SSF) grades of GJS-450-18, GJS-500-14, and GJS-600-10 with higher Si contents (wt% 3.2-4.3) were newly added to the standard. A higher amount of silicon (as solute atoms) makes a solid solution by replacing iron (solvent atoms) in the lattice, contributes to lattice distortion and makes dislocation motion more difficult. Thus strength of the material increases. Solid solution strengthening improves ductility almost two times, and approximately 50-60% more tool life during machining to SSF ductile cast irons compared to conventional ferritic / pearlitic ductile cast irons is obtained. Although ductile cast irons have good features in terms of mechanical and wear properties, further improvement of these properties were needed in line with industry demands. In accordance with these demands, austempering heat treatment is applied to the ductile cast irons. With austempering treatment, the existing matrix transforms into acicular ferrite and high-carbon retained austenite, resulting in enhanced strength and toughness. While the austempering process is a method commonly applied to traditional ductile cast irons, it has also been recently applied to SSF ductile cast irons. The results showed that austempered high silicon ductile cast irons showed higher strength and higher ductility than austempered conventional ductile cast irons. Due to the high amount of silicon in the SSF ductile cast iron, it prevents the formation of cementite (Fe3C), which is likely to occur in the microstructure after the austempering process, and protects the mechanical properties against the detrimental effect of the cementite. Since high silicon in SSF ductile cast irons increases the eutectoid temperature, higher temperatures are required in the austenitizing step of the austempering process than in conventional ductile cast irons. High austenitizing temperature provides more rapid diffusion of carbon to austenite and austenite becomes richer in carbon. Due to the higher enrichment of carbon obtained at the higher austenitization temperature, thermodynamic stabilization austenite are improved. Because the austenitization step of the austempering process occurs at high temperatures (> 850 °C), it is inevitable that the materials are exposed to oxidation and decarburization if the protective atmosphere is not provided at these temperatures. Thanks to hot-dip aluminizing (HDA) coating technique, these materials can be protected from decarburisation during austenitizing as well as providing high-temperature oxidation resistance to these materials. After HDA coating, generally, a top layer of Al (with FeAl3), a middle layer of FeAl3, and an inner layer of Fe2Al5 were formed in the coating. The Al top layer by forming Al2O3 at high temperatures protects the material from oxidation and decarburisation. The mechanical properties of the coating are improved by transforming the brittle intermetallics (FeAl3, Fe2Al5) present in the coating structure into iron-rich and tougher FeAl and Fe3Al structures at high temperatures. Therefore, it is expected that the HDA coating of ductile cast irons before austempering may contribute to the surface properties of the material. In the first phase of the experimental studies carried out within the scope of the thesis, GJS-500-14 and GJS-600-10 grade ductile irons were austenitized at 975 °C for 2 h, and then they were subjected to the austempering process at predetermined temperatures of 270 °C, 330 °C, and 390 °C for 60 min. The effects of different austempering temperatures on the structural, mechanical and magnetic properties of materials were investigated. It was found that volume fraction of retained austenite increases with increasing austempering temperature, the increase in the amount of silicon from 3.7% (GJS-500-14) to 4.3% (GJS-600-10) negatively affect the ductility and toughness, and also the optimum mechanical properties are obtained at austempering temperature of 330 ° C. One of the factors affecting the optimum mechanical properties is the thin-coarse form of the acicular ferrite found in the microstructure and the other one is the amount of retained austenite is in the range of about 20-25%. The magnetic properties of the SSF ductile irons vary depending on the chemical content and microstructural constituents of the materials, namely, saturation magnetization values decrease with increasing silicon content and increasing retained austenite content. The decrease in saturation magnetization with the increase of silicon content can be explained by the effect of alloying elements, which are capable of decreasing the magnetic moment and consequently the saturation magnetization of iron. The decrease in saturation magnetization due to microstructural constituents can be explained by variations in the ferromagnetic (ferrite) and paramagnetic (austenite) phase volume fractions, namely, saturation magnetization reached a maximum value in the ductile irons containing the highest amount of ferrite. In the second phase of the thesis, HDA coating (750 °C, 5 min) was applied to GJS-500-14 grade SSF ductile irons, and then aluminized ductile irons were austenitized at 975 °C for 2 h, followed by austempering at predetermined temperatures of 270 °C, 330 °C, and 390°C for 60 min. The effect of additional HDA coating on the mechanical and corrosion properties of the materials was investigated. Compared to as-cast ductile iron without aluminizing, the hardness and strength values and ductility of HDA coated ductile irons were almost unchanged in the as-cast condition. The strength values decreased slightly but the ductility increased in the aluminized and austempered condition. This can be explained by the brittle phases (Fe2Al5, FeAl2) in the coating structure and the high temperature gradient during cooling from the austenitizing temperature (975 °C) to the austempering temperature (270 °C–390 °C), which was responsible for the crack formation because of the brittle nature of the Al-rich intermetallics in combination with the tensile stress acting on them. After anodic potentiodynamic polarization corrosion tests, the corrosion resistance of the HDA coated and subsequent austempered ductile irons was found to increase by about 3-6 times compared to as-cast ductile iron without aluminizing. This increment in corrosion resistance can be explained by lack of graphite nodules on the coating surface, namely, graphite nodules are not directly exposed to the corrosive environment in the case of coated ductile irons, unlike as-cast ductile irons without aluminizing. Therefore, graphitic corrosion, which is a common corrosion mechanism of as-cast ductile iron, it was not expected to be the driving mechanism of corrosion in the coated ductile irons. The third and final phase of the thesis, another grade of SSF ductile irons (GJS-600-10) were coated with HDA technique (750 °C, 5 min), and then austempering heat treatment has been performed in the austempering condition optimized from previous studies (975 ° C 2 h for austenitization, 330 ° C 1 h for austempering). After the materials were characterized structurally and mechanically, room temperature wear characteristics were predominantly examined. It was found that wear resistance was increased by about 30% when austempering is applied after the HDA coating. The porous Fe2O3 oxide formed by abrasion on the surface of austempered ductile iron without aluminizing, and this led to increment in wear rate with plastically deformed graphite during wear test. In the case of coated and austempered ductile iron, although thin Al2O3 layer produces cracks on the surface during wear, the newly formed Fe-Al intermetallics in the subsurface during austenitizing provides strong support during wear. In conclusion, single austempering without aluminizing significantly improved both strength and toughness of SSF ductile irons (GJS-500-14, GJS-600-10), as expected. With the increasing austempering temperature, the volume fraction of ferrite (ferromagnetic) decreased and accordingly the volume fraction of retained austenite (paramagnetic) increased. Utilizing the change of magnetic properties with increasing austempering temperature, the retained austenite volume fraction of these materials were calculated by a magnetic method and these values were found to be compatible with the measurements made by XRD method. Additional HDA coating before austempering improved the surface properties (corrosion, wear) of the SSF ductile irons. Mechanical properties of the HDA coated and austempered ductile irons satisfied the requirements of grades 1200-3, 900-8, and 800-10. A further achievement of HDA coating is that the surface is prevented against decarburization and scaling without a need for further protective atmosphere during austenitizing.
Mechanochemical synthesis and characterization investigations of some refractory metal silicides
In recent years, metal silicides have attracted growing interest due to their unique properties such as high melting temperature, high temperature oxidation stability, high temperature strength and excellent diffusion-barrier characteristics. In regard of these properties, they have gained the attention of researchers for mainly two different usages as coating and high temperature structural materials. Good thermal stability, relatively low electrical resistivity and being good contact material for silicon-based materials make metal silicides important for coating materials in microelectronic applications. Additionally, high melting temperature, relatively low density, high temperature strength and good chemical and oxidation resistance make them potential candidates for high-temperature structural applications such as turbine engines and heating elements. The first commercial application of metal silicides was heating elements of MoSi2 based composites which was patented in 1956 by Kanthal. After that, researchers have mainly focused on molybdenum silicides and their composites among metal silicides. Tungsten silicide is the most resembling silicide to MoSi2 in terms of its crystal structure. However, its properties are slightly different. WSi2 can also be regarded as a promising material highlighted by high strength at elevated temperatures accompanying with its high melting point, its ability to form a SiO2 layer on its surface at high temperatures and its great corrosion resistance. In addition to these silicides, niobium silicide exhibits encouraging properties for many applications which require high temperature oxidation resistance under severe conditions. The most common preparation method for transition metal silicides is solid-state reactions resulting from directly heating of elemental powders at high temperatures. This process generally requires prolonged dwell times and high temperatures like 1200 ºC. Other methods successfully utilized for producing metal silicides are mechanical alloying (MA) and self-propagating high temperature synthesis (SHS). MA, as an advanced powder metallurgy technique, is a relatively simple and a cost effective mass production method at room temperature. Moreover, MA can be an efficient route to produce metal silicides by means of lower temperatures and shorter processing times than commercial methods due to repeated fragmentation and re-welding of powder particles. When the MA process is terminated with exchange/reduction reactions of the initial powders, the process is also termed as mechanochemical synthesis (MCS). In the literature, the synthesis of metal silicides usually conducted by MA of elemental powders which requires long ball milling times. In almost all studies on the fabrication of metal silicides, elemental powders were used as the initial materials. MCS process may reduce the milling time for reactions and provide more efficient production route in terms of using relatively cheaper starting materials (powders) compared to elemental powders. It is also known that MCS process usually yields to nano-sized particles. Therefore, synthesis of metal silicides by an MCS method may give promising results for their applications both at elevated temperatures and in microelectronic industries. In this dissertation, tungsten, molybdenum and niobium silicide powders were fabricated using a combined method of MCS and leaching process. The consolidation and sintering of selected powder compositions after MCS and purification were conducted by spark plasma sintering (SPS). The primary goal of this dissertation work was to synthesize tungsten, molybdenum and niobium silicide powders from their oxide starting powders (WO3, MoO3 and Nb2O5), silica (SiO2) and a reducing metal (Mg). The thermodynamic predictions of desired reactions for metal silicide formations were also studied and discussed together with experimental results to have a better understanding of the constituted phases and their reaction mechanisms. Different milling durations and excess initial additions were used as process parameters. The synthesis studies of tungsten silicide powders were also performed using other starting systems to achieve selected initial powder efficiency. Detailed characterizations of synthesized powders were carried out using an X-ray diffractometer (XRD), stereomicroscope (SM), differential scanning calorimeter (DSC), scanning electron microscope coupled with an energy-dispersive X-ray spectrometer (SEM/EDS), particle size analyser (PSA), transmission electron microscope with energy-dispersive X-ray spectroscopy (TEM/EDS). The consolidation behaviours of synthesized metal silicides were also studied using different sintering temperatures. The microstructure and mechanical properties of the bulk silicide samples were characterized via optical microscopy (OM), XRD, SEM techniques, and calculations of Archimedes density, Vickers microhardness and fracture toughness values. Firstly, the mechanochemical synthesis studies of tungsten silicide powders were investigated in the WO3-SiO2-Mg starting powder system in terms of various milling time and excess reactant amounts. After MCS (milling of 20 min for reaction), the stoichiometric initial batch resulted in WSi2, W5Si3, W, MgO and Mg2SiO4 phases. Optimizing excess initial additions provided to synthesize mainly WSi2 structure in addition of small amounts of W5Si3 after MCS and leaching. The TEM investigations revealed that the average particle size of synthesized tungsten silicide powders was 97 mm and each tungsten silicide particle had coated with a SiO2 layer. In addition, the MCS of tungsten silicides were also investigated using, WO3-Si-Mg, W-SiO2-Mg and W-Si systems to compare their efficiency and resultant phases. The excess Mg added WO3-Si-Mg initials resulted in WSi2, W5Si3 and W phases after MCS (milled for 2 min) and leaching. In contrast to this system, the W-SiO2-Mg system could not be mechanical alloyed to yield tungsten silicide structures. In addition, W-Si system resulted in WSi2 formation after long milling duration like 15 h. Evaluation of all starting powder systems, the most efficient was WO3-SiO2-Mg system. Secondly, the molybdenum silicide powders from the MoO3-SiO2-Mg initial system were mechanochemically synthesized (20 min milling for reaction) and leached. The resultant powders comprised of α-MoSi2, β-MoSi2 and Mo5Si3 phases. The TEM images showed that particle sizes of synthesized molybdenum silicide were below 200 nm and encapsulated with SiO2 layers. Thirdly, the mechanochemically synthesis of niobium silicide was investigated using the Nb2O5-SiO2-Mg initial system. Two different Nb2O5 crystal structures (orthorhombic and monoclinic) was used to compare the initial crystal structure, and only the initial powder batch containing orthorhombic Nb2O5 resulted in MCS after 5 h of milling. The synthesized and leached niobium silicide powders had mainly the NbSi2 phase with traces of Nb5Si3 and SiO2. The TEM investigations revealed that the average particle size of synthesized powder was 61 nm and each particle had a SiO2 encapsulation layer. Finally, the selected compositions of synthesized metal silicide powders were consolidated at different temperatures by SPS. The most promising sintering result was obtained for the molybdenum silicide sample with a relative density of 94 %, Vickers microhardness of 15 GPa and fracture toughness of 3.5 MPa√m. This dissertation reveals the production results of tungsten, molybdenum and niobium silicides from their oxides by mechanochemical synthesis for the first time in the universal literature. Detailed characterizations showed that metal silicide with high purity powders had particle sizes below 200 nm. Moreover, a SiO2 encapsulation layer was detected in all synthesized metal silicide particles. In addition, SPS sintering studies of the mechanochemically synthesized metal silicide powders also contributed to the literature. To sum up, as important advanced ceramic materials, metal silicides, were produced from relatively inexpensive initial materials with a simple procedure at room temperature.
3XXX alüminyum alaşımlarında magnezyum ve alternatif proseslerin etkisinin incelenmesi
3XXX serisi Alüminyum (Al) alaşımlarının temel alaşım elementi Manganez (Mn)'dir. Orta seviye mukavemete, iyi işlenebilirliğe ve korozyon dayanımına sahip 3XXX serisi alaşımlar temel olarak 3003, 3103, 3004 ve 3005 serisi alaşımlardır. Birincil kullanım şekli yassı mamul olan bu alaşımlar yaygın olarak, içecek kutuları, ısı dönüştürücüler, mutfak eşyaları, depolama tankları, çatı, cephe ve mimarı uygulamalarda kullanımı bulunmaktadır. İkiz merdaneli döküm yöntemiyle üretilen alüminyum levhalar gerekli haddeleme ve tav süreçlerinden geçerek yarı mamul olarak prosesi tamamlanır. Üretilen yarı mamuller ilgili kullanım alanlarına yönelik proseslerden geçirilerek son ürün eldesi sağlanmaktadır. İkiz merdaneli döküm yöntemi ile üretilen Al alaşımların şekillendirilebilirlik özellikleri üzerine gerçekleştirilmiş olan bu çalışmada, termo-mekanik proseslerin ve alaşım elementlerinin etkileri incelenmiştir. Temel olarak, döküm esnasında oluşan mikro ve makro yapısal levha özellikleri ve sonrasında uygulanan tav ve haddeleme süreçleri levhaların şekillendirilebilirliğine doğrudan etki eden parametrelerdir. Bu çalışmada, ikiz merdaneli döküm yöntemi ile üretilmiş 3XXX serisi Al levha numuneleri içerisinden farklı Mg oranlarına sahip 3 adet alaşım serisi seçilmiştir. Buna bağlı olarak, farklı Magnezyum (Mg) oranlarının nihai malzemenin temel olarak şekillendirilebilirlik ve mukavemet özelliklerine etkisi alternatif iki proses (döküm kalınlığında homojen tavlam ve deformasyon sonrası homojen tavlama) uygulanarak incelenmiştir. Magnezyum etkisinin yanı sıra, her iki prosesin de nihai malzeme üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Seçilen her bir alaşım için farklı iki proses uygulanarak direkt olarak prosesin de şekillendirilebilirliğe etkisi gözlemlenmiştir. Her bir alaşım için denemesi gerçekleştirilen farklı iki proses sonuçları mekanik ve mikro yapısal özellikler temelinde incelenmiştir. Mikro yapısal incelemeler döküm tekstüründen başlayarak nihai malzeme sonrası özelliklerin incelenmesine kadar devam etmiştir. Mikro yapı analizleri optik mikroskop kullanılarak tamamlanmıştır. Mekanik özellikler ise 3 yönlü çekme testi sonuçları ile malzemenin hem şekillendirilebilirliği hem de mukavemeti kapsamında değerlendirilmiştir. Nihai koşullarda elde edilen tüm numuneler O kondisyonda olup, %1Mg içeriğine sahip AA 3004 bilinen en mukavim alaşımdır. Mg etkisi ile yapıya mukavemet kazandırılmıştır. % 0,5 Mg içeren AA 3005 (AlMn1Mg0.5) ise; AA 3004 (AlMn1Mg1)'e kıyasla daha düşük fakat Mg içermeyen AA 3003 (AlMn1)'e kıyasla daha yüksek mukavemete sahiptir. Bu durum, hem şekil alma kabiliyeti yüksek hem de mukavemet gerektiren uygulamalarda AA 3004 ve AA 3005 alaşımlarının kullanılabileceğini göstermektedir. Her bir alaşımın döküm mikro yapıları kıyaslandığında, Mg etkisi net bir şekilde göze çarpmıştır iki alaşımın döküm mikro yapısında bu duruma rastlanmıştır. Yüksek Mg oranına sahip AA3004 alaşımının nihai mikro yapısı ince ve eş eksenli olup şekillendirilebilirliğe olumlu etkide bulunmuştur. AA 3003 alaşım nihai mikro yapısında taneler oldukça kabadır. Bu durum, hem mekanik özellikleri hem de malzemeye şekil verildiğinde malzeme yüzey özelliklerini etkileyecektir. %0,5Mg'ye sahip AA 3005 alaşımı ise taneleri incedir fakat orta seviye magnezyumun etkisi tane yapısında oldukça net bir şekilde gözlemlenmiştir. Taneler ince ve eş eksenlidir fakat AA 3004'e göre daha kaba tanelidir. Artan Mg oranı malzemenin düzlemsel anizotropisinde düşüşe sebebiyet vermiştir. AA 3004 en düşük düzlemsel anizotropi değerlerine sahip olup bu üç alaşım içerisinde şekillendirilebilirliği en yüksek alaşımdır. AA 3003 ise genel hatlarıyla en yüksek düzlemsel anizotropi değerine sahiptir. Prosesin şekillendirilebilirlik üzerine olan etkisinde ise en göze çarpan sonuç homojen tav prosesinin etkisi olmuştur. Bunun yanı sıra, ara tav ve nihai tav proseslerinin malzemenin 3 yönlü özelliklerine etkisi homojen tav prosesi kadar olmamıştır. Döküm mikro yapısındaki kusurlar ve intermetalikler uygun süre ve sıcaklıkta yapılan homojen tav pratiği ile giderilerek malzemedeki homojenite sağlanmıştır. Bu homojenlik ise malzemenin nihai şekillendirilebilirlik özelliklerine dahi tesir etmektedir.
Yüksek mıknatıslanma doygunluğuna sahip nikel katkılı manganez ferrit tozlarının çözelti yanma sentezi ile üretimi ve karakterizasyonu
Ferritler yaklaşık son 50 yıl boyunca araştırılan ve çeşitli uygulamalarda kendine yer edinen üstün manyetik özelliklere sahip bir oksit sınıfıdır. Günümüzde de ferrit bileşiklerine duyulan ilgi artmaktadır ve teknolojik olarak; daimi mıknatıslar, ferrofluidler, manyetik rezonans görüntüleme, geniş bantlı transformatörler, manyetik sensörler, mikrodalga cihazlar ve enerji depolama, atık sulardan ağır metallerin ve çeşitli organik kirleticilerin giderilmesi, biyosensörler ve kanser tedavisinde ilaç salınımı gibi alanlarda kullanılmaktadırlar. Elektrokimyasal performanslarından ötürü, genel formülü AB2O4 olan spinel kristal yapılı ikili geçiş metal ferritleri, elektrokimyasal süperkapasitörler için oldukça uygun malzemeler olarak önerilmişlerdir. Elektrokimyasal kapasitörler için potansiyel adaylar olarak MnFe2O4, NiCo2O4, CoFe2O4 vb. spinel bileşikleri düşünülmüştür. Bu bileşikler içerisinde MnFe2O4 özgül kapasitans değerinin > 100 F.g-1 olması , alkali / alkali klorürlerin ve sülfatların sulu solüsyonlarında yüksek enerji yoğunluğu ( >10 kW.kg-1 ) göstermesi nedeniyle ve ayrıca bu elektrokimyasal özelliklerinin yanında, sert redoks ortamında çok kararlı yapısal, elektriksel ve kimyasal özelliklere sahip olması sebebiyle dünya çapında ilgi görmüş bir malzeme olarak karışımıza çıkmaktadır. MnFe2O4 ayrıca, yüksek mıknatıslanma doygunluğu ve düşük blokaj sıcaklığı nedeniyle teknolojik uygulamalar için büyük bir potansiyele sahiptir. MnFe2O4'ün bu manyetik özellikleri esas olarak tetrahedral ve oktahedral alanlar arasındaki katyon dağılımına ve ayrıca kristalit boyutu, morfolojisi ve katkı konsantrasyonuna ve cinsine bağlıdır. Malzemenin elektriksel ve manyetik özelliklerindeki gelişme ise, esas olarak oktahedral ve tetrahedral bölgelerdeki bozulma nedeniyle elde edilmektedir. Ayrıca; katkı ilavesi, katyon yer değiştirmesi veya bileşik hazırlanması ile bu özelliğin geliştirilebileceği bilinmektedir. MnFe2O4 'ün fiziksel ve kimyasal özellikleri, sentez işlemi sırasında doğrudan ve dolaylı olarak da kontrol edilebilen yapısal ve mikro-yapısal özelliklerine de bağlıdır. Bu özellikler yüksek oranda; kompoziyon, morfoloji ve boyut gibi paramatrelere bağlı olarak değişir. Bu çalışmada, nikel katkılı manganez ferrit bileşilerinin geleneksel yöntemlerden farklı olarak çözelti yanma sentezi yöntemiyle daha kolay, daha saf ve daha ince taneli olarak üretilmesi amaçlanmıştır. Yüksek mıknatıslanma doygunluğu için literatür ile karşılaştırma yapabilmek amacıyla en az 40 emu/g değeri hedeflenmiştir. Böylece, yukarıda bahsedilen alanlarda kullanıma uygun çok saf ve ince taneli nikel manganez ferrit tozlarının üretimi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir.
Borlama işleminin karbür kesici takımların titanyum alaşımlarını işleme performansına etkisinin araştırılması
Bu çalışmada da, titanyum alaşımlarının işlenmesinde tercih edilen sementit karbür kesici takımların titanyum işleme performanslarının borlama yöntemi ile arttırılabilirliği araştırılmıştır. Burada borun yapıdaki kobalt matrisi içine difüzyonu ile kobalt matrisinin dayanıklılığını arttırmak ve kesici takım yüzeyinde işleme koşullarına dayanabilecek bir yapı oluşturmak hedeflenmiştir. Bu çalışmada ayrıca farklı borlama şartlarının etkileri araştırılarak optimum proses parametrelerinin belirlenebilmesi hedeflenmiştir. Farklı borlama şartlarında borlanan karbür kesici takımlar ile borlanmamış orijinal kesici takım karşılaştırması performans testleri sonuçlarına göre yapılmıştır.
Synthesis and characterization of poly(diethylamino ethyl methacrylate-co-ethyl methacrylate)/polyindole composites
Mevcut çalışmada; İlk aşamada, hidrofilik monomer 2-dietilamino etilmetakrilat (DEAEMA) ve hidrofobik monomer etil metakrilattan (EMA) serbest radikal polimerizasyonu kullanılarak amfifilik poli(DEAEMA-ko-EMA) kopolimerleri sentezlendi. İkinci aşamada, poli(DEAEMA-ko-EMA) kopolimerinde in situ oksidatif polimerizasyon tekniği kullanılarak demir(III) klorür (FeCl3) varlığında indol iletken monomer kullanılarak farklı konsantrasyonlarda beş seri kompozit hazırlandı. Polimer kompozitlerin (PC'ler) yapıları FTIR, TGA, SEM, AFM karakterizasyon teknikleri kullanılarak aydınlatıldı. PC'ler, test tüpü yöntemi (TM) ile Streptococcus mutans kullanılarak test edilen bakteriyel biyofilm yapışması konusunda önemli performans sergiledi. Bu çalışmada, PC1'in 0,006 mg/ml konsantrasyonu Streptococcus mutans'ın biyofilm oluşumunu %83,199 oranında azaltmıştır. PC'lerdeki poli(indol) konsantrasyonu ve miktarı arttıkça % antibiyofilm etkisi de artmaktadır. Hazırlanan poli(DEAEMA-co-EMA)/PIN kompozitlerinin Escherichia coli ve Staphylococcus aureus'a karşı antibakteriyel aktivitesi değerlendirildi ve sonuçlar kompozitin antibakteriyel aktiviteye sahip olduğunu gösterdi. Bunun yanısıra, kompozitlerin antioksidan çalışmaları da yapıldı. Sonuçlar poli(DEAEMA-co-EMA)/PIN(%90) kompozitinin biyoaktivitesinin arttığını gösterdi. Ayrıca antioksidan çalışmalarının bulguları, PIN'in diğer tüm numuneler arasında en yüksek canlılık değerini sergilediğini gösterdi. Ayrıca, kompozit ince filmlerin dielektrik özellikleri; dielektrik kayıp ve tanjant değerleri baz alınarak frekansa bağlı olarak değerlendirme yapılmıştır.
Otomotiv sanayisinde kullanılan Al-Si alaşımlarında döküm kalitesinin korozyon özelliklerine etkisi
Alüminyum döküm alaşımlarının kullanımı, esas olarak düşük yoğunlukları, iyi dökülebilirlikleri, yüksek özgül dayanımları ve korozyona karşı dayanımları nedeniyle son yıllarda artmaktadır. Bununla birlikte, döküm özelliklerini iyileştirmek ve mümkün olan en düşük kusur içeriğine sahip parçalar elde etmek için, dökümhanelerin daha yüksek bir alaşım elementi içeriğine ihtiyacı vardır; böylece alüminyum dökümlerin korozyon direncinin daha da iyi hale getirilmesi hedeflenmektedir. Sonuç olarak, bu iyileştirmelerin başarılı şekilde ortaya konması için alüminyum dökümlerin korozyon direncinin ve korunmasının daha iyi anlaşılması gerekmektedir. Daha hafif, azaltılmış kalınlık ve daha yüksek mukavemet talebi, otomotiv endüstrisinde odak noktası haline gelmiştir. Bu gereksinimleri karşılamak için çözelti güçlendirmenin etkisinden yararlanarak alaşım elementlerinin eklenmesi araştırılmaya başlanmıştır. Bu çalışmada otomotiv sanayisinde yaygın kullanım alanına sahip olan A360 alaşımının mekanik ve korozyon özellikleri üzerine stronsiyum, bor ve vanadyum ilavelerinin etkileri incelenmiştir. A360 döküm alaşımlarının mekanik özellikleri ve korozyon direnci ile ilişkisi vurgulanmıştır.
Kullanılmış lityum-iyon pil katot malzemesindeki değerli metallerin okzalik asit çözeltisindeki liç kinetiğinin incelenmesi
Lityum iyon piller günümüzde hemen her alanda kullanılan şarj edilebilir pil türüdür. Bir lityum iyon pilinin yapısı anot, katot, elektrolit, bağlayıcı ve plastikten oluşmaktadır. Anot, genellikle bakır folyo üzerine kaplı grafitten oluşurken katot malzemesi, alüminyum folyo üzerine kaplı metal oksitlerden oluşmaktadır. Kullanılan metal oksit çeşidine göre ise pillerin elektrokimyasal özellikleri belli olmakta ve lityum iyon pil, kullanılan metal oksit türüne göre adlandırılmaktadır. Katot malzemesi nikel, mangan ve kobalt oksitten oluşuyorsa NMC, lityum demir fosfattan oluşuyorsa LFP, kobalt oksitten oluşuyorsa LCO gibi isimlendirmeler yapılmaktadır. Birçok metali bünyesinde bulunduran ve arz-talebin yüksek olduğu lityum pil endüstrisinde, geri dönüşüm ve metallerin geri kazanımı hem çevresel hem de ekonomik olarak yüksek öneme sahiptir. Bu tez çalışmasında ömrünü doldurmuş cep telefonu pilleri deşarj edilip mekanik olarak açıldıktan sonra katot tozunun üzerinde bulunduğu alüminyum folyo çözündürülüp katot tozu elde edilmiştir. Katot tozu ile yapılan liç deneylerinde okzalik asit konsantrasyonunun, sıcaklığın, katot tozu tane boyutunun, karıştırma hızının, katı-sıvı oranının ve liç süresinin lityum, kobalt, nikel ve manganın çözünmesine etkisi ve liç reaksiyonlarının kinetiği incelenmiştir. Elde edilen numunelerin karakterizasyonu XRD, ICP-OES, SEM-EDS analiz yöntemleri ile yapılmıştır. Çözeltideki lityum, okzalik asit konsantrasyonu ve sıcaklık ile doğru orantılı olarak artmaktadır. Karıştırma hızının 200 rpm'den 250 rpm'e çıkılması durumunda %4'lük bir artış yaratmıştır. Tane boyutunun artışı çözünme üzerinde ters etki yaparken bu fark büyük bir etki yaratmamıştır. Katı-sıvı oranı arttıkça ise tüm metallerin çözünme miktarı azalmaktadır. Değişen liç parametrelerine bağlı olarak kobalt ve nikel benzer çözünme ve çökme davranışı göstermektedir. Okzalik asit konsantrasyonu artışı ile çözünen kobalt ve nikel değeri artmıştır. Ancak çözünen kobalt ve nikel, kobalt okzalat ve nikel okzalat bileşiğini oluşturmaktadır. Oluşan okzalat tabakası ise liç reaksiyonlarının yavaşlamasına ve durmasına neden olmaktadır. Düşük sıcaklıklarda okzalat oluşumu daha yavaş gerçekleşirken yüksek sıcaklıklarda hızlı gerçekleştiği tespit edilmiştir. Mangan da kobalt ve nikele benzer bir davranış göstermekte olup mangan okzalat bileşiği oluşturmaktadır. Ancak liç deneylerinin gerçekleştirildiği yüksek okzalik asit konsantrasyonları mangan okzalat bileşiğinin çözünmesine neden olmaktadır. Bu nedenle liç çözeltisindeki mangan miktarı nikel ve kobalt değerlerinden daha fazla olmaktadır. Liç deneylerinden elde edilen veriler lityumun liçi için en uygun kinetik modelin Daralan Çekirdek Modeli olduğunu göstermiştir. Model kinetik bağıntının "X" _"Li" değerinin süreye bağlı değişimini verecek şekilde düzenlenerek hesaplanan parametrelerin bu eşitlikte kullanılması ile model kinetik bağıntı türetilmiştir.
Toz metalurjisi ile üretilmiş titanyum alaşımlarının ısıl işlemi
Bu tez çalışmasında, havacılık ve otomobil uygulamaları için yenilikçi ikili ve üçlü titanyum alaşımlarının üretilmesi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında düşük elastisite modülüne sahip beta titanyum alaşımları ve çökelme sertleşmesi ısıl işlemi yapılabilen metastabil-beta titanyum alaşımları üretilmiştir. Tez kapsamında, ikili ve üçlü titanyum alaşımları geleneksel toz metalurjisi (presleme-sinterleme) yöntemi ile üretilmiş olup; ikili ve üçlü alaşım tozları mekanik alaşımlama (bilyeli değirmen) yöntemi ile hazırlanmıştır. Tozların hazırlanmasının ardından, presleme ile ham numuneler üretilmiştir. Daha sonra ham numuneler 1200 °C sıcaklıkta 1 saat süre ile sinterlenmiştir. Son olarak, sinterlenmiş numunelere su verme ve yaşlandırma (çökelme sertleşmesi) ısıl işlemleri uygulanmıştır. Sinterlenmiş numuneler 900 °C sıcaklıkta 1 saat çözeltiye alınmış (östenitleme) ve ardından su verme (hızlı soğutma) işlemi uygulanmıştır. Ardından, su verilmiş numuneler 400-520 °C arasında 1 saat süre ile yaşlandırılmıştır. Tez kapsamında, titanyum içerisine ilave edilen açeşitli laşım elementlerinin alaşımın özelliklerine etkileri incelmiştir. Üretilen malzemelerin mikroyapısı tahribatlı (aşınma, sertlik) ve tahribatsız (ultrasonik test, girdap akımları) yöntemler ile incelenmiştir. Ayrıca titanyum alaşımı ürünlerin elektrokimyasal korozyon davranışları NaCl çözeltisi içerisinde açık devre potansiyel, Tafel, empedans elektrokimyasal spektroskopisi yöntemleri kullanılarak incelenmiştir.
Biyomedikal implant uygulamaları için akıllı malzemelerin üretilmesi
Bu tez projesi kapsamında, akıllı malzemelerin üretimi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Öncelikle, metalik şekil bellekli Ni-Ti (nitinol) esaslı, şekil bellekli FeMnSi esaslı ve şekil bellekli FeNiCo esaslı alaşımlar geleneksel toz metalurjisi (peresleme-sinterleme) yöntemi ile üretilmiştir. Ayrıca hesaplamalı malzeme bilimi esaslı çalışmalar çeşitli yazılımlar ve teoriler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Genel olarak şekil bellekli alaşımlar, belirli bir deformasyona uğratıldıktan sonra, uygulanan sıcaklık veya gerilmelere (kuvvet) bağlı olarak önceki şeklini hatırlayan ve ilk şekline geri dönebilen malzemelerdir. Tez kapsamında, şekil bellekli Ni-Ti (nitinol) esaslı alaşımların koroner stent uygulamaları için geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Ayrıca şekil bellekli FeMnSi esaslı ve şekil bellekli FeNiCo esaslı alternatif şekil bellekli alaşımların da biyomedikal implant uygulamaları için üretilmesi amaçlanmıştır. Karakterizasyon kapsamında, toz metalurjisi yöntemi ile üretilen şekil bellekli alaşımların mikroyapısı ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Şekil bellekli alaşımların sertlik, mukavemet, elastisite modülü gibi temel mekanik özellikleri belirlenmiştir. Şekil bellekli alaşımların elektrokimyasal korozyon testleri yapay vücut sıvısı içerisinde gerçekleştirilmiştir. Biyobozunur Fe esaslı alaşımların biyobozunurluk özellikleri statik daldırma testi ile yapay vücut sıvısı içerisinde incelenmiştir.
Toz metalurjisi yöntemi ile üretilmiş süperalaşımların ısıl işlemi
Bu tez çalışmasında, uçak uygulamaları için Inconel 718 esaslı süperalaşımlarının üretilmesi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında, Ni esaslı Inconel 718 süperalaşımlar geleneksel toz metalurjisi (presleme-sinterleme) yöntemi ile üretilmiş olup; alaşım tozları mekanik alaşımlama (bilyeli değirmen) yöntemi ile hazırlanmıştır. Tozların hazırlanmasının ardından, presleme ile ham numuneler üretilmiştir. Daha sonra ham numuneler 1100-1250 °C arasında 1 saat süre ile sinterlenmiştir. Son olarak, sinterlenmiş numunelere ısıl işlem uygulanmıştır. Sinterlenmiş numuneler 1000 °C sıcaklıkta 1 saat çözeltiye alınmış ve ardından su verme uygulanmıştır. Ardından numuneler 400-550 °C arasında yaşlandırılmıştır. Tez kapsamında, Ni esaslı Inconel 718 süperalaşımların içerisine ilave edilen çeşitli alaşım elementlerinin alaşımın özelliklerine etkileri incelmiştir. Üretilen Ni esaslı Inconel 718 süperalaşımlar tahribatlı (aşınma, sertlik) ve tahribatsız (ultrasonik test, girdap akımları) yöntemler ile incelenmiştir. Ayrıca Ni esaslı Inconel 718 süperalaşımlarının elektrokimyasal korozyon davranışları NaCl çözeltisi içerisinde açık devre potansiyel, Tafel, empedans elektrokimyasal spektroskopisi yöntemleri kullanılarak incelenmiştir. Ayrıca yüksek sıcaklık korozyon testleri gerçekleştirilmiştir. Süperalaşımların özellikleri ilk prensipler temmelli hesaplamalı malzeme mühendisliği esaslı yazılımlar (CASTEP) ve hesaplamalı faz diyagramları (CALPHAD) esaslı yazılımlar (Thermo-Calc) kullanılarak incelenmiş ve kompozisyon optimize edilmiştir.
Uçak uygulamaları için süperalaşım üretimi
Bu tez çalışmasında, uçak uygulamaları için yenilikçi Ni esaslı Inconel 718, Co esaslı Haynes 188, Fe esaslı Incoloy 907 süperalaşımlarının üretilmesi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında, Ni esaslı Inconel 718, Co esaslı Haynes 188, Fe esaslı Incoloy 907 süperalaşımlar geleneksel toz metalurjisi (presleme-sinterleme) yöntemi ile üretilmiş olup; alaşım tozları mekanik alaşımlama (bilyeli değirmen) yöntemi ile hazırlanmıştır. Tozların hazırlanmasının ardından, presleme ile ham numuneler üretilmiştir. Daha sonra ham numuneler 1250 °C sıcaklıkta 1 saat süre ile sinterlenmiştir. Son olarak, sinterlenmiş numunelere ısıl işlem uygulanmıştır. Sinterlenmiş numuneler 900 °C sıcaklıkta 1 saat çözeltiye alınmış ve ardından su verme uygulanmıştır. Ardından numuneler 400-550 °C arasında yaşlandırılmıştır. Tez kapsamında, Ni esaslı Inconel 718, Co esaslı Haynes 188, Fe esaslı Incoloy 907 süperalaşımların içerisine ilave edilen çeşitli alaşım elementlerinin alaşımın özelliklerine etkileri incelmiştir. Üretilen Ni esaslı Inconel 718, Co esaslı Haynes 188, Fe esaslı Incoloy 907 süperalaşımlar tahribatlı (aşınma, sertlik) ve tahribatsız (ultrasonik test, girdap akımları) yöntemler ile incelenmiştir. Ayrıca Ni esaslı Inconel 718, Co esaslı Haynes 188, Fe esaslı Incoloy 907 süperalaşımlarının elektrokimyasal korozyon davranışları NaCl çözeltisi içerisinde açık devre potansiyel, Tafel, empedans elektrokimyasal spektroskopisi yöntemleri kullanılarak incelenmiştir. Süperalaşımların özellikleri ilk prensipler temmelli hesaplamalı malzeme mühendisliği esaslı yazılımlar (CASTEP) ve hesaplamalı faz diyagramları (CALPHAD) esaslı yazılımlar (Thermo-Calc) kullanılarak incelenmiştir.
Biyomedikal uygulamalar için şekil bellekli malzeme üretimi ve karakterizasyonu
DAHA SONRA DOLDURULACAKTIR
Yüksek sıcaklık uygulamaları için polimer matrisli kompozit malzeme üretimi
Bu tez çalışmasında, yüksek sıcaklık uygulamaları için parçacık takviyeli polimer matrisli kompozit malzemelerin üretimi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen polimer matrisli kompozit malzemelerin havacılık uygulamalarına yönelik olması amaçlanmıştır. Kompozit üretiminde matris malzemesi olarak termoset polimerler ve termoplastik polimerler kullanılmıştır. Termoset esaslı polimer olarak epoksi kullanılmıştır. Termoplastik esaslı polimer olarak polietereterketon (PEEK) kullanılmıştır. Ayrıca doğal polimer esaslı termoplastik polilaktikasit (PLA) kullanılmıştır. Parçacık takviye malzemesi olarak karbon nanotüp, grafen kullanılmıştır. Termoset polimer (epoksi) matrisli kompozit numuneler el yatırma (döküm) yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Termoplastik polimer matrisli (PEEK, PLA) kompozitler toz presleme-sinterleme ve toz sıcak presleme yöntemleri ile üretilmiştir. Üretilen kompozit malzemelerin mikroyapısı ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Malzemelerin mukavemeti, sertliği, elastisite modülü, enerji absorblama kapasitesi gibi mekanik özellikleri belirlenmiştir. Ayrıca numunelerin elastiklik özellikleri camsı geçiş sıcaklıkları dinamik mekanik analiz (DMA) testi ile incelenmiştir. Numunelerin sıcaklık dayanımları ve camsı geçiş sıcaklıkları diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) testi ile incelenmiştir. Numunelerin mekanik özellikleri ilk prensipler esaslı yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) ile teorik olarak incelenmiştir. Teorik ve deneysel sonuçlar karşılaştırılmıştır.
Ferrit ilaveli kompozit malzemelerin mikrodalga soğurma özelliklerinin incelenmesi
Görünmezlik ya da düşük görünürlük teknolojisi, askeri havacılıkta radar sistemlerinin günden güne gelişmesi ile kritik gereksinimlerden biri hâline gelmiştir. Radar bir elektromanyetik sistemidir ve hareket halindeki cisimlerin takibini gerçekleştirmektedir. Mikrodalga absorblayıcı malzemeler, hem askerî uygulamalarda radar izini azaltmak amacıyla, hem de elektronik ve telekomünikasyon sistemleri gibi sivil uygulamalarda elektromanyetik dalga kirliliğini azaltmak amacıyla kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında elle yatırma yöntemiyle epoksi matrisli karbon nanotüp (COOH-MWCNT) ve çeşitli ferrit takviyeli (Ni0.5Zn0.5Fe2O4, BaFe12O19, ZnFe2O4) kompozitler üretilmiştir. Ağırlıkça %0.5, %1.5 ve %3 karbon nanotüp içeren numuneler üretilmiştir. Ayrıca ağırlıkça %50 çeşitli ferritler içeren ve ağırlıkça karbon nanotüp oranı %0.5, %1.5 ve %3 olarak değişen kompozitler üretilmiştir. Üretilen numunelerin mikroyapıları taramalı elektron mikroskobuyla incelenmiştir. Taramalı elektron mikroskobu sonucu karbon nanotüp ve çeşitli ferrit tozlarının epoksi matriste dağılımları ve yapının homojenliği incelenmiştir. Ayrıca numunelere dielektik geçirgenlik ve manyetik geçirgenlik, dielektik tanjant kaybı ve manyetik tanjant kaybı ve yansıma ölçümleri gibi elektromanyetik testler X-band aralığında uygulanmıştır. Yüksek ve düşük sıcaklık testiyle numunelerin sıcaklığa bağlı elektromanyetik özelliklerindeki değişimler incelenerek absorblayıcı malzeme olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. CNT1.5, FCNT1.5 ve FCNT3 numunelerinin yansıma ölçümü, kalınlık optimizasyonu yüksek ve düşük sıcaklık yansıma ölçümü sonuçlarıyla birlikte CNT1.5 numunesinin geniş çalışma frekansı sunduğunu ve absorblayıcı malzeme olarak kullanıma uygun olduğunu göstermiştir. Nikel çinko ferrit içeren FCNT3 numunesi, çinko ferrit ve baryum hekzaferrit katkıları ile karşılaştırıldığında FCNT3 numunesinin içlerinde daha iyi elektromanyetik özellikler gösterdiği sonucuna varılmıştır.
Doğrudan enerji biriktirme yöntemi ile üretilen 316l çeliğinin korozyon davranışının incelenmesi
Bu çalışmada, Doğrudan Enerji Biriktirme (DED) yöntemiyle üretilen AISI 316L paslanmaz çeliğin 0,5 M NaCl çözeltisindeki korozyon davranışı, konvansiyonel yöntemle üretilmiş 316L ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Deneysel tasarımda açık devre potansiyeli (OCP), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve potansiyodinamik polarizasyon (PD) testleri uygulanmış; korozyon öncesi/sonrası mikroyapı değişimleri optik mikroskopi ve SEM-EDS ile değerlendirilmiştir. OCP ölçümleri tüm numunelerde zamanla pozitif yöne kayarak pasif film oluşumunu doğrulamıştır. EIS analizleri, DED 316L F1 numunesi için Rp = 8,07×10⁵ Ω·cm² ve CR = 0,015 mpy ile en yüksek pasif film kararlılığını göstermiştir. Konvansiyonel numunelerde Rp ~2,29×10⁴–4,88×10⁴ Ω·cm² aralığındadır. α parametresinin 0,93–0,95 aralığında olması, pasif tabakanın yüksek kapasitif karakterini ve sürekliliğini işaret etmektedir. Genel korozyon direnci sıralaması şu sıralanmaktadır: DED yöntemi ile üretilen numunelerde; DED 316L F1 > DED 316L F4 > DED 316L F3 > DED 316L F2 > ve Standart numunelerde; Standart 316L F3 > Standart 316L F1 > Standart 316L F2. PD testlerinde konvansiyonel standart 316L için örneğin F1 numunesinde Ecorr = −177 mV ve Icorr = 667 nA; F2'de Ecorr = −150 mV ve Icorr = 1,25 μA elde edilmiş, F3 en düşük korozyon hızını vermiştir. DED 316L numunelerinde ise daha negatif Ecorr ve daha yüksek icorr eğilimi gözlenmiştir. Bulgular, DED üretim parametrelerinin korozyon davranışı üzerinde belirleyici olduğunu, uygun parametrelerle DED 316L'nin konvansiyonel 316L'yi aşan pasif film kararlılığı ve düşük korozyon hızları sergileyebildiğini ortaya koymaktadır. Bununla birlikte mikroyapısal heterojenliğin ve porozitenin kontrolü kritik önemdedir.
Kullanılmış Co-Mo hidrodesülfürizasyon katalizörünün sülfürik asit çözeltilerinde çözünme kinetiğinin incelenmesi
Hidrodesülfürizasyon (HDS) katalizörleri, rafine petrol ürünlerinde bulunan sülfürü uzaklaştırmak amacı ile kullanılmaktadır. HDS katalizörleri γ-Al2O3 altlık üzerinde Mo, Co, Ni ve V bileşiklerini içermektedir. HDS prosesinde kullanılan katalizörler rejenerasyon adı verilen bir dizi işlem sonrası yeniden kullanılabilmekte ancak birkaç rejenerasyon döngüsünden sonra işlevselliğini büyük ölçüde kaybetmektedir. Bu tür katalizörler kullanılmış katalizör olarak nitelendirilmekte ve önemli miktarda metal, sülfür ve uçucu bileşenler içerdiği için tehlikeli atık olarak sınıflandırılmaktadır. Son yıllarda, kullanılmış HDS katalizörlerinden Mo, Co, Ni vb. metalik değerlerin geri kazanımı önem kazanmıştır. Hem ekonomik hem de çevresel açıdan kullanılmış HDS katalizörlerinin metal geri kazanımı için ikincil kaynak olarak kullanılması önem taşımaktadır. Bu çalışmada, kullanılmış Co-Mo HDS katalizörünün sülfürik asit (H2SO4) çözeltilerinde liç kinetiği incelenmiştir. Karıştırma hızının, sıcaklığın, H2SO4 konsantrasyonunun ve katı/sıvı oranının liç hızı üzerine etkileri belirlenmiştir. Karıştırma hızı, H2SO4 konsantrasyonu ve katı/sıvı oranının liç hızı üzerine kayda değer bir etkisinin olmadığı, sıcaklığın liç hızını etkileyen en önemli parametre olduğu saptanmıştır. Liç deneylerine geçilmeden önce kullanılmış Co-Mo HDS katalizörünün yapısındaki sülfürlü bileşiklerin oksitli bileşiklere dönüştürülmesi ve uçucu petrol artıklarının uzaklaştırılması amacı ile 773 K'de 5 saat süre ile oksitleyici kavurma işlemi uygulanmıştır. Kavurma işlemine tabi tutulan Co-Mo HDS katalizörünün ve katı liç artıklarının karakterizasyonu XRD, XRF ve SEM-EDS analiz teknikleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmada ayrıca, molibdenin liç çözeltisindeki diğer metalik bileşenlerden ayrılması amacı ile solvent ekstraksiyon işlemi uygulanmıştır. Solvent ekstraksiyon işleminde organik ekstraktant olarak Alamine 304-1 ve sıyırma çözeltisi olarak amonyak (NH3) kullanılmıştır. pH, yükleme süresi ve sıyırma süresi parametrelerinin molibdenin solvent ekstraksiyonuna etkisi incelenmiştir. Farklı A/O (sulu faz/organik faz) oranlarında deneyler gerçekleştirilerek McCabe – Thiele diyagramları çizilmiş ve optimum A/O oranları ile yükleme ve sıyırma işlemleri için gerekli kademe sayıları belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, molibdenin ekstraksiyonunda optimum pH değerinin 1, en uygun yükleme ve sıyırma sürelerinin ise sırasıyla 10 ve 30 dakika olduğunu göstermiştir. McCabe – Thiele diyagramları yardımıyla, yükleme adımında A/O = 2/3 oranında 3 kademede molibdenin % 98,5'inin organik faza, sıyırma adımında ise A/O = 3/2 oranında 2 kademede organik fazdaki molibdenin % 95'inin sulu faza geçirilebileceği belirlenmiştir. Liç deneylerinden elde edilen verilerden yararlanılarak MoO3, CoO ve Al2O3 bileşiklerinin liç reaksiyonlarını açıklamak için en uygun kinetik modelin Avrami Kinetik Modeli olduğu belirlenmiştir. Bu model kullanılarak liç reaksiyonları için kinetik parametreler hesaplanmış ve fraksiyonel dönüşümün süreye bağlı değişimini veren model kinetik bağıntılar türetilmiştir. Görünür aktivasyon enerjileri MoO3, CoO ve Al2O3 bileşiklerinin liç reaksiyonları için sırasıyla 34.7, 17.09 ve 81.84 kJ mol-1 olarak hesaplanmıştır.
İmplant uygulamaları için metal matrisli kompozit biyomalzemelerin üretilmesi
Bu tez çalışmasında, geçici biyomedikal implant (sert doku) uygulamalar için biyobozunur (biyoçözünür) özellikte yenilikçi parçacık takviyeli Fe, Zn, Mg metal matrisli kompozit malzemelerin üretilmesi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında Mg, Zn ve Fe esaslı TCP, TiO2, karbon nanotüp ve bor tozu katkılı metal matrisli kompozit numuneler üretilmiştir. Tez kapsamında, Mg, Zn ve Fe esaslı TCP, TiO2, bor ve karbon nanotüp tozu katkılı kompozit numuneler geleneksel toz metalurjisi (presleme-sinterleme) yöntemi ile üretilmiş olup; alaşım tozları elementel metal tozları kullanılarak mekanik alaşımlama (bilyeli değirmen) yöntemi ile hazırlanmıştır. Toz karışımlarının hazırlanmasının ardından, presleme ile ham numuneler üretilmiştir. Daha sonra Fe alaşımları 1250 °C, Zn alaşımları 320 °C, ve Mg alaşımları 500 °C sıcaklıkta 1 saat süre ile vakum atmosferinde sinterlenmiştir. Tez kapsamında, Fe, Mg ve Zn tozu içerisine ilave edilen alaşım elementlerinin ve parçacık katkı tozlarının malzemenin özelliklere etkileri karşılaştırmalı olarak incelmiştir. Üretilen malzemelerin mikroyapısı tahribatlı (aşınma, sertlik) ve tahribatsız (ultrasonik test) testler ile araştırılmıştır. Fe, Mg, Zn matrisli metal matrisli kompozit malzemelerin biyobozunurluk (ağırlık değişimi) davranışları pH 6.6 değerindeki yapay vücut sıvısı (SBF) çözeltisi içerisinde statik daldırma testi ile araştırılmıştır. Ayrıca Fe, Mg, Zn matrisli kompozit malzemelerin elektrokimyasal korozyon davranışları pH 6.6 değerindeki yapay vücut sıvısı (SBF) çözeltisi içerisinde açık devre potansiyel, Tafel, lineer polarizasyon direnci yöntemleri kullanılarak araştırılmıştır. Ayrıca Fe, Zn ve Mg esaslı alaşımları biyouyumlulukları (sitotoksisiteleri) karşılaştırmalı olarak araştırılmıştır. Tez kapsamında çalışılan Fe, Mg, Zn matrisli parçacık takviyeli kompozit malzemelerin çeşitli özellikleri hesaplamalı malzeme bilimi esaslı yazılımlar (CASTEP, LAMMPS ve ThermoCalc) kullanılarak teorik olarak incelenmiştir. Mekanik özellikler için Kuantum mekaniği yasalarını kullanan ilk prensipler temelli yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) esaslı CASTEP yazılım programı ve Newton yasalarını kullanan moleküler dinamik esaslı LAMMPS yazılım programı kullanılmıştır. İlk prensipler yaklaşımı sadece çekirdek ve elektronları dikkate almakta ve etkileşimleri sadece atom altı ölçeğinde araştırmaktadır. Moleküler dinamik temel parçacık olarak atomları göz önüne almakta, çekirdek ve elektronları göz ününe almamaktadır. Moleküler dinamikte atom-atom etkileşimleri yer almakta olup Newton hareket yasaları kullanılmaktadır. Faz diyagramları için ise hesaplamalı faz diyagramları (CALPHAD) esaslı Thermo-Calc yazılım programı kullanılmıştır
TNTZ atıklardan üretilen TiZrCrNb0.3Ta0.07 yüksek entropi alaşımının biyoaktivite özelliklerinin incelenmesi
Bu tez çalışmasında, Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr (TNTZ) bileşimine sahip biyomalzeme atıkları hammadde olarak kullanılmıştır. Bu atıklar kullanılarak TiZrCrNb0.25Ta0.05 bileşimine sahip yüksek entropili alaşım üretilmiştir. Çok bileşenli veya diğer adıyla Yüksek Entropili Alaşımların keşfi, alaşımların gelişiminde önemli bir kilometre taşı olarak kabul edilmektedir. Son yıllarda, yüksek entropili alaşımlar üzerinde dünya çapında geniş çaplı araştırmalar gerçekleştirilmiştir ve bu çalışmalar giderek artmaktadır. Havacılık, uzay, otomotiv ve makine imalat gibi pek çok sektörde güçlü bir alternatif olma potansiyeline sahip olan bu alaşımlar için önemli uygulama alanlarından birisi de biyomalzeme alanıdır. Bu kapsamda, bu tez çalışmasında, toksik etki göstermeyen Ti, Nb, Ta, Cr ve Zr elementleri kullanılarak geliştirilen yüksek entropi alaşımlar, in-vitro degradasyon, iyon salınımı ve biyoaktivite özellikleri bakımından ticari TNTZ alaşımları ile karşılaştırılmış ve alternatif biyomalzeme olma potansiyeli tartışılmıştır.