507
Arşivlenen Tez
0
DOI Atanmış
0%
DOI Oranı
Anabilim Dalı
İkincil alüminyum cürufunun çimento ve beton üretiminde değerlendirilmesi
Bu çalışmada, hurdadan ergitilerek ikincil alüminyum üretimi sonucu açığa çıkan ve bertaraf edilen alüminyum cürufunun kalsiyum alüminat çimento üretiminde kullanılabilirliği araştırılmıştır. İkincil alüminyum cürufu öğütme işlemlerine tabi tutularak 20 μm altına getirilmiştir. Öğütülmüş ham cürufun XRF analizine göre alümina oranının %37,74 içerdiği ve cüruf içerisinde oldukça düşük olduğu tespit edilmiştir. Cüruf içerisinde Cr, Mn, Cu, Zn, Ba, Ti, Na, K ve Fe gibi elementlerin oksit formlarına da rastlanmıştır. İlave olarak, XRD analizine göre cürufta yüksek miktarda NaCl ve KCl gibi tuzları içerdiğini tespit edilmiştir. Cüruftaki tuzlardan kaynaklanan klor içeriği, elde edilecek çimentonun mukavemetini olumsuz yönde etkilemektedir. XRF analizlerinde klor ihtivası %22,57 olarak tespit edilmiştir. Bu durum, cürufun ikincil bir işlem öncesi çimento hammaddesi olarak doğrudan kullanımını sınırlandırmaktadır. Çimento üretiminde değerlendirilmek istenen cürufun yüksek klor ve kükürt ihtivası betonda gevrek kırılma ve çatlamalara sebep olacağı için istenmez ve uzaklaştırılması gerekir. Bu nedenle yapılan 60 dakika süreli yıkama işlemleri sonucunda Cl- içeriği % 22,57 seviyesinden %0,033 seviyesine kadar düşürülmüştür. Cürufun alümina içeriği de % 37,74'ten %68,03'e yükselmiş, bu süre zarfında suda çözünmeyen TiO2, SiO2, MgO, Fe2O3, CaO gibi oksit formlarının da cüruf içerisindeki yüzde miktarı artmıştır. Yıkama işlemi ardından cüruf içerisindeki klorür ve kükürt ihtivası istenilen seviyeye düştüğünden 60 dakika yıkama işleminin yeterli olduğu görülmüştür. 60 dakika yıkanmış ikincil alüminyum cürufunun içerisindeki alümina seviyesinin düşük alüminalı CA (Kalsiyum Alüminat) çimento üretimi için uygun seviyede olduğu görülmüş, kalsiyum oksit seviyesinin yeterli olmaması nedeniyle ticari kalitede sönmemiş kireç ile karıştırma işlemi gerçekleştirilmiş ve çimento bileşimleri TS EN 14647 standartlardında yer alan sınır değerler içerisinde harmanlanarak elde edilmiştir. İkincil alüminyum cürufunun yüksek alümina içeriği sebebiyle portland çimentosuna katkı olarak kullanılmasının yerine portland çimentosuna göre daha pahalı olduğu bilinen kalsiyum alüminat çimentosunda kullanımı hedeflenmiştir. Bu sayede, cürufun katma değerinin arttırılması sağlanmıştır. Cürufun içerisindeki alümina miktarı, kalsiyum oksit miktarı ve bazı oksit fazlarının varlığı sebebiyle orta alüminalı ve yüksek alüminalı CA çimento üretiminde kullanılmasının uygun olmayacağı tespit edilmiştir. Karışımların 1200 ˚C'de 1, 3 saat ve 1250 ˚C'de 3, 5 saat süreleri sonrası elde edilen numunelerin XRD analizlerine göre kalsiyum alüminat çimentosunda ana faz olarak mayenit (C12A7), mono kalsiyum alüminat (CA) ve grossit (CA2) fazlarına, bununla birlikte silika, magnezyum ve demir içerikli düşük alüminalı kalsiyum alüminat çimentolarında bulunan gehlenit (C2AS), larnit-belit (C2S), spinel (MA), brownmillerit (C4AF) ve cürufta yüksek seviye olması sebebiyle reaksiyona girmemiş MgO fazlarına rastlanmıştır. 1200°C'de yapılan sinterlemelerde reaksiyona girmeyen sönmemiş kireç ve wadsleyit fazlarına rastlanmıştır. 1250°C'de 3 ve 5 saat yapılan sinterleme sonucunda kalsiyum alüminat çimentoda istenilen fazların yeterli ve birbirine yakın seviyede olduğu gözlenmiştir. 1300°C'de yapılan sinterleme işlemi sonucunda cüruf bünyesindeki düşük ergime noktasına sahip bileşikler nedeniyle sinter karışımının camsı hale geldiği gözlenmiştir. Ticari kalsiyum aluminat çimentosuna deneysel olarak elde edilen atık çimentonun ağırlıkça % 2.5, 5, 7.5, 10 ve 12.5 oranında katkılar yapılarak çimentonun fiziksel özelliklerine etkisini incelemek için testler gerçekleştirilmiştir. Hazırlanan çimento karışımlarının özgül ağırlık deney sonuçlarına bakıldığında, çimento içindeki atık ikamesinin artması ile birlikte özgül ağırlık değerinin kısmen düştüğü ancak birbirine yakın olduğu görülmektedir. Özgül ağırlık değerlerlerinin ticari çimento ile yakın olması atık CA çimentonun içerdiği fazların ve miktarının ticari çimento ile benzerlik gösterdiğini doğrular niteliktedir. Karışımların normal kıvam deney sonuçları incelendiğinde; çimento hamurundaki atık çimento oranının yükselmesine bağlı olarak işlenebilirliğin azaldığı ve su ihtiyacının arttığı gözlemlenmiştir. Çimento karışımına daha yüksek seviyede atık CA katkısı durumunda çimento işlenebilirliği daha da azalacağından karışım içerisindeki atık CA oranı sınırlandırılması gereklidir. Çimento karışımlarının priz alma deney sonuçları incelendiğinde; çimento hamurlarındaki priz başlangıç ve bitiş süreleri çimento hamurundaki atık CA çimento katkısının artması ile birlikte azalmaktadır. Buna bağlı olarak, çimento içirinde artan atık CA çimento içeriğinin sertleşmeyi hızlandırdığı görülmüştür. TS EN 14647 standardına göre başlangıç priz süresinin 90 dakikadan az olmaması bir gerekliliktir. Tüm karışımlar için elde edilen sonuçların priz tayinlerinin standart şartlar dâhilinde olmasına rağmen ürünün istenilen kullanım koşullarına bağlı olarak atık CA çimentonun karışım içerisinde oranı sınırlandırılmalıdır. Ticari çimento içerisindeki atık çimento oranı artışına bağlı olarak hacim genleşme miktarının arttığı gözlemlenmiştir. Bu durum, betonun sertleşmesi sonrası geç bir şekilde hidrate olarak genişleyen serbest MgO fazlarının hacim genleşmesine olumsuz bir katkı yaptığı şeklinde yorumlanmıştır. TS EN 14647 standardına göre, kalsiyum alüminat çimentosunun basınç dayanımı 6 saat ve 24 saat sonrası test edildiğinde, çimento karışımı içerisindeki atık CA ikamesinin artmasıyla basma mukavemeti düşmüştür. %0'dan %12,5 oranına kadar atık çimento ikameli olarak hazırlanan çimento karışımlarında, betonun basınç dayanımı 6 saatlik numunelerde %65,2 ve 24 saatlik numunelerde ise %58,9 oranında düşmüştür. İlaveten, kalsiyum alüminat çimentosunun basınç dayanımı, EN 196-1 standardına göre 6 saat ve 24 saat sonrası test edildiğinde, 6 saat için 18 MPa, 24 saat için ise 40 MPa'dan az olmamalıdır. %7,5 atık CA ikameli 4 nolu karışım 6 saat için 20,6 MPa, 24 saat için ise 42,33 MPa basma mukavemeti değeriyle TS EN 14647 standardında yer alan beton minimum gerekliliklerini sağlamıştır. Beton numunelerinin eğilme test sonuçları incelendiğinde, basma dayanımı sonuçlarına benzer şekilde karışımdaki atık çimento ikame seviyesinin artması ile birlikte eğilme mukavemeti özelliklerin olumsuz etkilendiği ve atık CA miktarının sınırlandırılması gerekliliği ortaya çıkmıştır. Düşük alüminalı kalsiyum alüminat çimento üretiminde atık çimentonun ticari çimento içerisinde ağırlıkça %7,5'e kadar ikame seviyelerinin uluslararası standart gerekliliklerini sağladığı ve kullanılabilir olduğu gözlemlenmiştir.
Soğuk çekilmiş elektrolitik bakır tellerin yeniden kristallenme kinetiğinin incelenmesi
Bu çalışmada, Gebze-Kocaeli'nde bulunan SARKUYSAN'dan temin edilen bakır telin soğuk çekilmesinin mekanik özelliklere ve yeniden kristallenme davranışına etkileri incelenmiştir. Soğuk şekil verme işlemleri oda sıcaklığında yapılırken sıcak şekil verme işlemleri daha yüksek sıcaklıklarda yapılmaktadır. Soğuk şekil verme şlemlerinde sadece şekil değişimi olmaz aynı zamanda mikroyapı ve mekanik özelliklerde de değişim olmaktadır. Soğuk şekil verme derecesine bağlı olarak dislokasyon hareketleri ve bunların tane sınırlarında birikmesi sonucu mukavemet ve sertlik değerleri artarken süneklik özelliği azalmaktadır. Bu çalışmada kullanılan elektrolitik bakır telin başlangıç çapı 11 mm olup soğuk çekme ile önce 9.3 mm'ye, daha sonra 8 mm çapa getirilmiştir. İlk deformasyon miktarı %33.5 ve ikinci deformasyon miktarı %63.7 olarak tespit edilmiştir. Soğuk deformasyonun mekanik özelliklere etkisini incelemek için yapılan çekme testlerine göre başlangıç çekme mukavamet değeri 255 MPa iken bu değer %33.5 deformasyon sonrası 355.4 MPa değerine ve %63.7 deformasyon sonrasında 426.6 MPa değerine artmıştır. Aynı şekilde akma mukavemeti değeri de 102.4 MPa değerinden önce 121.3 MPa değerine, akabinde de 168.3 MPa değerine artmıştır. Başlangıç numunesinin mikro sertlik değeri 93.5 HV iken %33.5 deformasyon sonrası 116.8 HV değerine, %63.7 deformasyon sonrasında da 121.2 HV değerine çıkmıştır. Başlangıç numunesinin süneklik değeri %43 iken bu değer ik aşamada %24.3 değerine, ikinci kademe de %20.6 değerine düşmüştür. Metalik malzemelerin soğuk deformasyon sonrası hücre yapıları mekanik olarak stabil olsa da termodinamik olarak stabil değildirler. Daha ileri şekil verme işlemleri için başlangıç yapılarına geri döndürülmeleri gerekmektedir. Geri kazanım, yeniden kristallenme ve tane büyümesi kademelerini içeren tavlama işlemleri de bu amaçla yapılmaktadır. Tavlama sıcaklıkları metalin ergime sıcaklığının %30 – 60 aralığında olmaktadır. Bu sıcaklık, yapıda safsızlık miktarı arttıkça artmaktadır. Yeniden kristallenme işlemine sıcaklık, süre, başlangıç tane boyutu, kompozisyon ve deformasyon miktarı da etki etmektedir. İzotermal olmayan kinetik çalışması, termal analiz verilerine dayanan termoanalitik bir metottur. Bu çalışmada, soğuk çekilmiş bakır tellerinin modelsiz izotermal olmayan yeniden kristallenme kinetiği, farklı ısıtma hızlarında (10–15–20–25°C/dak) diferansiyel tarama kalorimetrisi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Soğuk işlenmiş elektrolitik bakır tellerin yeniden kristallenme sıcaklıkları, %33.5 oranında soğuk deforme olmuş bakır telde ısıtma hızlarına bağlı olarak 269.9 ile 287.7°C arasında tespit edilirken bu sıcaklık aralığı %63.7 oranında soğuk deforme olmuş bakır telde 256.9 ile 268.9°C arasında olduğu tespit edilmiştir. Dört farklı yöntem olan Kissenger, (ln(β/T2) – 1/T), Boswell (ln(β/T) – 1/T), Ozawa (ln(β) – 1/T) ve Starink (ln(β/T1.92) – 1/T) grafikleri pik sıcaklıkları kullanılara çizilmiştir. Bu grafiklerin eğiminden aktivasyon enerjisi hesaplanmıştır. Buna göre %33.5 oranında soğuk deforme olmuş bakır telde yeniden kristallenme aktivasyon enerjisi değerleri Kissenger yöntemine göre 118.1 kJ/mol, Boswell yöntemine göre 122.6 kJ/mol, Ozawa yöntemine göre 120.2 kJ/mol ve Starink yöntemine göre 110.5 kJ/mol olarak bulunmuştur. %63.7 oranında soğuk deforme olmuş bakır telde bu değer Kissenger yöntemine göre 171.8 kJ/mol, Boswell yöntemine göre 176.2 kJ/mol, Ozawa yöntemine göre 171.9 kJ/mol ve Starink yöntemine göre 172.1 kJ/mol olarak tespit edilmiştir. Buna göre yeniden kristallenme aktivasyon enerjileri %33.5 oranında soğuk deforme olmuş bakır telde 110 – 123 kJ/mol aralığında, %63.7 oranında soğuk deforme olmş bakır telde ise 171 – 177 kJ/mol aralığında olduğu bulunmuştur. Bu çalışmadan anlaşılmıştır ki soğuk deformasyon miktarı arttıkça bakır telin mukavemet ve sertlik değerleri artarken süneklik özelliği azalmıştır. İlave olarak soğuk deformasyon oranına bağlı olarak depolanmış enerji miktarı artmış, bunun sonucunda da yeniden kristallenme sıcaklığı azalırken aktivasyon enerjisi artmıştır
Atık cam ve deniz kabuklarından CaO-Al2O3-SiO2 (CAS) esaslıseramiklerin üretim imkânlarının araştırılması ve özelliklerinin incelenmesi
Bu tez çalışmasında deniz kabuğu ve atık camlardan CaO-Al2O3-SiO2 (CAS) esaslı seramiklerin üretim imkânlarının araştırılması amaçlanmıştır. Deniz kabuğu ve atık pencere camının yanı sıra Al2O3, SiO2 ve CaF2'de ilave edilerek hazırlanan 3 farklı bileşimden ergitme yöntemi ile cam fritler elde edilmiştir. Cam fritler bilyeli değirmende öğütülüp elenmiş (<45μm) ve hidrolik pres ile şekillendirilerek silindirik ve dikdörtgen numuneler üretilmiştir. Bu numuneler 850°C, 900°C, 950°C ve 1000°C'de 2 saat sinterlenerek CAS esaslı seramikler elde edilmiştir. Sinterlenen numunelerin faz analizleri X-ışını difraksiyonu (XRD) ile gerçekleştirilmiştir ve ardından mikroyapı incelemeleri de taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile yapılmıştır. Ayrıca pişme küçülmesi, yoğunluğu, molar hacim, ağırlık kaybı, üç nokta eğme, DTS, mikrosertlik, XRF analizleri ile yapısal ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Elde edilen veriler deniz kabuğu ve atık pencere camlarından CAS esaslı seramiklerin üretimlerinin mümkün olduğunu göstermiştir.
Dinamik termokimyasal yöntem ile S3N4/SiC kompozit tozu üretimi ve özelliklerinin incelenmesi
Karbotermal indirgeme yöntemi; nitrür esaslı ileri teknoloji seramiklerin üretilmesi için tercih edilen ve en etkili sonuca ulaşmamızda kolaylık sağlayan toz üretimi yöntemidir. Yapılan bu tez çalışmasında Karbotermal indirgeme ve nitrürleme yönteminin geliştirilmesi sonucu elde edilen dinamik termokimyasal yöntem kullanılarak, kompozit toz üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu yöntemde kullanılacak olan hammaddelerin döner bir sistem içerisinde ve reaksiyon süresi boyunca haraket etmesi sağlanmaktadır. Geliştirilen bu sistem sayesinde nitrür ve karbür esaslı ileri tenolojik seramik tozlarının ekonomik ve kaliteli bir şekilde üretimini sağlamakla beraber üretim sıcaklığını ve üretim süresini azaltarak büyük avantaj sağlamaktadır. Bu çalışmada Dinamik Termokimyasal yöntemi ile silisyum nitrür/silisyum karbür (Si3N4/SiC) kompozit toz üretimi için gerekli olan üretim parametreleri belirlenerek, döner sistemin toz morfolojisi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Başlangıç hammaddeleri olarak; silisyum oksit (SiO2) Egesil Kimya A.Ş'den alınan UN2 POWDER saf hammadde ve karbon karası (C) Körfez Petro Kimya'dan alınan yüksek safiyetteki ISAF N-220 kodlu ürün kullanılmıştır. Kullanılan hammaddeler farklı stokiometrik oranlar belirlenerek (C/SiO2=2.25 C/SiO2=3) karıştırılmış ve sonrasında granül haline getirilmiştir. Hazırlanan granüler; ölçüsü 1-3 mm olan eleklerden geçirilmitir. Elek altında kalan granüllere, grafit bir reaktör içerisinde azot (N2) gazı ve argon (Ar) gazı atmosferinde iki kademede gerçekleştrilen dinamik termokimyasal işlemi uygulanmıştır. Gerçekleştirilen bu reaksiyon sonrasında silisyum nitrür/silisyum karbür (Si3N4/SiC) kompozit tozları elde edilmiştir. Bu tez çalışmasında geliştirilmiş bir sistem olan Dinamik Termokimyasal işlemle reaksiyonun ilk kademesi olan Si3N4 üretimi için reaksiyon sıcaklığı (1400°C-1450°C-1475°C-1500°C) ve reaksiyonun ikinci kademesi olan SiC üretimi için reaksiyon sıcaklığı (1450°C-1500°C), reaksiyon süresi (1-2 saat), 4dv/dk reaktör dönme hızı, 1lt/dk gaz akış debisi gibi, belirlenen test parametrelerinin etkileri araştırılmıştır. Reaksiyonun ardından elde edilen toz ürünlerin faz analizleri ve mikro yapıları XRD, SEM ve EDS analizleri kullanılarak karakterize edilmiş ve optimum şartlar belirlenmiştir. Yapılan analizler sonucunda 1450°C'de 2 saat süresince 1lt/dk N2 gaz akışı altında nitrürleme ve 1450°C'de 1saat süresince 1lt/dk Ar gaz akışı altında karbürleme işlemleriyle 4 dev/dk reaktör dönme hızında kompozit toz elde edilmiştir.
Mg-4Sn-2Al alaşımına ilave edilen alaşım elementlerinin mekanik ve korozyon özelliklerine etkisinin incelenmesi
Yoğunluğu 1,74 g/cm3 olan magnezyum, hegzagonal sıkı paket yapıya sahip bir alkali metaldir. Şu anda en hafif ticari alaşımlardan olan Mg alaşımları , iyi işlenebilirlik, kalıplanabilirlik, manyetik olmama, düşük yoğunluk, yüksek özgül mukavemet, doğada bol miktarda bulunması ve toksik olmaması gibi önemli etkilerinden dolayı havacılık, biyomedikal uygulamalar gibi alanlarda tercih edilmektedir. Bununla birlikte, korozyon gibi bazı sınırlamalar magnezyumun daha geniş kullanımını kısıtlamaktadır. Alaşımlama, sınırlı süneklik, sulu ortamlarda yüksek korozyon ve sertlik gibi özelliklerin geliştirilmesinde önemli rol oynamaktadır. Ayrıca mekanik özellikleri, korozyon direncini, mukavemeti ve sünekliği iyileştirmek için magnezyuma bazı alaşım elementleri eklemek gerekmektedir. Magnezyum alaşımlarının büyük bir kısmı döküm ile üretilmektedir. Bu çalışmada kokil döküm ile altı farklı alaşım üretilmiş ve bu alaşımların mikroyapı, mekanik ve korozyon özellikleri incelenmiştir. Alaşımlar, yüksek saflıkta Mg, Sn, Al ve Ca kullanılarak Naberthern marka döküm fırınında ve çelik potalarda atmosfere kapalı olarak hazırlanmıştır. Mg-5Mn, Mg-20La, Al-6Ti ve Mg-20Nd master alaşımları kullanılarak diğer alaşım elementleri elde edilmiştir. Döküm sıcaklığı 750 ℃ ve kalıp sıcaklığı 100 ℃ olacak şekilde ayarlanmıştır. Oksidasyonu önlemek için ergime ve katılaşma süreçlerinde alaşımlar CO2-2%SF6 gazı ile korunmuştur. Üretilen alaşımlar tel erezyon makinesinde kesme işlemine tabii tutulmuştur. Kimyasal analiz, mikroyapı, mekanik ve korozyon özelliklerinin incelemeleri için suda kesim ile daha küçük numuneler kesilmiştir. Numuneler sırayla 400, 600, 800, 1000, 1200 mesh'lik silisyum karbür (SiC) zımparalarla zımparalandıktan sonra 1μm alümina çözeltisi ile parlatılmıştır. Parlatma işleminden sonra numuneler etanol ile temizlenmiş ve kurutulmuştur. Alaşımlarda oluşan fazları ayırt etmek, kontrast farkını belirlemek ve ortaya çıkarmak için dağlama işleminin yapılması gerekir. Alaşımları dağlamak için 4,5 gr pikrik asit, 15 ml asetik asit, 30 ml saf su, 75 ml etanol ile hazırlanan çözelti kullanılmıştır. Parlatılıp kurutulan alaşımlar 5 saniye süreyle dağlayıcı içine batırılıp dağlanmıştır. Dağlama işlemi sonrası numuneler su ile yıkanmış, etanol ile temizlendikten sonra sıcak hava üfleyen bir cihaz ile kurutulmuştur. Alaşımların mikroyapı incelemeleri SEM cihazı ile yapılmıştır. SEM cihazının sahip olduğu enerji dağılımlı X-ışınları spektroskopisi (EDS) modülü ile de kimyasal analizler yapılmıştır. Alaşım elementlerinin çeşidine ve miktarına bağlı olarak oluşan fazların ve tane boyutlarında meydana gelen değişimlerin incelemeleri x-ışınları difraksiyon analizi (XRD) cihazı kullanılarak yapılmıştır. Alaşım 1'in EDS sonuçlarına göre mikroyapıda α-Mg ve Mg2Sn bulunmaktadır. Ca ilavesi ile elde edilen Alaşım 2'nin mikroyapısında ise α-Mg ve Mg2Sn'ye ilave olarak MgSnCa üçlü fazı tespit edilmiştir. Mn ilavesi ile yapıda yeni bir faz oluşumu görülmemiştir. EDS analizlerine göre La ilavesi ile yapıda Al2La, La5Sn3 fazları ve üçlü MgSnLa fazı ortaya çıkmıştır. Alaşım 1'e ağırlıkça % 0,15 Ti ilavesi ile elde edilen Alaşım 5'te ise Mg ile Ti arasında bir faz görülmezken, A3Ti partiküllerine rastlanmıştır. Alaşım 6'nın EDS incelemelerinde ise Nd5Sn3 fazı ve üçlü MgSnNd fazı bulunmuştur. Sertlik ölçümleri Brinell ölçme yöntemi ile yapılmıştır. Brinell sertlik (HB) ölçümleri, bilye çapı 2,5 mm ve yükü 31,25 kg olan bir Struers Duramin-500 cihazı kullanılarak yapılmıştır. Her numune için 5 okuma yapılmış ve bu değerlerin ortalaması sertlik değeri olarak kabul edilmiştir. Alaşımların sertlik değerlerinde önemli bir artış gözlenmemiştir. Çekme testleri, tel erezyon işleme ile ASTM E8M standartına uygun numuneler üretilerek, Instron 3367 üniversal test cihazında, 1,8 mm/dk çekme hızında ve oda sıcaklığında yapılmıştır. Her alaşım grubu için 5 numune kullanılmıştır. Mg-4Sn-2Al alaşımının çekme mukavemeti 131 MPa iken, Mg-4Sn-2Al-2La alaşımının 159 MPa ve Mg-4Sn-2Al-0,15Ti alaşımının 163 MPa değerine yükselmiştir. Anizotropi katsayısının belirlenmesi için ASTM E8M subsize çekme testi numuneleri, çekme mukavemetinin hesaplandığı yükten daha düşük bir yüke kadar çekilip deformasyona uğratılmıştır. Numunelerin çekme testinden önceki ve sonraki numune uzunluğu ve numune genişliği değerleri cihaza yerleştirilen bir ekstansometre ile ölçülmüştür. Anizotropi katsayısı (r değeri), Eşitlik 3.1'de belirtildiği gibi, gerçek enine birim şekil değişimi εw'nin kalınlıktaki gerçek birim şekil değişimi εt'ye oranı ile elde edilmiştir. Malzemenin sıkıştırılamazlığı göz önüne alındığında, malzemeler ϵ_w+ε_t+ε_l=0 denklemini sağlamaktadır. Ayrıca alaşımların kırık yüzeyleri SEM ile kırık yüzeyleri incelenmiş ve % uzamanın yüksek olduğu Mg-4Sn-2Al-2La ve Mg-4Sn-2Al-0,15Ti alaşımlarının diğer alaşımlara göre daha sünek kırıldığı anlaşılmıştır. Yapılan işlemler sonucu en iyi mekanik özellikler Mg-4Sn-2Al-0,15Ti alaşımında elde edilmiştir. Alaşımların Arşimet ilkesi kullanılarak elde edilen yoğunluk değerleri hesaplanmıştır. En yüksek bulk yoğunluk Alaşım 6'da en düşük bulk yoğunluk ise Alaşım 2'de elde edilmiştir. Saf magnezyuma göre yoğunluklar fazla yükselmemiştir. Bunun nedeni eklenen alaşım elementlerinin oranlarının düşük olmasındandır. ASTM G59-97 standardına göre potansiyodinamik polarizasyon yöntemi kullanılarak korozyon testleri gerçekleştirilmiştir. Tüm elektrokimyasal ölçümler, Gamry 300 elektrokimyasal analizör sistemi kullanılarak yapılmıştır. Geleneksel bir üç elektrotlu sistem kullanılarak yapılan korozyon deneylerinde referans elektrot olarak bir Ag/AgCl/KCl elektrotu ve karşı elektrot olarak bir grafit elektrot kullanılmıştır. Damıtılmış su ve ağırlıkça %3.5 NaCl (Merck Company) kullanılarak pH'ı yaklaşık 6 olan bir çözelti hazırlanmıştır. Numuneler izole edilmiş ve sadece 1,77 cm2 numune yüzey alanının çözelti ile teması sağlanmıştır. Tüm potansiyodinamik polarizasyon ölçümleri, ortam sıcaklığında, 1 mV/s'lik bir tarama hızında ve -0,6 ila +0,6 V'luk bir tarama aralığında gerçekleştirilmiştir. Veriler, Gamry EChem Analyst yazılım paketi kullanılarak analiz edilmiştir. Korozyon akımı (Icorr), korozyon potansiyeli (Ecorr) ve korozyon hızı (Rcorr) değerleri belirlenmiştir. Ca ve Nd ilavesi alaşımın korozyon hızını arttırırken Mn, La ve Ti ilaveleri korozyon direncini arttırmıştır. Korozyon direnci en yüksek alaşım, mekanik özellikleri de yüksek olan Mg-4Sn-2Al-0,15Ti alaşımı olmuştur.
Hadfield çeliklerine uygulanan farklı çökelme sertleşmesi sıcaklıklarının mikro yapı ve mekanik özelliklere olan etkisinin incelenmesi
1882 yılında İngiltere'de Sir Robert Hadfield tarafından bulunmuş ve 1883 yılında patenti alındığından beri Hadfield çeliği olarak da adlandırılan yüksek manganlı çelikler yüksek mukavemet, yüksek tokluk ve yüksek çalışma sertleşmesi gibi benzersiz özellikleri sebebi ile hafriyat, petrokimya, demiryolu, çimento ve madencilik gibi sektörlerde sıklıkla kullanılmaktadır. Yüksek manganlı çeliklere olan ve her geçen gün artan ilgi ile beraber bu malzemelerin kullanım yerleri daha da çeşitlenmiş ve buna bağlı olarak performans iyileştirme kapsamında ısıl işlem ya da alaşımlama çalışmalarında da ciddi artışlar söz konusu olmuştur. Genellikle 1:10 oranında karbon ve mangan oranı ile üretilen yüksek manganlı çelikler bugüne kadar molibden, krom, vanadyum, niyobyum, alüminyum ve seryum ilaveleri ile alaşımlandırılmış ve bu alaşımlandırmalar ile malzemelerin mekanik özelliklerinde iyileşme sağlanması hedeflenmiştir. Yüksek manganlı veya Hadfield çeliklerinde alaşımlama çalışmalarının yanı sıra birçok araştırmanın konusu olan bir diğer önemli faktör ise uygulanan veya tasarlanan ısıl işlem prosesidir. Yüksek manganlı çelikler katılaşmaları için gerekli olan sürenin bir sonucu olarak ideal soğuma şartlarında östenit yapıda kararlı hale gelir ve aynı zamanda yapılarında östenit ana yapısı içerisinde karbür ve perlit kolonileri içerirler. Oluşan bu karbürler özellikle çeliğin tane sınırlarına yerleşerek mekanik özelliklerini düşürüp, ciddi bir kırılganlığa sebep olurlar. Bu sebeple yüksek tokluk istenen manganlı çelik uygulamalarında bu malzemeler döküm halleri ile kullanılamazlar. Bu durum yüksek manganlı çeliklerin yüksek tokluk değerlerine ulaşabilmek için, döküm sonrası bir ısıl işleme tabii tutulmalarını zorunlu kılar. Tasarlanan ısıl işlemde amaç, manganlı çeliğin ısıtma sonrası ani soğutulmasını sağlamak ve karbür oluşumunu engelleyerek karbürden arındırılmış östenitik yapıyı elde edebilmektdir. Bu sebeple manganlı çeliklere kesit kalınlığına bağlı olarak genellikle 1050°C ila 1150°C arasında bir sıcaklığa ısıttıktan sonra ani soğutma ile çözelti tavlaması ısıl işlemi uygulanır. Hadfield çelikleri olarak adlandırılan yüksek manganlı çelikler için en büyük dezavataj ise düşük akma mukavemetine sahip olmalarıdır. Düşük akma mukavemeti bu parçaların henüz çalışma sertleşmesi mekanizması oluşmadan kırılmalarına veya kullanılamaz hale gelmelerine sebep olabilmektedir. Bu çeliklerden düşük, orta ve yüksek yükler altında çalışma göstermeleri durumunda farklı mikro yapı ve mekanik özellik beklentileri oluşmaktadır. Örneğin yüksek yükler altında yüksek tokluk özellikleri beklenirken, düşük yükler altında gerçekleşen çalışmalarda yüksek aşınma direnci, yüksek sertlik veya bu iki özellik ile tokluk değeri arasında güçlü bir kombinasyon beklenmektedir. Bu tez çalışması kapsamında özellikle düşük yükler altında çalışan yüksek manganlı çeliklerin, çözelti tavlaması ısıl işlemi sonrasında çökelme sertleşmesi ısıl işlemine tabii tutulması ve oluşacak karbür fazları ile mekanik özelliklerindeki değişimin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu tez çalışması kapsamında kullanılan yüksek manganlı çelik, içeriğinde 1,16 karbon, 13,21 mangan ve ilave olarak %2,13 oranında krom içermektedir. Yapılan araştırmalar doğrultusunda özellikle %2'ye kadar olan krom ilavesinin manganlı çeliklerin akma mukavemetini ve sertlik değerlerini attırdığını bilinmektedir. Çalışma kapsamında elde edilen sonuçların tayini ve yorumlanabilmesi için mikro yapısal ve mekanik testler uygulanmıştır. Mikro yapısal durumun anlaşılabilmesi için öncelikle iki farklı büyütme kademesinde optik mikroskop incelemeleri yapılmıştır. Optik mikroskop incelemesinin yüksek manganlı çeliklerde ayrıca bir önem arz etmesinin sebebi, yapıda oluşan karbürlerin ince veya kalın olarak tanımlanması ve mekanik özellikleri düşürücü etkiye sahip olan kalın karbürlerin optik mikroskop altında rahatça gözlemlenebilmesidir. Mikro yapısal incelemenin devamında ince karbürlerin gözlemlenebilmesi, tane sınırları ve tane içlerinden EDS analizlerinin alınabilmesi için taramalı elektron mikrokobisi kullanılmıştır. Yapısal incelemede son olarak teste tabii tutulan malzemenin bileşimini anlamak için X-ışınları difraksiyonu test metodu kullanılmıştır. Mekanik özelliklerin tayini için ise numunelere sertlik ve çentik darbe testleri uygulanmıştır. Böylece malzemelerin sertlik değişimi ile tokluk değerleri arasında bir ilişki kurulması amaçlanmıştır. Bu çalışma kapsamında dökümü gerçekleştirilen yüksek manganlı çelikler öncelikle 1080°C'de çözelti tavlaması ısıl işlemine tabii tutulmuşlardır. Böylece yapıda oluşan ve döküm sonrası yavaş soğumadan kaynaklanan karbürlerin çözünmesi sağlanmıştır. Bu aşamada tasarlanan çözelti tavlaması ısıl işlemi sıcaklık ve süresinin doğru seçilip seçilmediğinin anlaşılabilmesi için, numunelerin döküm sonrası ve çözelti tavlaması sonrası durumları mikro yapısal ve mekanik testlere tabii tutulnuştur. Numunelerin döküm hali mikro yapısal gözleminde beklenildiği gibi tane sınırlarında ve tane içlerinde rastgele dağılmış karbürler ve perlit kolonileri tespit edilmiştir. Bunun bir sonucu olarak numuneden elde edilen çentik darbe enerjisi 4,5 J bulunmuş, sertlik sonucu ise 263 HV olarak bulunmuştur. Çözelti tavlaması sonrası yapılan mikro yapı testlerinde ise, numunede bulunan karbürlerin çözündüğü tespit edilmiştir. Mekanik testlerde ise döküm haline göre çentik darbe sonucu %4577 artarak 206 J olarak bulunmuş, sertlik değeri ise 263 HV'den %13 azalarak 228 HV'ye gerilemiştir. Elde edilen tokluk ve sertlik değerlerine göre yapılan çözelti tavlaması ısıl işleminin başarılı olduğu ve malzemenin tokluk özelliğinde ciddi bir artış olduğu gözlemlenmiş olup, elde edilen bulgular literatür bilgisi ile örtüşmektedir. Daha sonrasıda çözelti tavlaması ısıl işlemine tabii tutulan numuneler ayrı ayrı 450°C, 550°C ve 650°C'de çökelme sertleşmesi ısıl işlemine tabii tutulmuşlardır. İlk olarak 450°C'de çökelme sertleşmesi ısıl işlemi uygulanan numune incelenmiştir. Mikro yapısal incelemeler sonucunda bu sıcaklıkta yapılan çökelme sertleşmesi ısıl işleminin ancak ince tane sınırı karbürlerinin oluşumuna yeterli geldiği tespit edilmiştir. Bu ince karbürlerin düşük enerjileri ve iyi östenit matris kafes uyumları sebebi ile gevreklik oluşturmayarak mekanik özellikleri ciddi anlamda etkilememesi beklenmiş; yapılan mekanik testlere göre de çentik darbe sonucunun 206 J'den yalnızca 194 J'e, sertliğin ise 228 HV'den 211 HV'ye gerilediği tespit edilmiştir. Daha sonrasında 550°C'de yapılan çökelme sertleşmesinin sonuçları incelendiğinde; mikro yapısal olarak artan çökelme sertleşmesi sıcaklığı ile karbür oluşum mekanizmasının kuvvetlendiği ve tane sınırına çökelen karbürlerin bu sıcaklık ile beraber optik mikroskop altında dahi görülebilecek kadar büyüdüğü tespit edilmiştir. Buna paralel olarak 550°C'lik çökelme sertleşmesi sıcaklığında artık mekanik özellikler düşüş göstermeye başlamıştır. Çentik darbe sonucu 206 J'den %82 azalarak 37 J'e düşmüş, bununla beraber sertlik %2 artarak 233 HV'ye yükselmiştir. Son olarak 650°C'de yapılan çökelme sertleşmesinde ise yapıda artık ciddi oranda karbür çökelmesi tespit edilmiş, ısıl işlem sonrası östenit matris kararlılığını tamamen kaybetmiştir. Buna bağlı olarak çentik darbe sonucu %98 azalarak 4 J'e gerilemiş ve çelik artık tamamen gevreklik kazanmıştır. Sertlik sonucu ise %32 artarak 300 HV'ye çıkmıştır. Bu çalışma kapsamında seçilen çökelme sertleşmesi sıcaklıklarının manganlı çeliğin mikro yapı ve mekanik özelliklerine olan etkisi incelenmiş; farklı sıcaklıklarda yapılan ısıl işlemler neticesinde manganlı çelikte karbür çökelme miktarına bağlı olarak tokluk değerinin düştüğü, sertlik değerinin ise artış gösterdiği tespit edilmiştir.
Sodyum iyon piller için karbon takviyeli yenilikçi katot elektrotların sentezi ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Sürdürülebilir enerji alternatifleri, sürekli artan enerji ihtiyaçları, artan fosil yakıt tüketimi ve çevresel bozulma nedeniyle son on yılda küresel bir talep haline gelmektedir. Lityum iyon piller, taşınabilir elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır ve genel olarak elektrikli araçlar, hibrit elektrikli araçlar için en iyi aday olarak kabul edilmektedir. Bununla birlikte lityum iyon pillere karşı artan talep, dünyadaki lityum rezervlerinin sınırlı olması ve yer kabuğundaki düzensiz dağılımı sebebiyle lityum fiyatlarında artışa yol açmaktadır. Lityum ile karşılaştırıldığında, sodyum rezervlerinin bolluğu ve düşük maliyeti nedeniyle enerji depolaması için ekonomik bir potansiyel sunar. Sodyum, lityuma benzer kimyasal özelliklere sahip ikinci en hafif ve en küçük alkali metal olarak, sürdürülebilir enerji depolama ihtiyaçlarını karşılamak için ideal bir alternatif olarak kabul edilmiştir. Sodyum iyon pillerin elektrokimyasal performansında ilerleme sağlamak için çok sayıda araştırmacı, yüksek performanslı elektrot malzemeleri üzerinde yoğun çaba göstermiştir. Sodyum iyon pillerin özgül enerji, özgül güç ve çevrim ömrü açısından elektrokimyasal performansı katot malzemeleriyle yakından ilişkilidir. Şimdiye kadar sodyum iyon piller için, tabakalı geçiş metal oksitleri, Prusya mavisi bileşikleri ve polianyonik bileşikler gibi bir dizi katot malzemesi geniş çapta incelenmiştir. Çeşitli katot malzemeleri arasında bulunan bir dizi katmanlı oksit (NaMO2, M= Cr, Co, Fe, Ti, V, Mn, Ni ve 2 veya 3 elementin karışımı), basit yapıları, yüksek kapasiteleri ve sentez kolaylığı nedeniyle sodyum iyon piller için iyi bir aday olmaktadır. Birçok katot malzemeleri arasında bulunan tabakalı P2 tipine sahip olan Na0.5Ni0.25Mn0.75O2 yapısında bulunan mangan, toprakta bol bulunması ve düşük maliyetli olması gibi avantajlara sahiptir. Yapıda bulunan bir diğer element olan Ni+2 iyon katkısı, yüksek voltajlarda (>4V) Mn+3 iyonunun çözünmesine önleyerek katmanlı yapıyı stabilize edip toplam hücre voltajını arttırması beklenir. Ayrıca Mn+3 iyonlarının Jahn-Teller distorsiyonunun neden olduğu ciddi kapasite azalmasının, katmanlı P2 tipi Na0.5MO2 bileşiklerine Ni+2 katkısı ile en aza indirilebileceği bilinmektedir. Bu yüksek lisans çalışmasında, Ni+2 katkılı Na0.5Ni0.25Mn0.75O2 katot malzemesinin hem elektrokimyasal hem de yapısal özellikleri grafen takviyesi yapılarak geliştirilmiştir. Bu kapsamda Na0.5Ni0.25Mn0.75O2 katot malzemesi sol-jel yöntemi ile takviye malzemesi olarak kullanılan grafen ise Hummers metodu ile üretilmiştir. Üretilen malzemelerin karakterizasyonu için X-ışını difraksiyonu (XRD), termogravimetrik analiz (TGA), diferansiyel termal analizi (DTA), alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM), elementel dağılım spektroskopisi (EDS) ve noktasal haritalama analizleri kullanılmıştır. Elektrokimyasal analizlerde empedans spektroskopisi (EIS), çevrimsel voltametri (CV) ve galvanostatik şarj/deşarj testleri yapılmıştır. Sentezlenmiş P2 tipi tabakalı Na0.5Ni0.25Mn0.75O2 katot aktif malzemesi 0,5C'de 2,2 ile 4 V potansiyel aralığında 250 döngü sonunda toplam kapasitesinin %80'ni korumuştur. P2 tipi elektrot ilk döngüde 130 mAh g-1'lik bir kapasite değeri sergilemiştir. Katot aktif elektrot malzemesinin 250 döngü sonunda elde edilmiş şarj-deşarj testleri aynı zamanda P2 tipi elektrotun oldukça umut vaat eden bir elektrot olduğunu göstermiştir.
Biyoatıklardan karbon sentezi ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Fosil yakıtların tükenmesi, elektrik enerjisi depolama sistemlerine olan ihtiyacı son derece önemli hale getirmiştir. Kesintili yenilenebilir enerji kaynaklarının (rüzgâr, güneş ve dalga gibi) yoğun olmadığı saatlerde sürekli bir enerji akışı sağlayarak elektrik enerjisi şebekesini stabilize etmek için verimli bir enerji depolama sistemi çok önemlidir. Elektriksel enerji depolama teknolojisinin geliştirilmesinde en çok odaklanılan, pilllerdir. Piller şu anda diğer enerji depolama teknolojilerine kıyasla en geniş uygulama alanına sahiptir. Lityum iyon pillerde kullanılan hammaddelerin hızla artan maliyeti, son zamanlarda araştırmacıları farklı pil teknolojilerine yönlendirmiştir. Sodyum iyon piller düşük maliyeti, doğada bol miktarda bulunması ve çevre dostu olması nedeniyle lityum iyon pillere alternatif olarak kabul edilmektedir. Pillerde kullanılan negatif elektrotta, karbon bazlı malzemeler her zaman alkali iyon piller için temel bir rol oynamıştır. Düşük maliyet ve yüksek spesifik kapasite gibi avantajları nedeniyle sert karbon, sodyum iyon piller için önemli bir aday olarak görülmektedir. Ayrıca sert karbonun yenilenebilir biyo-kaynaklardan elde edilebilmesi maliyeti düşürdüğü için büyük ölçekli üretim ve ticarileştirilme açısından büyük avantaj sağlamaktadır. Bu tez çalışmada, sodyum iyon pillerde kullanılan anot malzemesi için biyokütle atıklarından yeni karbon anot elektrot geliştirilmiştir. Sakarya ilinde bol bulunması, düşük maliyeti ve sürdürülebilirlikleri nedeniyle ekonomik açıdan önemli tarımsal bir ürün olan fındık kabuğu biyokütle atığı kullanılmıştır. İlk olarak, H3PO4 ile ön işleme tabii tutulan fındık kabuğunun karbonizasyonu yoluyla sentezlenen yeni sert karbon malzemenin morfolojik, kimyasal ve elektrokimyasal özellikleri incelenmiştir. Bu karbon malzemelerin yapısı, dokusu ve bileşimi, X-ışını kırınımı (XRD) analizi, Raman spektrometresi, alan emilsiyonlu taramalı elektron mikroskobu (FESEM) analizi kullanılarak incelenmiştir. Oluşturulan anodun elektrokimyasal performansı ise galvanostatik şarj-deşarj, çevrimsel voltametri (CV) ve empedans analizleri kullanılarak incelenmiştir. Sonuç olarak, elektrot 0,5C'lik bir akım yoğunluğunda 250 çevrim sonra 247.6 mAh g-1'e varan tersinir kapasite değeri ve %74.7'lik kapasite korunumu göstermektedir. Düşük maliyetli ve sürdürülebilir kaynağa sahip fındık kabuğu biyokütlesi, kolay ve uygun fiyatlı sentez prosedürleriyle birleştirildiğinde, sodyum iyon piller için umut verici bir ham madde olarak görülmektedir.
Yüksek enerji depolama yoğunluğuna sahip cam seramiklerin geliştirilmesi ve özelliklerinin incelenmesi
Yüksek enerji yoğunluklu kapasitörler mikro saniyeden mili saniyeye kadar deşarj zamanı, birkaç yüz volttan kilovolt seviyelerine kadar çalıştırma voltajı, 1 J/cm3'ten fazla enerji yoğunluğu ve bazı özel uygulamalar için 250 °C'ye kadar çalışma sıcaklığı gibi özelliklere sahip olmalıdır. Yüksek enerji depolama yoğunluklu dielektrik kapasitörler kısa sürede yüksek miktarda elektrik enerjisi vererek güç elektroniği ve anlık güç uygulamaları için çok yüksek enerji yoğunluğu sağlayan önemli bileşenlerdir. Dielektrik sabit ve dielektrik kırılma dayanımı kapasitörün enerji yoğunluğunu belirleyen iki önemli malzeme özelliğidir. Aynı zamanda, elektriksel iletkenlik ve dielektrik kayıp dielektriklerin enerji depolama kabiliyeti üzerine önemli etkiye sahiptir. Yüksek enerji depolama kapasitörlerinin geliştirilebilmesi için yüksek dielektrik sabit, yüksek kırılma dayanımı, düşük kayıp ve hızlı tepkiye sahip dielektrik malzemelere ihtiyaç duyulmaktadır. Geleneksel ferroelektrik seramikler yüksek dielektrik sabitlerinden dolayı kapasitörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır ancak yapılarında bulunan hatalar ve porozitelerden dolayı sergiledikleri düşük kırılma dayanımı ve yüksek kalıcı polarizasyon gibi nedenler yüksek enerji depolama kapasitörlerinde uygulamalarını kısıtlamaktadır. Cam-seramikler, kristallenmeye uygun camlara uygun bir ısıl işlem uygulanarak cam matristen bir veya birden fazla seramik kristalin fazın çekirdeklenmesi ve büyümesi sağlanarak elde edilen çok kristalli malzemelerdir. Cam-seramiğin nihai özellikleri ana camın bileşimi ve kristalizasyon koşulları tarafından kontrol edilir. Cam-seramiklerin en önemli avantajlarından biri kristalizasyon koşullarının kontrol edilmesiyle mikro yapının mükemmel bir şekilde kontrol edilebilmesidir. Ayrıca, cam matristen çökelen kristalin fazın dielektrik sabiti camın dielektrik sabitinden daha yüksek olabilir. Dielektrik cam-seramikler ferroelektrik fazın yüksek dielektrik sabiti, cam matrisin yüksek kırılma dayanımı ve düşük kalıcı polarizasyon göstermesi nedeniyle yüksek enerji depolama yoğunluklu dielektrik kapasitörlerden beklenen ihtiyaçları karşılamak için geleneksel ferroelektrik seramiklerin yerini almaktadır. Bu çalışmada 25Nb2O5·12.5BaO·12.5SrO·35SiO2·5B2O3·5K2O·5Na2O (%mol) bileşimine sahip stronsiyum/baryum niobat esaslı cam seramiklerin üretimi gerçekleştirilmiştir. Belirlenen bileşime %0.5, %1.0, %1.5 ve %2 mol oranında La2O3 ve %0.5, %1.0 ve %1.5 mol oranında Gd2O3 katkısı yapılmış ve bu katkıların enerji depolama yoğunluğu ve elektriksel özellikler üzerine etkileri incelenmiştir. Cam-seramik malzemelerin üretimi için ilk olarak belirlenen kimyasal bileşimlere sahip malzemelerden ergitme-hızlı soğutma yoluyla amorf yapılı cam malzemeler üretilmiş ve elde edilen malzemelerin amorf yapıda oldukları X-ışını kırınım analizleri ile doğrulanmıştır. Üretilen amorf yapılı malzemelerin kontrollü kristalizasyon ısıl işlem parametrelerinin tespiti ve kristalizasyon kinetiği ile ilgili hesaplamaların yapılabilmesi için farklı ısıtma hızlarında termal analiz çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Termal analizlerden elde edilen karakteristik pik sıcaklıkları belirlenerek kontrollü kristalizasyon ısıl işlem parametreleri planlanmış ve malzemelere uygun ısıl işlemler gerçekleştirilmiştir. Farklı sıcaklık ve sürelerde uygulanan kontrollü kristalizasyon ısıl işlemleri neticesinde elde edilen katkısız ve farklı oranlarda La2O3 ve Gd2O3 katkılı malzemelerin faz analizleri, mikroyapı incelemeleri, yoğunluk ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Elektriksel özelliklerinin karakterizasyonu için elektrotlanan numunelerden frekansa bağlı dielektrik sabit ve dielektrik kayıp ölçümleri, farklı frekanslarda sıcaklığa bağlı dielektrik sabit ve dielektrik kayıp ölçümleri ve polarizasyon – elektrik alan histerezis döngüsü ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Faz analizleri sonucunda kontrollü kristalizasyon ısıl işlemlerinde birincil faz olarak (Sr4-(m-n)Ba(m-n))Ban(K,Na)(2-2n) Nb10O30, ikincil faz olarak NaNbO3 fazlarının ve eser miktarda (KxBa1-x)(AlySi1-y)4O8 fazının kristallendiği belirlenmiştir. Katkısız baz bileşime sahip numunelere 775 °C'de uygulanan kontrollü kristalizasyon işleminde camsı fazın içerisinde kristallenen ve homojen dağılım gösteren niobat fazlarının yanında amorf fazın varlığı belirgin olarak görülmekle birlikte sürenin artışıyla birlikte kristalin yapıların küresel forma dönüştüğü ve anormal niobat fazı (blok faz) büyümeleri görülmüştür. Sıcaklığın artışı ile bu anormal faz büyümelerinin düşük sıcaklığa göre kısa sürelerde oluştuğu ve süreyle birlikte küreselliğe doğru dönüşüm gösterdiği ve oluşan kürelerin tane boyutunun sıcaklıkla arttığı belirlenmiştir. Kontrollü kristalizasyon ısıl işlemi uygulanmış farklı oranlarda La2O3 katkılı bileşimlerde, La2O3 katkı oranı %0.5 mol olduğunda kristallenen niobat fazlarının keskin köşeli blok fazlar şeklinde olduğu anlaşılmıştır. Bununla birlikte kristallenen NaNbO3 miktarının arttığı, geometrik formunun keskin köşeli yapıya uyum sağladığı ve genel olarak iri taneli olduğu anlaşılmıştır. La2O3 katkı miktarının artışıyla kaba taneli yapıların geometrik formlarını kaybettiği, boyutlarının küçüldüğü ve homojen/karma keskin köşeli yapılardan uzak niobat fazlarının karışımından oluşan bir yapının ortaya çıktığı tespit edilmiştir. %0.5, %1.0 ve %1.5 mol Gd2O3 katkılı bileşimlerde, 750°C'de kristalizasyon işlemi uygulanan numunelerde blok fazların bulunduğu ve anormal büyümüş niobat fazlarının oluştuğu belirlenmiştir. Ayrıca koyu gri renkte olan yapıların daha çok niobat fazlarını çevreleyen matris durumunda dağılım gösterdiği tespit edilmiştir. Gd2O3 katkı oranı %0.5 mol'ün üzerinde olan bileşimlerde blok fazların miktarının ve boyutlarının arttığı tespit edilmiştir. Kristalizasyon sıcaklığı arttıkça açık renkte görülen blok niobat fazların miktarlarının arttığı ve koyu gri renkte görülen yapıların şekillerinin blok şekline dönüştüğü gözlemlenmiştir. Mikroyapı incelemelerinde genel olarak kristalizasyon ısıl işlem sıcaklığı arttıkça görünen NaNbO3 fazının miktarının arttığı gözlemlenmiştir. Katkı miktarının artması blok faz oluşumunu desteklemektedir. %1.5 mol'e kadar La2O3 katkısı blok faz oluşumunu desteklerken, çekirdeklendirici etkisinden dolayı bu katkı oranından sonra blok faz oluşumu yerine homojen dağılmış şekilsiz kristalin fazların oluşumuna sebep olmaktadır. Gd2O3 ilavesi de La2O3'e benzer şekilde blok fazların oluşumunu desteklemektedir ancak La2O3'e kıyasla etkilerinin daha az olduğu ve düşük katkı oranlarında anormal faz büyümesini arttırdığı görülmektedir. Gd2O3 ilavesi ile blok yapı olarak büyümüş NaNbO3 fazının %1.5 mol Gd2O3 oranına kadar çubuksu yapıda olduğu ve Gd2O3 katkı miktarı %1.5 mol olduğunda yapının ince ve şekilsiz hale geldiği belirlenmiştir. NaNbO3 fazının düşük yüzdeli La2O3 ilaveli numunelerde daha çok kübik şekilli bloklar halinde olduğu belirlenmiştir. Üretilen cam-seramik malzemelerin yoğunluklarının 3.34–3.82 g/cm3 aralığında olduğu tespit edilmiştir. La2O3 ve Gd2O3 katkısı ile cam-seramik malzemelerin yoğunluklarında artış ve görünür gözenek miktarlarında düşüş gözlemlenmiştir. En yüksek bulk yoğunluk değerleri ve en düşük gözenek miktarları %1.5 mol La2O3 katkılı bileşimde elde edilmiştir. La2O3 katkısının yoğunlaşma üzerine daha yüksek etkisi olduğu ve bu bileşimlerin yoğunluk değerlerinin Gd2O3 katkılı bileşimlerin yoğunluk değerlerinden yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Bütün bileşimlerde dielektrik sabit değerlerinin artan frekansla birlikte düşüş gösterdiği kutuplanma mekanizmasının arayüzey polarizasyonu olduğu tespit edilmiştir. Frekansa bağlı gerçekleştirilen dielektrik sabit ölçümlerinde La2O3 katkısıyla birlikte yapı içerisinde kristallenen dielektrik faz miktarındaki artış sayesinde katkısız bileşime göre daha yüksek dielektrik sabit değerleri elde edilmiştir. Benzer şekilde Gd2O3 katkısıyla birlikte tespit edilen dielektrik sabit değerleri katkısız bileşime göre yüksek olmasına rağmen La2O3 katkılı bileşimlerden daha düşük olduğu tespit edilmiştir. 100 Hz frekansta en yüksek dielektrik sabit değeri %2.0 La2O3 katkılı bileşimin 900 °C'de 3 saat kontrollü kristalizasyon ısıl işleminde elde edilmiştir. Bu numune için dielektrik kayıp değeri 0.46 olarak ölçülmüştür. Düşük dielektrik kayıp ve yüksek dielektrik sabit değeri %1.0 ve %1.5 mol La2O3 katkılı 900 °C'de 1 saat ve 3 saat süreyle kontrollü kristalizasyon işlemine tabi tutulan numunelerde elde edilmiştir. Bu şartlarda üretilen malzemenin dielektrik sabit değeri katkısız bileşime göre 2.3-2.9 kat daha fazladır. Sıcaklığa bağlı dielektrik sabit değerlerinin değişiminden katkısız baz bileşime sahip numuneler için Curie sıcaklığı yaklaşık 190±3 °C olarak tespit edilmiştir. %0.5, %1.0 ve %1.5 mol La2O3 katkılı bileşime sahip numuneler için Curie sıcaklığı yaklaşık olarak sırasıyla 95±15 °C, 40±20 °C ve 20±5 °C olarak tespit edilmiştir. %0.5, %1.0 ve %1.5 mol Gd2O3 katkılı bileşime sahip numuneler için Curie sıcaklığı yaklaşık olarak sırasıyla 100±20 °C, 110±5 °C ve 125±20 °C olarak tespit edilmiştir. La2O3 katkısı ile birlikte Curie sıcaklıklarında düşüş gözlemlenirken, Gd2O3 katkısı ile birlikte Curie sıcaklıkları yükselmiştir. Polarizasyon – elektrik alan (P-E) histerezis döngüsü eğrilerinden en düşük kalıcı polarizasyon miktarı katkısız bileşimde 0.243 µC/cm2 , %1.5 mol La2O3 katkılı bileşimde 0.019 µC/cm2 ve %1.0 mol Gd2O3 katkılı bileşimde en düşük 0.17 µC/cm2 olarak ölçülmüştür. Ek olarak, maksimum polarizasyon miktarı katkısız bileşimde maksimum polarizasyon miktarının 1.06 µC/cm2, %1.0 mol La2O3 katkılı bileşimde 1.42 µC/cm2 ve %1.0 mol Gd2O3 katkılı bileşimde 0.82 µC/cm2 olarak ölçülmüştür. La2O3 katkılı bileşimlere sahip malzemelerin yüksek enerji dönüşüm verimliliğine sahip relaksör ferroelektrik davranış özelliği sergilediği tespit edilmiştir.
Çinko borat katkılı CTP kompozit malzemelerin üretimi, mekanik ve kimyasal özelliklerinin incelenmesi
Bu çalışmada, elektrik sanayinde yoğun olarak kullanılan cam elyaf takviyeli polyester malzemenin, çinko borat katkısı ile üretimi, malzemede meydana gelen mekaniksel ve kimyasal etkileri araştırılmıştır. Yapılan bu işlemde hedef, kullanılan malzemelerin birbirlerinin zayıf olan yönlerini daha fazla iyileştirmek ve istenilen yönde daha fazla özellik katan bir malzeme elde etmektir. Kompozit malzemelerin geliştirilme amacı genellikle belirli bir kullanım için, belirli bir özellik dengesi elde etmektir. Elektrik sanayinde oldukça sık kullanılan cam elyaf takviyeli kompzit malzemelerin tercih edilme sebebi öncelikle, mukavvemetli olması, yoğunluğunun düşük olması, yalıtkan olması ve alev geciktirici özellikte olmasıdır. Polimer matrisli kompozit malzemeler matris olarak polimer ve takviye olarak elyaf kullanılarak üretilen kompozitlerdir. Polimerler matrisli kompozitlerin oda sıcaklığındaki yüksek performansı, maliyetsiz oluşu ve kolay üretilebilmesi kompozitler arasında çok sık tercih edilmesinin nedenidir. Polimerler doğalarının gerektirgiği üzere yanıcı malzemlerdir. Polimerler düşük sınırlı oksijen indeksine sahiptir ve yanma (UL-94) testinde başarılı bir sonuç veremez ve bu sebeble günlük hayatta uygulamaları insan hayatı için büyük bir yangın sorunu ortaya çıkarır. Bu malzemeler sadece polyester ve cam elyaf olarak bu özellikleri tam anlamıyla karşılayamamaktadır. Bu yüzden katkı malzelerine ihtiyaç vardır. Polimerlerin alev geciktirici davranışını yükseltmek, kullanımlarını çoğu uygulamaya yaymak büyük bir zorluktur. Halojenli katkı maddeleri gibi çeşitli alev geciktirici katkı maddeleri, çevre üzerindeki kanıtlanmış veya şüphelenilen olumsuz etkileri nedeniyle aşamalı olarak kullanımdan kaldırılırken, polimerlerin yangına tepkisi ve yangına dayanıklılık performansları açısından güvenlik gereksinimleri şu anda giderek daha zor hale geliyor. Tüm alev geciktiriciler, ısıtma, piroliz, ateşleme veya alev yayılması sırasında yanma sürecine müdahale etmek için kimyasal ve/veya fiziksel bir mekanizma yoluyla buhar fazında veya yoğun fazda hareket eder. Örneğin, dolgu maddelerinin dahil edilmesi esas olarak polimeri seyreltme ve bozunma gazlarının konsantrasyonunu azaltma işlevi görür. Boratlar, alev geciktirici özelliklere sahip bir inorganik katkı maddesi ailesidir. Bunlar arasında 2ZnO 3B2O3 3.5H2O gibi çinko boratlar en sık kullanılanlardır. 290 ve 450 C arasındaki endotermik bozunmaları (503 kJ/kg) su, borik asit ve bor oksit (B2O3) açığa çıkarır. Oluşan B2O3 350°C'de yumuşar ve 500°C'nin üzerinde akar ve koruyucu bir camsı tabaka oluşumuna yol açar. Oksijen atomları içeren polimerler söz konusu olduğunda, borik asidin varlığı dehidrasyona neden olarak karbonize bir tabaka oluşumuna yol açar. Bu tabaka polimeri ısı ve oksijenden korur. Böylece yanıcı gazların salınımı azaltılır. Çinko Borat; polivinil klorür, polietilen, polipropilen, naylon, epoksi, poliesterler, termoplastik elastomerler ve kauçuklar gibi polimer sistemlerinde alev geciktirici, duman ve parlama baskılayıcı ve anti-ark ajan olarak kullanılmaktadır. Çinko borat ile üretilen plastik malzemeler, daha dayanıklı ve kaliteli ürünlere dönüşür.Termoset reçineler, işlenmesi en basit plastik malzemeler arasındadır. Gerekli olan tek şey aktivatörde karıştırmak, bir kalıba dökmek, soğumaya bırakmak ve ardından kalıptan çıkarmak. Kalıp konturlarının birebir aynısı ısı ve basınç gerektirmeden üretilir. Kalıp, yüzey sızdırmaz ise metal, ahşap, plastik, hatta alçı veya karton gibi hemen hemen her türlü gözeneksiz malzemeden yapılabilir. Daha yüksek bir üretim hızı isteniyorsa, ısıtılmış bir kalıp kullanılabilir. Isı, kürleme sürecini hızlandırır, daha eksiksiz bir kür sağlar ve daha uzun bir kap ömrü sağlayan aktivatörlerin kullanımına izin verir. Malzemeyi üretmek için el yatırması + soğuk press yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemde kalıp iki taraflı olduğu için üretilen malzemenin iki yüzü de parlak olarak çıkmaktadır.Numunelere %10,%15,%20,%25 oranlarda çinko borat eklenerek malzeme üzerinde mekaniksel ve kimysal özellilerine etkisi incelenmiştir. Numunelerin çekme dayanımı özelliklerini belirlemek için ISO 527 – 1'e uygun çekme testi, eğme dayanımı özeliklerini belirlemek için ISO 178'e uygun eğme testi, darbe dayanımı özelliklerini belirlemek için ISO 179'e uygun darbe testi yapılmıştır. Yanma özellikleri UL94 yatay ve dikey yanma testi ile belirlenmiştir. Sonuç olarak cam elyaf takviyeli kompozit malzemeye eklenen çinko borat, %10 eklendiğinde çekme dayanımında ve eğme dayanımında artış meydana gelmiştir. Oran artıkça çekme dayanımı düşmüştür. %15 oranında eklendiğinde darbe dayanımında en yüksek sonuç elde edilmiştir. Yanma özellikleri ise yatay yanma testine göre yavaş yanan (HB) malzeme olarak sınıflandırılmıştır. Dikey yanma testinde standartların (V0,V1 ve V2) hiçbirini karşılamamıştır.
Termo-kimyasal yöntemle alon, MgAlON ve MgAl2O4 toz üretimi
Due to their major importance in the field of armor and transparent infrared windows, aluminum oxynitride (AlON), magnesium aluminate, also known as spinel (MgAl2O4) and magnesium aluminum oxynitride (MgAlON) have always been subject to research due to the limitations of their manufacturing processes. The interest of synthesizing fine powders of these ceramics at intermediate temperatures, aims to decrease the high cost of the final products, as well as, providing promising commercial methods to produce their powders. AlON powders are commercially unavailable and can only be found as a ready to use products, produced via direct sintering of submicron aluminum oxide (Al2O3) and aluminum nitride (AlN) at temperatures exceeding 1850°C.This process has the disadvantage of raising the cost of the product together with the fact that many companies whose arsenal of equipment allows them to design their own parts, will not have the flexibility of purchasing aluminum oxynitride powders and manufacturing their own products. Unlike AlON, spinel can be found commercially as powder and has already been manufactured and sold worldwide but a limited number of companies. Nevertheless, the production process as well as the cost of production are still major issues that cause a significant increase in the price of the product to provide spinel powders with high purity and fine particles. MgAlON has been presenting itself as an intriguing technical ceramic since it perfectly mimics AlON with properties as close as its parent phase. This is due to the that magnesium aluminum oxynitride is considered as a magnesium stabilized AlON with a slightly lower stability temperature without a major loss in the mechanical and optical properties of aluminum oxynitride. With that in hand, there has always been an interest in investigating the synthesis of these ceramics via different methods to optimize their synthesis processes or even providing novel approaches to obtain their powders. In the last years, an innovative approach that can be considered as a modified carbothermal reduction nitridation (CRN) has been investigated in the synthesis of technical ceramics and has been deemed effective in providing powders that can be readily used in their as-synthesized form. "Dynamic / Thermochemical Method" (DTM) is the denomination used to describe this approach. In this process, the reduction and nitridation reactions take a place in a moving system that provides constent motion to the synthesis allowing the reaction to proceed and be accomplished in a relatively shorter time then usually needed in the convention CRN method as well as the massive advantage of relatively lowering the reaction temperature. In this PhD thesis, the optimization of these technical ceramics' synthesis has been investigated via the DTM process. The obtained results showed that a temperature of 1500°C was sufficient to fully synthesize MgAlON powders from aluminum and magnesium hydroxides (Al(OH)3 and Mg(Al)2, respectively) in gas mixtures, without any solid carbon added. It has also been found that more than 50% conversion to AlON could be achieved at an unpreceded temperature of 1500°C with submicron particles. Conversely, AlON and MgAlON whose syntheses via the dynamic thermochemical method was successful, MgAl2O4 had better results in the static synthesis comparing to its dynamic counterpart. The obtained results were characterized via X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), field emission scanning electron microscopy (FESEM) and particle size distribution. The obtained results were explained and some recommendations for further investigation and optimization of the results we provided.
Paslanmaz çelik yüzeylerin mekanik özelliklerinin geliştirilmesi
Bu tez çalışmasında, Diamalloy 2002 (Tungsten Karbür, krom bazlı) ve Sulzer Metco 7202 ( Karbür, Krom bazlı) tozlar, farklı konsantrelerde hazırlanmış olup, endüstri ve sanayide sıkça kullanılan 316 paslanmaz çelik yüzeylerine High Velocity Oxygen Fuel (HVOF) yöntemiyle yapılan kaplamaların yüzey özelliklerinin iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Bu çalışmada iki tip toz kullanılmıştır. Bu tozlar Diamalloy 2002 ve Sulzer Metco 7202 tozlarıdır. %50 Diamalloy ve %50 Sulzer Metco 7202 toz karışımından oluşan M grubu numuneleri , %100 Sulzer Metco 7202 tozundan oluşan G grubu numuneleri hazırlanmıştır. Bu tozların çeşitli kombinasyonlarda HVOF metodu ile kaplama özelliklerine etkileri analiz edilmiştir. M ve G numuneleri için aşınma testleri yapılmıştır. Bu testlerde Alümina bilya (Al2O3) kullanılmış olup farklı hız, yük, yol mesafesi ve paso sayısı ile testler gerçekleştirilmiştir. Aşınma testleri sonrası numunelerin SEM görüntülerine bakılmış, XRD analizleri gerçekleştirilmiş, pürüzlülük testleri yapılmış ve kaplama sonrası detaylı olarak incelenmiştir. HVOF yöntemi, endüstri ve sanayide yaygın olarak kullanılan maliyeti az bir teknolojik prosestir. HVOF yöntemi ile çok yüksek yoğunlukta kaplama kalınlıkları elde edilir. Yüksek püskürtme sayesinde elde edilen yüksek yapışma sonuçları metodun en iyi özellikleridir. Aynı zamanda HVOF ile elde edilen kaplama sonuçları incelendiğinde parçacık hızlarının fazla olması nedeniyle az sayıda porozite içermektedir. Porozite değerleri %1'in altında kalabilmektedir. HVOF metodu çok yüksek yapışma sağlamakta ve kaplama ömrü uzun olmaktadır. Bütün malzemeler bu metot ile kaplanabilmektedir [4]. Endüstrideki paslanmaz çelikler düşük maliyet ve yüksek korozyon dayanımı ile gerekli uygulamalarda sanayi ve endüstrinin ihtiyacını karşılamaktadır [5]. Paslanmaz çelikler iyi özelliklerinin yanında, yüksek maliyetlere çıkabilen ve zorlu bozunma süreçlerine sebep olabilecek uygulamalarda da çalışılabilmektedir. Bu durum paslanmaz çelik kaplamalarının geliştirilmesi için önem arz etmiştir. Yüzeye yapılan kaplamalar ile aşınma özelliklerinin geliştirilmesi, numunelere farklı hız, yol, yük ve paso sayısı ile aşınma deneyleri uygulanmış ve kaplama üzerindeki etkileri incelenmiştir. Kaplama kalınlıkları ölçülerek sertlik ve aşınma üzerine etkileri irdelenmiştir. Kaplama yüzeylerinde aşınma deneyi öncesi ve sonrası görüntüler alınmıştır. Makro ve mikro incelenen görüntüler ile kaplama hataları araştırılmıştır. X ışınları analizleri yapılmış olup yapıda ki fazların tayini yapılmıştır. Yüzey pürüzlülüklerine bakılmış, aşınma deneyinden sonra iz genişliği ölçümleri yapılarak aşınma oranları tespit edilmiştir. Aşınma yüzeylerinin SEM görüntülerine ve EDS analizlerine göre yüzeylerde meydana gelen değişimler yorumlanmıştır.
Soğuk çekilmiş C55 ve C83 çeliklerin mekanik özellikleri ve yeniden kristallenme davranışının incelenmesi
Bu tez çalışmasında, C55 ve C83 çelik tellerin soğuk çekme işleminin tellerin mekanik özelliklerine ve yeniden kristallenme kinetiğine etkileri incelenmiştir. Çelik numuneler İzmit-Kocaeli'nde bulunan ÇELİK HALAT ve TEL SANAYİ A.Ş.'den temin edilmiştir. Bu şirket çelik halatlar, yay telleri, galvanizli yay telleri ve öngerilmeli beton halatları üretmektedir. Plastik şekil verme yöntemlerinden biri soğuk çekmedir ve bir çekme kuvveti altında, tek ya da bir seri çekme kalıpları içerisinden malzemenin kesidini azaltmak için kullanılmaktadır. Soğuk çekme işlemi elektrik tellerinin, kabloların, yayların, kağıt mandallarının, gerilim yüklü yapı bileşenlerinin ve yaylı müzik aletlerinin eldesinde kullanılmaktadır. C55 çeliği orta karbonlu bir çeliktir ve %0.52 – 0.60 karbon içermektedir. Ayrıca %0.06 – 0.90 Mn, maks. %0.045 P, maks. %0.045 S, maks. %0.4 Si ve maks. %0.63 Cr+Mo+Ni içermektedir. C55 çeliği nispeten yüksek karbon içeriği nedeniyle yüksek sertlik ve yüksek mukavemete sahiptir. C55 çeliği dingil, debriyaj parçaları, şaft, sıkıştırılmış ve delikli parçalar, piston çubukları ve dişli çubuğu gibi otomotiv ve mühendislik malzemeleri için uygundur. C83 çeliği yüksek karbonlu çelik olup %0.30 – 0.90 aralığında mangan içermektedir. Bu çelik yay malzemeleri ve yüksek mukavemetli teller için kullanılmaktadır. C55 çelik telin deneysel çalışmalarında 5 mm'lik çap 3 mm'ye getirilmiştir. Soğuk deformasyon miktarı %121.2 olarak hesaplanmıştır. C83 çelik telin deneysel çalışmalarında 5 mm'lik çap 3.2 mm'ye getirilmiştir ve soğuk deformasyon miktarı %108.3 olarak tespit edilmiştir. C55 ve C83 çelik telin soğuk çekme işlemleri Çelik Halat firmasında gerçekleştirilmiştir. C55 ve C83 çelik tellerin soğuk çekme işlemleri sonrasında yapılan metalografik incelemelerde, tane yapısının çekme ekseni yönünde uzadığı gözlenmiştir. Çatlak oluşumu bulunmamıştır. C55 ve C83 çelik tellerin çekme test sonuçları incelendiği zaman, C55 çelik telin çekme mukavemeti 859.2 MPa iken, bu değer %121.2 oranında soğuk deformasyon sonrasında 1358.2 MPa değerine artmıştır. C55 çelik telin sünekliği %121.2 oranında deformasyon için %65.8'den %24.7'e düşmüştür. C83 çelik telin çekme mukavemeti 1216.7 MPa iken, bu değer %108.3 oranında soğuk deformasyon sonrasında 1717.5 MPa değerine artmıştır. C83 çelik telin sünekliği %108.3 oranında deformasyon için %32.4'den %16.8'e düşmüştür. Çeliğin mukavemeti ve sünekliği karbon içeriğine bağlı olduğu bilindiğine göre, C83 çelik telin mukavemetinin C55 çelik telin mukavemetinden daha büyük olduğu ve sünekliğinin daha düşük olduğu gözlenmiştir. C55 ve C83 çelik tellerin soğuk deformasyonla mukavemetindeki artış ve sünekliğindeki azalma, soğuk deformasyon esnasında dislokasyon yoğunluğundaki artış nedeniyledir. Malzemenin şekli, mikroyapısı ve mekanik özellikleri soğuk çekme esnasında değişmektedir. Dislokasyon artışına bağlı olarak mukavemet ve sertlik artar, süneklik azalır. Malzemenin şekil verilebilirliği azalır. Malzemeye yeniden işlenebilirlik özelliğini vermek için yeniden kristallenme ısıl işlemi yapılmalıdır. Bu ısıl işlem, bir tavlama işlemidir ve soğuk işlenmiş metal ve alaşımlara, yeni ve gerilim içermeyen taneler elde etmek için uygulanmaktadır. Çünkü metalik malzemelerin hücre yapıları soğuk deformasyondan sonra termodinamik olarak kararlı değillerdir. Yeniden kristallenme ısıl işlemi tanelerdeki gerilimleri azaltarak ya da gidererek geri kazanımı sağlar ve uzamış tanelerden kaynaklanan eşeksenli ferrit tanelerini artırır, mukavemet ve sertliği düşürür, sünekliği artırır. Yeniden kristallenme ısıl işleminde geri kazanım, yeniden kristallenme ve tane büyümesi kademeleri vardır ve metalin ergime sıcaklığının %30 -60 sıcaklıklarda gerçekleştirilir. Yeniden kristallenme sıcaklığı başlangıç tane boyutundan, kompozisyondan, zamandan ve soğuk deformasyon derecesinden etkilenmektedir. Soğuk deforme olmuş metallerde yeniden kristallenme için itici güç, soğuk deformasyon esnasında oluşan depolanmış enerjidir. Geri kazanım kademesi düşük sıcaklıklarda gerçekleşir ve mikroyapıda herhangi bir değişim olmaz. Bu kademede dislokasyonlar hareket eder ve yeniden düzene girerler, kalıntı gerilimler azalır. Yeniden kristallenme kademesi yapıdaki dislokasyonların poligonlaşması ve ortadan kaybolması işlemidir. Bu kademede dislokasyon yoğunluğu azalır, bu nedenle mukavemet azalır ve süneklik artar. Yeniden kristallenme ısıl işleminin son kademesinde, sıcaklık ve süreye bağlı olarak tane büyümesi gerçekleşmektedir. İzotermal kinetik analiz, metallerin yeniden kristallenmesi gibi katı hal dönüşümlerinin kinetiğini araştırmak için kullanılmaktadır ve endüstriyel skalada proses modellemesi için gerekli kinetik bilgiler elde edilmektedir. Bu analiz, zamanla reaksiyon hızını değerlendirmek için kinetik fonksiyonlara ihtiyaç duymakta ve eksponensiyel faktör ve aktivasyon enerjisi gibi kinetik değişkenler elde edilebilir. İzotermal olmayan kinetik analiz, izokonversiyonel yönteme dayalı alternatif bir modelsiz yöntemlerdir. İzotermal olmayan kinetik, diferansiyel termal analiz (DTA), termogravimetric analiz (TG) ve diferansiyel tarama kalorimetrisine (DSC) dayalı olan termo-analitik bir yöntemdir. Bu tezde, soğuk çekilmiş C55 ve C83 çelik teller için izotermal olmayan yeniden kristallenme kinetik incelemeleri, 5-10-15-20°C/dak olmak üzere 4 farklı ısıtma hızında diferansiyel tarama kalorimetrisi (DSC) ile yapılmıştır. Kissenger, Boswell, Ozawa ve Starink yöntemleri, yeniden kristallenme aktivasyon enerjisini tespit etmek için kullanılmıştır. DSC verilerinden elde edilen yeniden kristallenme sıcaklıkları, farklı ısıtma hızlarına bağlı olarak %121.2 oranında soğuk deforme olmuş C55 çelik tel için 451.2 °C ile 481.3 °C arasında, %108.3 oranında soğuk deforme olmuş C83 çelik tel için 475.4 °C ile 504.6 °C arasındadır. Yeniden kristallenme pik sıcaklıkları kullanılarak, Kissenger metodu, (ln(β/T2) – 1/T), Boswell metodu (ln(β/T) – 1/T), Ozawa metodu (ln(β) – 1/T) ve Starink metodu (ln(β/T1.92) – 1/T) eğrileri çizilmiştir. Bu denklemlerde, R gaz sabiti (kJ/mol.K), T pik sıcaklığı (K) ve β ısıtma hızıdır (K/min). Bu eğrilerin eğimleri –E/R değerine eşittir, burada E aktivasyon enerjisidir (kJ/mol). Kissenger, Boswell, Ozawa ve Starink metotlarına göre %121.2 oranında soğuk deforme olmuş C55 çelik tel için yeniden kristallenme aktivasyon enerjileri sırasıyla 196.5 kJ/mol, 202.6 kJ/mol, 198.7 kJ/mol ve 196.8 kJ/mol'dür. Kissenger, Boswell, Ozawa ve Starink metotlarına göre %108.3 oranında soğuk deforme olmuş C83 çelik tel için aktivasyon enerjileri sırasıyla 220.5 kJ/mol, 226.8 kJ/mol, 221.8 kJ/mol ve 220.8 kJ/mol'dür. Sonuç olarak yeniden kristallenme aktivasyon enerjileri, %121.2 oranında soğuk deforme olmuş C55 çelik tel için 198.6 ±2 kJ/mol ve %108.3 oranında soğuk deforme olmuş C83 çelik tel için 222.5 ±2 kJ7mol olarak bulunmuştur. Bu çalışmadan görülmüştür ki C55 ve C83 çelik tellerin soğuk deformasyonu, soğuk çekme esnasında oluşan depolanmış enerji nedeniyle mukavemet artmış ve süneklik azalmıştır. C55 ve C83 çelik teller karşılaştırıldığında, karbon içeriğindeki artış nedeniyle yeniden kristallenme sıcaklığı ve yeniden kristallenme aktivasyon enerjisi bir miktar artmıştır.
Katı hal lityum sülfür piller için borofen katkılı katotların geliştirilmesi
Bu çalışmada, toz formda üretilen 2 boyutlu beta borofenin tam katı hal lityum sülfür pillerde katot katkısı olarak kullanılarak iyonik ve elektriksel iletkenlikleri üzerinde etkisi incelenmiştir. Literatürde borofenin genellikle anot kısmındaki katkıları tartışılırken, bu tezde özgün olarak katot katkısı üzerine araştırmalar gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında katot içerisinde aktif malzeme olarak MoS2, elektriksel iletken malzeme olarak karbon karası ve iyonik iletken malzeme olarak da Li7P3S11 katı elektroliti kullanılmıştır. Boron tozundan eksfoliyasyon yöntemiyle elde edilen borofenin lityum sülfür pillerde katot katkısı olarak kullanılıp iyonik ve elektriksel etkileri araştırılmıştır. Li2S ve P2S5kullanılarak elde edilen Li7P3S11 elektrolit ise literatürdeki lityum sülfür piller için kullanılan en verimli katı elektrolitlerden biri olarak gösterilmektedir. Ancak arayüzey problemleri ve buna bağlı olarak iyonik iletkenlikte meydana gelen performans kayıpları nedeniyle, borofen katkısının katı elektrolitin kararlılığı üzerindeki etkileri incelemek bu tez kapsamında kayda değer bulunmuştur. Katotta kullanılan bir diğer malzeme olan MoS2 ise sülfür içerikli aktif malzeme olarak kullanılmıştır. MoS2, iki boyutlu (2D) malzeme doğası gereği, sülfürün tek başına kullanıldığında sergilediği birçok dez avantajı ortadan kaldırmakta ve boşluklu sandviç yapısı sayesinde sülfürün tek başına çözemediği sorunların üstesinden geleceğini düşündürmektedir ve çokça rapor edilmektedir. Araştırmalara göre MoS2 sadece spesifik kapasiteye değil, aynı zamanda iyonik hareketliliğe de olumlu katkı verdiği teorik olarak kanıtlanmış olup, bu tez çalışmalarında tam katı hal lityum sülfür pillerin katot malzemesi olarak kullanılmak üzere değerlendirilmiştir. Tez kapsamında geliştirilen, MoS2 katotu, Li7P3S11 katı elektroliti ve Borofen katkısı, XRD, Raman, SEM gibi yapısal karakterizasyon teknikleri ile analiz edilmiş, DSC ve DTA gibi analiz teknikleriyle termal özellikleri belirlenmiş ve CV, empedans, galvanostatik şarj-deşarj testi ve iletkenlik testi gibi tekniklerle de elektriksel ve elektrokimyasal özellikleri incelenmiştir. Lityum sülfür pil katotun iyonik ve elektriksel iletkenliğini iyileştirebilmek adına kullanılan borofenin katı hal hücrede karbon karası ve Li7P3S11 katkıları ile orantılı olarak yer değiştirme işlemleri gerçekleştirilmiştir. Hücre içerisindeki katot bileşimi pil1, pil2, pil3 için MoS2 (%30) / İletken Karbon (%30) / Li7P3S11+Borofen (%40) şeklindedir. Pil 4, pil5 ve pil 6 için ise MoS2 (%30) / Li7P3S11 (%30) / İletken Karbon+Borofen (%40) şeklinde olmak üzere farklı oranlar çalışılmıştır. Pil1, pil2 ve pil3 hücrelerinde borofenin iyonik iletkenlik üzerindeki etkileri incelenirken, pil 4, pil 5 ve pil 6 hücrelerinde ise borofenin elektriksel iletkenlik üzerindeki etkileri incelenmiştir. Öncelikle borofenin tam katı hal lityum sülfür pillerde iyonik iletkenlik üzerindeki etkisini görebilmek adına, MoS2 aktif malzeme ve karbon karası oranları sabit tutulmuş ve farklı oranlarda (Li7P3S11 + Borofen) bileşimleri hazırlanmıştır. Ardından borofenin tam katı hal lityum sülfür pillerde elektriksel iletkenlik üzerindeki etkisini görebilmek adına, MoS2 aktif malzeme ve Li7P3S11 oranları sabit tutulmuş ve farklı oranlarda (Karbon karası (İletken Karbon + Borofen) bileşimleri hazırlanmıştır. Yapılan deneysel çalışmaların sonuçlarına göre; katı elektrolitin miktarının azaltılıp borofenin miktarının artırıldığı hücrelerde (pil 1, pil 2, pil 3) spesifik kapasitenin olumsuz yönde etkilendiği, ancak kararlılığın ve çevrim ömrünün olumlu yönde etkilendiği gözlemlenmiştir. Aynı şekilde diğer oranlar sabit tutularak karbon karası miktarının azaltılıp borofen miktarının artırıldığı hücrelerde ise (pil 4, pil 5, pil 6), elektriksel iletkenliğin olumlu yönde etkilendiği gözlemlenmiştir. Tez çalışmaları kapsamında kullanılan yöntemin pratik, uygulanabilir ve ölçeklendirilebilme imkânının yüksek olduğu söylenebilir. Bu sebeple yapılan çalışmaların yeni nesil elektrokimyasal enerji depolama sistemleri için ışık tutması ve ticarileştirilebilmesi noktasında da rehber olması beklenmektedir.
SAE 1008 çelik telin mekanik özellikleri ve yeniden kristallenme kinetiğine soğuk çekmenin etkilerinin incelenmesi
Bu tez çalışmasında, soğuk çekme işlemi yapılarak soğuk deformasyona uğratılmış SAE 1008 çelik tellerin mekanik özelliklerindeki değişimler ve yeniden kristallenme kinetiği incelenmiştir. Çelik tel numuneler Karabük'de bulunan PELENKOĞLU firmasından temin edilmiştir. SAE 1008 çeliği, düşük karbonlu bir çelik olup maksimum %0,1 karbon içermektedir. Ayrıca %0,30 – 0,50 Mn, maks. %0.03 P, maks. %0.05 S içermektedir. Düşük karbonlu çelikler kolaylıkla soğuk şekil verilebilirler ve genel olarak otomobil parçaları, teller, borular ve konserve kutuların üretiminde kullanılırlar. SAE 1008 çelik telin deneysel çalışmalarında 6,74 mm olan tel soğuk çekme yöntemiyle 5,75 mm çapa, daha sonra da ısıl işlem uygulanmadan soğuk çekme ile 4,24 mm çapa getirilmiştir. Soğuk çekme işlemleri bahsi geçen firmada gerçekleştirilmiştir. Çelik tellerin soğuk çekme işlemleri sonrasında yapılan metalografik incelemelerde, tane yapısının çekme ekseni yönünde uzadığı tespit edilmiştir. SAE 1008 çelik tellerin çekme test sonuçlarına göre, SAE 1008 çelik telin çekme mukavemeti 510 MPa iken, bu değer %31,8 oranında soğuk deformasyon sonrasında 650 MPa değerine, %92,7 oranında soğuk deformasyon sonrasında 810 MPa değerine artmıştır. SAE 1008 çelik telin süneklik değeri %25,6 iken bu değer %31,8 oranında soğuk deformasyon sonrasında %18,7'ye ve %92,7 oranında soğuk deformasyon sonrasında %12,7 değerine düşmüştür. SAE 1008 çelik telin mikrosertlik değeri 243 HV ike bu değer %31,8 oranında soğuk deformasyon sonrasında 287 HV'ye ve %92,7 oranında soğuk deformasyon sonrasında 372 HV değerine artmıştır. Soğuk çekme ile gerçekleştirilen deformasyon sürecinde dislokasyon yoğunluğunun artması nedeni ile SAE 1008 çelik telin çekme mukavemeti ve sertliği artarken süneklik özelliği azalmıştır. Soğuk deformasyon sonrasında malzemenin işlenebilme özelliği azalmaktadır. Malzemeye bu özelliği yeniden sağlayabilmek için yeniden kristallenme ısıl işlemi uygulanmaktadır. Yeniden kristallenme için itici güç, soğuk deformasyon sırasında dislokasyon yoğunluğunun artması ile oluşan depolanmış enerjidir. Yeniden kristallenme ve faz dönüşümleri gibi katı hal dönüşümlerinin kinetik çalışmaları, izotermal olmayan kinetik analiz yöntemleriyle yapılabilmektedir. Bu tez çalışmasında da, diferansiyel tarama kalorimetrisi (DSC), soğuk çekilmiş SAE 1008 çelik telde yeniden kristallenme kinetiğinin incelenmesinde kullanılmıştır. 5-10-15-20°C/dak ısıtma hızlarında alınan termal analiz grafiklerindeki yeniden kristallenme pik sıcaklıkları tespit edilmiş ve Kissenger, Boswell, Ozawa ve Starink gibi izotermal olmayan kinetik modellerle yeniden kristallenme için gerekli aktivasyon enerjisi değerleri tespit edilmiştir. %31,8 oranında soğuk çekilmiş SAE 1008 çelik telde yeniden kristallenme aktivasyon enerjisi Kissenger modeline göre 210,7 kJ/mol, Boswell modeline göre 216,7 kJ/mol, Ozawa modeline göre 212,1 kJ/mol ve Starink modeline göre 211 kJ/mol olarak bulunmuştur. %92,7 oranında soğuk çekilmiş SAE 1008 çelik telde yeniden kristallenme aktivasyon enerjisi Kissenger modeline göre 194,9 kJ/mol, Boswell modeline göre 200,8 kJ/mol, Ozawa modeline göre 196,8 kJ/mol ve Starink modeline göre 195,2 kJ/mol olarak tespit edilmiştir. Kinetik çalışmanın sonucuna göre, soğuk deformasyon miktarının artması ile depolanmış enerji miktarı artmıştır ve bu duruma bağlı olarak yeniden kristallenme için gerekli sıcaklık ve aktivasyon enerjisi bir miktar düşmüştür.
Gazaltı (MIG) kaynak yöntemiyle birleştirilen 6061 serisi alüminyum plakalarına yapılan kaynak tamirinin mikroyapı ve mekanik özelliklere etkisi
6xxx serisi alüminyum alaşımları hafiflikleri, termal iletkenlikleri, işlenebilirlikleri, kaynağa elverişliliği ve korozyon direçlerinden dolayı otomotiv, ambalaj, yapı sektörleri başta olmak üzere birçok alanda kullanılmaktadır. Kaynaklı imalat da bu alanlarda önemli ve kritik bir rol oynamaktadır. Bilindiği üzere kaynak işlemi malzemeyi birleştirirken aynı zamanda malzemenin mekanik ve yapısal özelliklerini de değiştirmektedir. Bu değişimler malzemenin kullanım alanını ve ömrünü kısıtlamaktadır. Kaynak işleminden sonra kaynak dikişinde yüzeysel ve hacimsel kusurlar meydana gelebilmektedir ve bu kusurlar servis şartlarını sağlamaya engel olduğundan kaynağın tamir edilmesi gerekmektedir. Isı girdisinden ötürü alüminyum kaynak tamiri malzemenin fiziksel ve mekanik özelliklerini olumsuz yönde değiştirmektedir. Bu yüzden alüminyum kaynak tamiri tavsiye edilen bir proses olmamakla birlikte kaynak kabul kriterlerini sağlamak için kaçınılmaz bir durum olarak karşımıza çıkmaktadır. Burada amaç; minimum kaynak tamiriyle kaynağın sürdürülebilirliğini sağlamaktır. Bu düşüncelerden yola çıkarak tekrarlanan kaynak tamirlerinden sonra kaynağın mekanik özellikleri yüzeysel ve hacimsel kusurları değerlendirilmiştir. Alüminyum alaşımının kaynak edilebilirliğinden yola çıkarak 4mm kalınlığında 450 kaynak ağzı açılmış 6061 serisi Al alaşım plakalar MIG kaynak yöntemiyle birleştirilmiştir. Dolgu malzemesi olarak ER 5356 dolgu teli kullanılmıştır. Kaynaklı numuneye; gözle muayene, sıvı penetrant testi, radyografik test, çekme testi, eğme testi, makro inceleme, mikroyapı inceleme, sertlik testi, EDS ve XRD analizleri uygulanmıştır. Daha sonra aynı parçalardan tekrar kaynatılarak, kaynaklı bölgeler taşlanmış, temizlenmiş ve MIG kaynağıyla tamirat kaynağı yapılmıştır. Aynı tamirat işlemi TIG kaynağıyla da yapılmıştır. Tamirat işlemi üç kez tekrarlanmış ve her tamirattan sonra kaynaklı bölgeler aynı testlere tabi tutulmuştur. Gözle muayene ve sıvı penetrant test sonuçlarına göre TIG kaynağı daha düzgün bir kaynak yüzeyi sergilemiştir. Kaynak kep ve kök yükseklikleri kabul seviyesindedir. Artan tamirat sayısıyla birlikte ısı girdisi de arttığından malzemede burulmalar meydana gelmiştir. Makroyapı sonuçlarına baktığımızda ise tamirat işleminin gözenek oluşumuna gözle görülür bir etkisinin olmadığı görülmüştür. Sertlik testi sonuçlarına baktığımızda, en yüksek sertlik değerleri sırasıyla, ana metal, kaynak bölgesi ve ITAB şeklindedir. Çekme deneyi sonuçlarına baktığımızda MIG kaynağı TIG kaynağına göre daha yüksek mukavemetli sonuçlar sergilemiştir. Eğme deneyi sonuçlarında herhangi bir hataya rastlanmamıştır. EDS sonuçlarına göre tamirat sayısı arttıkça Mg2Si oranının azaldığı görülmüştür. XRD sonuçlarında da alüminyum pikleri ile birlikte, Mg2Si'nin ise düşük şiddette bir pik verdiği gözlemlenmiştir. XRD analizinde yapıda herhangi oksitli bir bileşiğe rastlanmamıştır. Alınan sonuçlardan yola çıkarak alaşımın kaynak tamiri işlemi nedeniyle sürdürülebilirliği değerlendirilmiştir. Kaçıncı tamirattan sonra malzemenin servis şartlarında kullanılıp kullanılamayacağı tartışılmıştır.
Emaye kaplı parçalarda yapışmazlık özelliğinin geliştirilmesi
Emaye; dökme demir veya metalik parçalara uygulanan inorganik bir kaplama malzemesidir. Yüksek sıcaklıklarda pişirilerek yüzeyde camsı bir yapı oluşturur. Emaye kaplamanın kimyasala dayanımı yüksektir, parçalara parlaklık ve estetik bir görünüm sağlar. Bu sebeple emayelerin kullanım alanları günümüzde oldukça yaygındır. Süs eşyaları, soba boruları, lavabolar, küvetler, mutfak eşyaları gibi birçok alanda kullanılırlar. En sık kullanıldığı alan mutfak eşyaları, pişirme cihazlarıdır. Fakat emayelerin yiyecekler ile temas eden yüzeylerinde yapışmazlık özelliği iyi değildir. Bu çalışma yapışmazlık özelliğinin geliştirilmesi için yapılmıştır. Çalışmada ıslatma açısını en fazla etkileyecek 4 süreç girdisi frit oranları, korund miktarı, pişirme sıcaklığı, pişirme süresi olarak sebep sonuç matrisi yöntemiyle belirlenmiştir. Süreç girdileri için 3 farklı seviye belirlenmiştir. 4 süreç girdisi ve 3 farklı seviye için gerekli denemeler Tagucchi yöntemi ile tespit edilmiş ve uygulanmıştır. Islatma açısını arttıracak 3 yeni frit formülize edilmiştir. Bu 3 fritin ön çalışması yapılırken piyasada kullanılan fritlerden farklı olarak yüksek miktarda zirkon dioksit, fosfor penta oksit ve alüminyum oksitli birçok frit denemesi yapılmıştır. Aynı frit içerisinde bu malzemelerin hepsini kullandığımızda yapışmazlık özelliği istenen seviyede gelişmemiştir. Fritler ayrı ayrı tasarlanarak yalnızca yüksek zirkon dioksitli bir frit reçetesi hazırlandığında fritin kimyasal dayanımı yüksek olmasına rağmen ıslatma açısında iyileşme olmadığı görülmüştür. Aynı şekilde yalnızca fosfor penta oksitli frit reçetesi hazırlandığında fritin ıslatma açısı yüksek olmasına rağmen kimyasal dayanımı düşmüştür. Yalnızca yüksek alüminyum oksitli frit denemelerinde kimyasal dayanım iyileşse de ıslatma açısında yükselme gözlenmemiştir. Yalnızca yüksek fosfor penta oksitli reçetelerde ergitme potasında aşırı deformasyon olması ve ayrıca bu fritlerin kimyasal dayanımlarının çok düşük olmasından dolayı yüksek zirkon dioksitli yapılan frit ve yüksek alüminalı tasarlanan frit reçetelerinde yüksek miktarda fosfat tanımlanarak kimyasal dayanım ve ıslatma açıları dengelenmiştir. Nihai ürünün genleşme katsayısını dengelemek için düşük genleşme katsayısına sahip yüksek silisyumlu ve kimyasal dayanımı yüksek bir frit tasarlanmış ve bu sayede karışımda kullanılan diğer iki fritin yüksek genleşme katsayıları düşürülmüş olacaktır. Bu fritlerin oranları kendi arasında değiştirilerek farklı değirmen şartları ve pişirme şartları belirlenmiş ve denemeler yapılmıştır. Sebep sonuç matrisinde yüksek çıkan değerlere odaklanılmış ve buna göre deney tasarımı yaparken bu değerlerin üzerine çalışma yapılmasına, yüksek etkinin görülmesi açısından karar verilmiştir. Yapılan hesaplamalar sonucunda yapışmazlık özelliğini en çok etkileyen 4 süreç girdisi belirlenmiştir. Frit oranı, korund miktarı, xxiv pişirme derecesi ve pişirme süresi değişken parametreler olarak belirlenmiş, değirmen katkıları, öğütme inceliği, uygulama kalınlığı ve uygulama şekli ise sabit parametreler olarak belirlenmiştir. Tüm deneylerde sabit tutulmuşlardır. Değişen korund miktarları ve sabit değirmen katkıları ile belirlenen süre boyunca alümina değirmenlerde öğütülüp uygulama yapılıp belirlenen sıcaklık ve sürelerde pişirilerek sitrik asit, ETC testi, renk, parlaklık değerleri, kaplama kalınlıkları, ıslatma açıları ölçülmüştür. Yapılan analizleri kıyaslamak adına ETC emaye kaplı plakaya ölçüm yapılmış ve ıslatma açısı değeri 33o olarak ölçülmüştür. En iyi sonucu 2,5,8 numaralı denemeler vermiştir. Aralarındaki en yüksek sonuç 5 numaralı deneyde 78,8o ölçülmüştür. Bu değerlere göre frit kullanım oranlarının en etkili olduğu görülmüş ve A fritinin kullanım oranı arttığında ıslatma açısının arttığı sonucu çıkarılmıştır. Korund miktarlarına baktığımızda test sonuçları başarılı olan 2 ve 5 nolu tasarımlarda miktar %10 olmasına rağmen 8 nolu tasarımda %1'dir. Bu da korund oranının frit karışımlarının sertliğine ve pişirme sıcaklığına göre belirlendiğini göstermektedir. Bu çalışma, ikinci kat bir emayenin yapışmazlığının arttırılması amacıyla yapılmış ve buna göre frit tasarımı yapılmıştır. Fritlerdeki yüksek zirkon, alümina ve fosfor ile tek kat bir emaye tasarlanması zor gibi gözükse de çalışmaları Bizmut oksit gibi kimyasal dayanımı yüksek ve zirkon ve diğer refrakterlere göre düşük ergime noktasına sahip malzemeler kullanarak daha düşük alkali oksit içeren fritler tasarlanabilir. Fosfor penta oksitin frit içerisinde yüksek oranda kullanılmasının frit ergitme potalarında fazla deformasyona yol açmasını engellemek için fritlerdeki fosfor pentaoksit oranı düşürülerek değirmen formülünde alüminyum metafosfat veya zirkonyum fosfatlar girilmek suretiyle ıslatma açıları yükseltilebileceği düşünülmektedir. Gelecek çalışmalar için tavsiye niteliğinde değerlendirilebilir.
Dövme yöntemi ile üretilen parçalarda alternatif ısıl işlem uygulamalarının araştırılması
Otomobil direksiyon ve süspansiyon sistemi parçaları üretiminde sıcak dövme sonrası malzeme yapısındaki iç gerilmeleri gidermek, ısıya ve korozyona karşı direncini yükseltmek, işlenebilirliğini arttırmak, istenen bir sertlik değerine getirmek ve bunun gibi bazı mekanik özellikler kazandırmak amacıyla farklı ısıl işlem metodları uygulanmaktadır. Yapılan bu çalışmada, direksiyon ve süspansiyon sistemi parçalarında kullanılan sıcak dövme ile şekillendiren C45 (SAE 1045) ve 42CrMo4 (SAE 4140) kalite çelik parçalarda, halihazırda uygulanan geleneksel metoda (dövme sonrası oda sıcaklığına soğutulan parçalar sertleştirme ısıl işlemine tabi tutulur ve ardından temperlenir) alternatif sertleştirme ısıl işlemi uygulayarak (dövme sonrası soğumaya bırakılan parçaların sıcaklığı ostenitleme sıcaklığına düştüğünde su verme ortamında daldırılmış ve ardından geleneksel yöntemde belirlenen sıcaklık ve sürede temperlenmişlerdir) mikroyapı ve mekanik özelliklere etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Geleneksel ısıl işlem metodu uygulanan C45 çeliği numunesinden 3 adet, alternatif ısıl işlem metodu uygulanan C45 çeliği numunesinden 3 adet, geleneksel ısıl işlem metodu uygulanan 42CrMo4 çeliği numunesinden 3 adet, alternatif ısıl işlem metodu uygulanan 42CrMo4 çeliği numunesinden 3 adet olmak üzere toplam 12 adet numune parça hazırlanmıştır. 3 Adet C45 Numunesi Geleneksel Yöntem Isıl İşlem Uygulaması: Dolu Ø32 çapta çubuk malzeme, çelik firmalarından tedarik edilmiş, rotil dövme taslak boylarında kesilmiş ve sıcak dövme işlemi için hazırlanmıştır. Taslak malzemeye dövme öncesi indüksiyonla ön ısıtma işlemi yapılmış, 1100 – 1250 °C sıcaklık aralığında havalı şahmerdan preste dövme işlemi gerçekleştirilmiştir. Hemen arkasından da 150 tonluk eksantrik pres makas ile sıcak dövme taslak parça çıkarılmıştır. Dövme sonrasında havada soğutularak oda sıcaklığına getirilen numuneler, 840 – 870 °C sıcaklık aralığında tav fırınında ostenit faz sıcaklığına getirilmiş inç başına 1 saat bekletildikten sonra ve yağda su verilmiştir. Ardından su verilmiş parçalar 525 – 555 °C sıcaklık aralığında temperlemeye tabi tutularak temperleme tutma süresi sonrası havada soğutulmuştur. 3 Adet C45 Numunesi Alternatif Yöntem Isıl İşlem Uygulaması: Dolu Ø32 çapta çubuk malzeme, çelik firmalarından tedarik edilmiş, rotil dövme taslak boylarında kesilmiş ve sıcak dövme işlemi için hazırlanmıştır. Taslak malzemeye dövme öncesi indüksiyonla ön ısıtma işlemi yapılmış, 1100 – 1250 °C sıcaklık aralığında havalı şahmerdan preste dövme işlemi gerçekleştirilmiştir. Hemen arkasından da 150 tonluk eksantrik pres makas ile sıcak dövme taslak parça çıkarılmıştır. Sıcak dövme sonrasında havada kontrollü soğutulan C45 malzeme rotil gövde numunesinin sıcaklığı 850 – 880 °C aralığına düştüğünde, önceden hazırlanmış %5 konsantreli su – polimer sıvısı içine su verilmiştir. Sonrasında geleneksel yöntemdeki temperleme sıcaklığı olan 525 – 555 °C sıcaklık aralığında temperleme işlemi yapılarak, havada soğutulmuştur. 3 Adet 42CrMo4 Numunesi Geleneksel Yöntem Isıl İşlem Uygulaması: Dolu Ø60 çapta çubuk malzeme, çelik firmalarından tedarik edilmiş, pitman kolu dövme taslak boylarında kesilmiş ve sıcak dövme işlemi için hazırlanmıştır. Taslak malzemeye dövme öncesi indüksiyonla ön ısıtma işlemi yapılmış, 1100 – 1200 °C sıcaklık aralığında 40 kJ Beche marka hidrolik çekiç preste dövme işlemi gerçekleştirilmiştir. Hemen arkasından da 250 tonluk eksantrik pres makas ile sıcak dövme taslak parça çıkarılmıştır. Sıcak dövme sonrasında havada soğutularak oda sıcaklığına getirilen numuneler, 840 – 870 °C sıcaklık aralığında tav fırınında C45 çeliğinde olduğu gibi inç başına 1 saat bekletilmiş ve yağ ortamında su verilmiştir. Su verilmiş parçalar 605 - 640 °C sıcaklık aralığında temperlemeye tabi tutularak, sonrasında da havada soğutulmuştur. 3 Adet 42CrMo4 Numunesi Alternatif Yöntem Isıl İşlem Uygulaması: Dolu Ø60 çapta çubuk malzeme, çelik firmalarından tedarik edilmiş, pitman kolu dövme taslak boylarında kesilmiş ve sıcak dövme işlemi için hazırlanmıştır. Taslak malzemeye dövme öncesi indüksiyonla ön ısıtma işlemi yapılmış, 1100 – 1200 °C sıcaklık aralığında 40 kJ Beche marka hidrolik çekiç preste dövme işlemi gerçekleştirilmiştir. Hemen arkasından da 250 tonluk eksantrik pres makas ile sıcak dövme taslak parça çıkarılmıştır. Sıcak dövme sonrasında havada kontrollü soğutulan 42CrMo4 malzeme pitman kolu gövde numunesinin sıcaklığı 850 – 880 °C aralığına düştüğünde, önceden hazırlanmış %5 konsantreli su – polimer sıvısı içine bırakılarak hızlı soğutma yapılmıştır. Sonrasında numunelere geleneksel yöntemde kullanılan 605 - 640 °C sıcaklık aralığında temperleme işlemi yapılarak, havada soğutulmuştur. Deneylerde kullanılan, geleneksel ve alternatif ısıl işlem metodları uygulanan C45 ve 42CrMo4 çelik numunelerinin optik mikroskop ile mikroyapıları incelenmiş, Vickers sertlik cihazında mikrosertlik değerleri belirlenmiştir. Sertlik değerleri tüm kesitte kenar ve merkez bölgelerini içerecek şekilde 6 farklı ölçümün ortalaması olarak verilmiştir. Her iki malzemenin geleneksel ve alternatif ısıl işlem yöntemlerinden, 4 ayrı grup için çekme test çubukları hazırlanmış ve çekme testine tabi tutulmuştur. Çekme testi ile sertleştirilip temperlenmiş çelik parçaların akma mukavemeti, çekme mukavemeti ve % uzama değerleri tespit edilmiştir. Ayrıca her iki malzemenin geleneksel ve alternatif ısıl işlem yöntemi uygulanan numunelerine Charpy darbe testi yapılmış ve deney sonuçlarına eklenmiştir. Her iki malzemenin geleneksel ve altenatif sertleştirme sonrası mikroyapı incelemeleri su verme sonrası martenzit yapının elde edildiğini göstermiştir. Ancak C45 çeliğinin mikroyapısında her iki sertleştirme ısıl işlemi sonrası martenzit yanında belirgin ferrit adacıkları da mevcuttur. 42CrMo4 çeliği alaşım elemanı içeriği bakımından daha zengin olduğu için daha homojen dağılımlı martenzit yapısı elde edilmiştir. Her iki çelikte de dövme ısısını kullanarak enerji ve zaman tasarrufu sağlamak adına uygulanan alternatif sertleştirme ısıl işlemi sonrası elde edilen tane yapısı, firmada uygulanan geleneksel sertleştirme ısıl işlemi sonrası elde edilen tane yapısına göre oldukça kabadır. Alınan Vickers sertlik ölçüm sonuçlarına göre, geleneksel ve alternatif ısıl işlemi sonucunda her iki çelik tipinde de (C45 ve 42CrMo4) benzer sertlik değerleri ölçülmüştür. C45 çeliği geleneksel ısıl işlem metodu sonrası sertlik değerleri ortalaması 280 HV gelirken, alternatif ısıl işlemi sonrasında benzer şekilde 280 HV sertlik değeri elde edilmiştir. 42CrMo4 çeliği geleneksel ısıl işlem metodu sonrası sertlik değerleri ortalaması 305 HV gelirken, alternatif ısıl işlem sonrasında 310 HV sertlik değerleri elde edilmiştir. Ölçülen sertlik değerleri her iki sertleştirme yöntemi sonrası martenzit yapının oluşturulabildiğini göstermektedir. Alternatif yöntem ile sertleştirme sonrası sertlik değerleri geleneksel sertleştirmeye oranla bir miktar yüksektir. Tane yapısının daha kaba olmasına rağmen sertlik değerinin daha yüksek olmasının muhtemel nedeni su verme ortamının farklı olmasıdır. Alternatif ısıl işlem uygulanan C45 ve 42CrMo4 çelik parçaların akma ve çekme mukavemeti değeri geleneksel sertleştirme ve temperleme uygulanan parçalardan daha yüksek sünekliği ise daha düşüktür. Charpy darbe testi sonuçları, çekme testini doğrular nitelikte alternatif yöntemle ısıl işleme tabi tutulan parçalarda daha düşüktür.
Monel 400 alaşımının kutu sementasyon yöntemiyle alüminyumlanması, büyüme ve oksidasyon kinetiğinin incelenmesi
Nikel bazlı süper alaşımlar, üstün sürtünme direnci, yüksek sıcaklık direnci ve etkileyici gerilme mukavemeti gibi olağanüstü mekanik özelliklerinden dolayı çeşitli endüstrilerde oldukça tercih edilmektedir. Monel 400 alaşımları geniş bir sıcaklık aralığında mukavemet ve toklukları yüksek olup ayrıca birçok aşındırıcı ortama karşı da mükemmel dirence sahiptirler. Alaşım 400 de denen Monel 400 alaşımı, denizcilik, kimyasal işleme ve petrol başta olmak üzere birçok alanda yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Nikel esaslı süper alaşımlar olarak da isimlendirilmekte olup yüksek sıcaklıklara karşı üstün mekanik özelliklerini koruyabilen, yüksek sıcaklıklara karşı dirençli alaşımlardır. Monel 400 alaşımı yüksek oranda nikel ve bakır içermesinin yanısıra, az miktarda karbon, silisyum, mangan,demir ve kükürt de ihtiva eder. Bu tez çalışmasında Monel 400 nikel bakır temelli süperalaşımına kutu sementasyon yöntemiyle Alüminyumlama yapılarak, kaplama tabakasının oksidasyon davranışı incelenmiştir. 600, 650, 700 ve 750°C sıcaklıklarında, 2, 4 ve 6 saatlik süreler boyunca düşük sıcaklıkta kutu sementasyon yöntemi ile alüminyum kaplama işlemi gerçekleştirilmiştir. Pota karışımı; metalik Al tozu, inert dolgu olarak Al2O3 ve aktivatör olarak amonyum Klorür (NH4Cl) kullanılarak hazırlanmıştır. Alüminyumlama işlemi sonrasında yüzeyde oluşan intermetalik nikel alüminid tabakaların analizi, oluşan kaplamaların mikro yapıları SEM ve EDS analizleri ile karakterize edilmiş, XRD analizi ile faz analizleri gerçekleştirilmiştir. SEM analizi, kaplama tabakalarının homojen, kompakt ve gözeneksiz olduğunu ve kaplama ile matris arasında sağlam bir bağlantı olduğunu ortaya koymuştur. Kaplama tabakasının kalınlığı yüzeyden matrise doğru ölçülmüş ve değerlerin 3 µm ile 40 µm arasında değiştiği gözlenmiştir. En düşük sıcaklık olan 600°C'nin alüminid tabakasının birikmesi için yeterli olduğu ve başarılı bir kaplama tabakasının elde edildiği tespit edilmiştir. Ayrıca, 750°C işlem sıcaklığı ve 6 saatlik işlem süresiyle gerçekleştirilen kutu sementasyon prosesi, en kalın kaplama tabakasını sağlamıştır. Yüzeyde homojen ve sürekli alüminyumca zengin kaplama tabakasına, 650°C sıcaklık 6 saat tutma süresinde ulaşılmıştır. Oluşan nikel alüminid intermetalik kaplamanın en dış yüzeyinden altlık matrisine kadar mikrosertlik tarama testi gerçekleştirilerek genel mekanik özellikler tayin edilmiştir. Yüzeyde oluşturulan alüminid tabakasının sertlik değerleri ölçülmüş ve artan işlem süresi ve sıcaklıkla birlikte sertlik değerlerinde artış gözlenmiştir. Monel 400 alaşımının 230 HV olan sertliğinin, kaplamanın süre ve sıcaklığınına bağlı olarak 1280 HV değerine kadar artış gösterdiği görülmüştür. Kaplama sonrasında elde edilen kaplama kalınlıkları, sıcaklık ve süreler göz önünde bulundurularak, alüminyumlama kaplamasına ait oluşum kinetiğinin hesaplamaları yapılmıştır. Kaplama tabakası kinetiği 117,960 kJ/mol şeklinde hesaplanmıştır. DTA-TG termal analizleri yapılarak kaplamanın oksidasyon ve termal dayanım özellikleri tespit edilmiştir. Kaplamanın büyüme kinetiği, alüminid tabakasının derinliği üzerinden zaman ve işlem sıcaklığıyla ilişkilendirilerek analiz edilmiştir. Alüminyumlama yapılmış numuneler 750, 800 ve 850°C sıcaklıklarda, 72 saat süre boyunca oksidasyon testlerine tabii tutulmuştur. Kaplanmış numuneleri oksidasyon analizi öncesi ve belirlenen sıcaklıklarda numunelerin ağırlık tartımları yapılıp, ağırlık kazançları karşılaştırılmıştır. En fazla ağırlık artışının 850°C derecede oksidasyona tabi tutulan numunede olduğu belirlenmiştir. Oksidasyon analizinde 800 ve 850°C'de sürenin artmasıyla beraber numunelerde oluşan kaplama tabakasının döküldüğü görülmüştür. Oksidasyon sonrası hesaplanan aktivasyon enerjisi 176,121041 kJ/mol şeklinde hesaplanmıştır.
Enerji depolama için grafen tabanlı üç boyutlu elektrot malzeme uygulamaları
Gelişen teknoloji ve artan nüfus nedeniyle enerji depolamanın önemi her geçen gün artmaktadır. Dünyadaki mevcut neslin elektrokimyasal enerji depolama, artan çevresel kaygılar ve yaşam döngüsü değerlendirmesi gibi birçok alanda çeşitli araştırma türleri planlanmaktadır. Sürdürülebilir bir teknolojiye enerji geçişinin başarılı olması için, depolama teknolojisinde önemli ilerleme sağlanması şarttır. Lityum-iyon piller, elektrikli araçlarda ve enerji depolamada yaygın olarak kullanılan elektrokimyasal enerji depolama ve dönüştürme açısından sınırsız potansiyel göstermiştir. Li- iyon piller, diğer şarj edilebilir pil sistemlerine kıyasla yüksek enerji yoğunlukları ve uzun ömürleri sayesinde hızla büyümeye devam etmektedir. Bugüne kadar, çeşitli katot malzemeleri, lityum iyon pillerdeki yapısal evrimleri ve elektrokimyasal karmaşıklıkları nedeniyle geniş ilgi görmüştür. Bunlar arasında, yüksek nikel katot malzemeleri, yüksek enerji yoğunluğuna ve yüksek çalışma voltajına sahip piller üretmek için umut verici bir aday olarak kabul edilmektedir. Yüksek nikel içeriğine sahip olan LiNixCoyMnzO2 (NMC) ve LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (NCA) katmanlı metal oksitler gelişmiş yapısal kararlılıkları ve elektrokimyasal özellikleri nedeniyle geleneksel LiNiO2'den daha fazla dikkat çekmektedir. Elektrikli arabalar için kobalt kullanımının rezervlerinin tükenmesine yol açabileceğine dair bir endişe vardır. Son dönemde ise kobalt fiyatlarının beklenmedik küresel gelişmelerden büyük ölçüde etkilendiği gözlemlenmiştir. Önde gelen pil üreticileri, katot malzemelerindeki kobalt bağımlılığını ortadan kaldırarak üretim maliyetlerini daha da düşürmeye çalışmaktadır. Bu nedenle kobalt yerine kullanılabilecek alternatif malzemeler aranmaktadır. Nikel bakımından zengin (%80), yüksek kapasite sağlaması ve nikelin bir kısmını benzer iyonik yarıçapa sahip küçük miktarlarda alüminyum ve manganez ile değiştirmesi nedeniyle daha iyi yapısal stabilite, daha fazla güvenlik ve daha iyi çevrim ömrüne yol açacaktır. Al'ın yapısal kararlılığı arttırdığı ve Ni, Mn ve Co'nun çeşitli kombinasyonlarının aynı anda termal ve elektrokimyasal özellikleri optimize etmek için kullanılabileceği belirtilmiştir. Ayrıca, Mn, Co'ya kıyasla bol miktarda bulunur ve çevreye zarar vermez. Bu nedenle eğilim, tabakalı yapılardaki Ni içeriğini aşamalı olarak artırmak ve Co içeriğini yok etmektir, böylece maliyet düşerken kapasite artırılabilir. Bu nedenle yüksek Ni katmanlı oksitlerde Mn ve Al'in doğal bir kombinasyonunun iyi bir bileşik olduğu düşünülmektedir. Burada, yeni nesil Li-iyon pillerin geliştirilmesi için genel formül LiNixMnyAlzO2 (x ≥ 0.8, x + y + z = 1) ile nikel açısından zengin, kobalt içermeyen Li-iyon pil katot malzemesinin yeni bir sınıfı sunulmaktadır. Bu yeni kobalt içermeyen NMA katotları, manganez ve alüminyumun sağladığı yapısal stabilite ve güvenlik avantajlarını ve nikelin sunduğu yüksek kapasiteyi korurken, maliyeti düşürür ve kapasiteyi artırır. Bunu yaparken, NCA ve NMC katotlarının avantajları, kobalta başvurmadan LiNixMnyAlzO2 derecesine aktarılabilir. LiNixMnyAlzO2 malzemelerinin kapasiteleri ve çalışma voltajı NMC-811 ve NCA'ya benzemekte, ancak pahalı kobaltın ucuz manganez ve alüminyum ile değiştirilmesi nedeniyle malzeme maliyeti önemli ölçüde düşük olacaktır. Nano boyutlu tabakalı Ni bakımından zengin, mükemmel hız performansı, yüksek potansiyeli, düşük maliyeti, düşük toksisitesi ve yüksek güvenliği nedeniyle özellikle dikkat çekmektedir. Mikro boyutlu ile nano boyutlu tabakalı oksit malzemeler karşılaştırıldığında, parçacık boyutundaki azalma, Li+ iyonlarının ve parçacıklar içindeki elektronların difüzyon mesafeleri kısaldığından, Li+ iyonlarının interkalasayon/deinterkalasyon oranında önemli bir artışa yol açmaktadır. Parçacık boyutundaki azalma ayrıca elektrolit ile daha büyük bir temas alanı ve arayüz boyunca daha büyük bir Li+ akışına izin veren daha büyük bir yüzey alanı ile sonuçlanır. Ek olarak, Ni bakımından zengin katmanlı katot malzemelerinin zayıf iletkenliği ve nanopartiküllerin toplanma eğilimi göz önüne alındığında, yük transferini teşvik etmek ve aktif malzemeleri desteklemek için iletken substratlara oldukça ihtiyaç vardır. Grafen aerojel (GA), makro gözenekli mimarisi, yüksek elektriksel iletkenliği ve iyi mekanik stabilitesi dahil olmak üzere grafen levhaların ilginç özelliklerinin üç boyutlu (3B) birbirine bağlı bir çerçevesine sahiptir. Birbirine kenetlenen üç boyutlu makro gözenekli iletken yapı, hem Li+ hem de elektronların hızlı difüzyonunu kolaylaştırabilir, elektrolit depolamasını iyileştirebilir, Li+'nın taşıma yolunu zenginleştirebilir ve elektrot kapasitesini ve tersine çevrilebilirliği artırabilir. Ayrıca, grafen ile iç içe geçen üç boyutlu iletken ağ, elektron transferini büyük ölçüde hızlandırır, bu da lityum iyon pillerin hız kapasitesini daha da artırmak için faydalıdır. Bu tezde Ni bakımından zengin LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (NMC-811), NCA ve kobalt içermeyen LiNi0.8Mn0.15Al0.05O2 (NMA) sol-jel yöntemi ile üretilmiştir. Üretilen Ni bakımından zengin tabakalı yapıların iletkenliklerini, pratik enerji yoğunluğunu ve performans kabiliyetini artırmak için 3B GA ile kendiliğinden oluşan ve L-askorbik asit indirgeme işlemi ile takviye yaparak oluşturulan kompozit yapılar (NMC-811/GA , NCA/GA , NMA/GA) üretilmiştir. Kolay bir dondurarak kurutma yaklaşımıyla, aktif malzemeler nanoparçacıkları GA üzerinde düzgün bir şekilde dağıtılmış ve GA sayesinde yapıyı ve iletkenliği önemli ölçüde iyileştirerek güçlü ve iletken bir çerçeve oluşturmuştur. 3 boyutlu yapısı sayesinde kompozit yapının geniş özgül yüzeyini arttırır ve katot ile elektrolitin temas yüzeyini genişletmiştir. Oluşturulan malzemelerin yapısal karakterizasyonunu incelemek için, X-ışını kırınımı (XRD), Raman spektroskopisi, Fourier dönüşümü kızılötesi spektrumları (FT-IR) ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) gibi tekniklerle katotların karakterizasyon verileri tartışılmıştır. Alan, emisyon taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM) ile ve GA'lar arasında homojen bir şekilde dağıldığını açıkça göstermiştir. Ayrıca, dispersiyon mekanizmalarını belirlemek için transmisyon elektron mikroskobu (TEM) kullanılarak kompozit yapıları incelenmiştir. Elektrokimyasal döngü performansı testi, hız kapasitansı, döngüsel voltametri (CV) ve elektro-kimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ile değerlendirilmiştir. Elektrokimyasal testlerin sonuçlarına göre, GA sayesinde gözenekli yapısı ile iletken bir ağ oluşturmuş, yüzeyde koruyucu bir tabaka oluşturmuş, katot ile elektrolit arasındaki yan reaksiyonları engellemiş, katodun empedansını düşürmüş ve redoks kinetiğini arttırmıştır. Ayrıca 50., 250. ve 500. döngü sonunda XRD, FE-SEM ve Raman analizleri ile kompozitlerin katot ile yapıdaki değişimler incelenmiştir. Sonuçlara göre, üretile kompozitlerin 3 boyutlu gözenekli yapısının Li+ iyonlarının hareketliliğini kolaylaştırdığı ve GA'nın elektrik iletkenliğinin yanı sıra artan kusurlar nedeniyle katotların mükemmel elektrokimyasal performanslarının iyileştirildiği gözlemlenmiştir. Tam hücre oluşturmak için kullanılan Silisyum nanopartiküller, stober yöntemiyle üretilen SiO2 ler ile magnezotermik indirgeme yöntemi uygulayarak üretilmiştir. Daha sonra L-askorbik asit kullanılarak basit bir tek adımlı dondurarak kurutma işlemiyle hazırlanan üç boyutlu GA formunda elde edilmiştir. Silisyum /grafen aerojel (Si/GA) nanokompoziti XRD, FE-SEM, TEM ve XPS ile incelenmiştir. Si/GA nanokompozit, 500. döngüden sonra 550 mAh g-1'lik üstün kapasite göstermektedir. Si/GA anotları, saf Si ile karşılaştırıldığında çevrim stabilitesinde gelişme göstermiştir.
AISI 4140 çeliğinde farklı yüzey morfolojilerinin gaz nitrasyon işlemine etkisi
Günümüzde yüzey sertleştirme işlemleri (karbürleme, elektrolitik kaplama vb.); aşınma direnci, mukavemet dayanımı, korozyon direnci gibi özelliklerin arttırılmasında en çok kullanılan yöntemlerdir. Nitrasyon ise bu yöntemler içerisinde geliştirilmeye en açık, ekonomik ve boyutsal değişimlere neden olmaması ile en çok tercih edilen yöntemlerden biri olmuştur. Bu çalışmada, AISI 4140 çeliğinin gaz nitrasyon sonrası yüzey morfolojileri, kesit mikro yapıları ve altlık yüzeyin hazırlanma farklılıklarının nitrasyon sonrası yüzeye etkileri incelenmiştir. Yüzeyi 45° ve 90° açı ile alüminyum oksit kumlanmış, aynı şekilde yüzeyi 45° ve 90° açı ile cam küre kumlanmış, yüzeyi kumlanmamış ve parlatılmış numuneler, ultrasonik yıkama yapılarak, 590°C'de 40 dakika gaz atmosferinde nitrasyon işlemine tabii tutulmuştur. Farklı yüzey hazırlama işlemlerinin, AISI 4140 çeliği yüzeyinde geliştirilen nitrür tabakasının homojenliği (beyaz tabaka kalınlığı) ve difüzyon derinliği üzerine olan etkisi ortaya koyulmaya çalışılmıştır. Deneysel sonuçlar; optik mikroskop, yüzey pürüzlülüğü, mikro sertlik ölçümleri yanında SEM ve XRD ile desteklenmiştir. Nitrasyon sonrası numune yüzeylerinde fiziksel değişim (matlaşma) gözlemlenmiştir. SEM ile numuneler kesitten incelendiğinde altlık yüzeye yapılan yüzey hazırlama işleminin, nitrasyon sonrası yüzeyde de etkili olduğu görülmektedir. Yüzey topografyalarında nitrasyon sonrası değişimlerin oluştuğu ve özellikle alümina ile kumlanan yüzeylerde, alümina partiküllerinin yüzeye saplandığı tespit edilmiştir. SEM görüntülerinde alümina ile kumlanmış numunelerin nitrür tabakasının, kompakt bir şekilde oluşmadığı hatta yüzeye saplanan partiküllerin düşmesi sonucu üst yüzeyde krater benzeri yüzey kusurları tespit edilmiştir. Cam küre ile kumlanmış yüzeyler, alümina ile kumlanmış yüzeyler ile karşılaştırıldığında daha düzgün olduğu görülmektedir. Yüzey pürüzlülükleri incelendiğinde; nitrasyon öncesi en düşük yüzey pürüzlülüğünü parlatılmış olan numune gösterirken, en yüksek pürüzlülüğü 90° alümina ile kumlanmış numune göstermiştir. Nitrasyon sonrasında da bu sıralama değişmemiştir. Nitrürlenen numunelere kesitten mikro sertlik taraması yapılarak tespit edilen difüzyon derinliklerinin sonuçlarına göre en düşük difüzyon derinliği 200 µm ile parlatılmış numune de ölçülmüştür. En fazla difüzyon derinliğine sahip numuneler ise 350 µm derinlik ile yüzeyi hazırlanmamış ve 90° alümina ile kumlanmış numunelerdir. XRD difraktogramında nitrürlerin altlık malzemedeki Fe elementi ile birleşerek oluşturduğu Fe2-3N ve Fe4N fazlarının varlığı tespit edilmiştir. Islatma açıları ölçülerek sıvı ve nitrürlü yüzey arasındaki çekim kuvvetleri incelenmiş ve yüzeyine işlem yapılmamış numune ile 45° açı ile Al2O3 kumlanmış olan numunenin nitrasyon sonrası temas açılarının arttığı saptanmıştır.
Termoreaktif difüzyon yöntemi ile nikel alüminit oluşturulması ve özelliklerinin incelenmesi
Nikel bazlı süper alaşımlar yüksek sıcaklık dayanımı, tokluk ve plastik deformasyona karşı mukavemet gösteren ve oksidasyon direnci yüksek istisnai bir metalik malzeme sınıfıdır. Bu malzemeler genelde uçak ve güç üretimi türbinlerinde, roket motorlarında, nükleer enerji ve kimyasal işleme tesisleri dahil olmak üzere diğer zorlu çalışma ortamlarında kullanım alanı bulunmaktadır. TRD tekniği, çeliklerin yüzeyinde sert ve aşınmaya dayanıklı karbür, nitrür, karbonitrür, alüminit ve silisit esaslı kaplamaların elde edilmesi amacıyla geliştirilmiş bir yöntemdir. TRD tekniğinde altlık yüzeyinde kontrollü bir oluşum söz konusudur. TRD tekniğinin kullanıldığı birçok uygulama alanı mevcuttur. TRD ile sert tabakaların oluşturulması sebebiyle kalıplar, kesme takımları, bıçaklar, otomobil parçaları, tekstil endüstrisinde yönlendirici olarak kullanılan parçalarda kullanılmaktadır. Difüzyonal kaplamalar, başlıca kutu sementasyon işlemleri ve kimyasal buhar biriktirme (CVD) olmak üzere çeşitli yöntemlerle üretilebilir. Bu çalışmada, metalografik olarak yüzeyi hazırlanmış saf nikel altlık malzemelerin yüzeyinde termoaktif difüzyon tekniği ile alüminyumlama işlemi yapılarak nikel alüminid esaslı kaplama tabakaları oluşturulmuştur. İşlem alüminyum esaslı toz ortamında 600°C, 700°C ve 800°C sıcaklıklarda ve 2, 4 ve 6 saat sürelerde gerçekleştirilmiştir. Yüzeyde oluşturulan kaplamaların mikroyapı incelemeleri, faz analizleri, sertlik ölçümleri, korozyon testleri ve oksidayon deneyleri yapılarak özellikleri ortaya çıkarılmıştır. Çalışmada, nikel yüzeyinde oluşan kaplamanın başarılı bir şekilde elde edildiği ve 20-250 µm kalınlıklarında, Ni3Al2 ve NiAl esaslı fazından oluşan, 780-1050 HV0.02 sertliğinde, korozyona ve oksidasyona karşı dirençli homojen ve iyi bağlanmış porozitesiz bir yapıya sahip olduğu görülmüştür.
Elektromanyetik radyasyon koruyucu UHMWPE-Ni-Ag hibrit kompozit malzemelerin geliştirilmesi
Elektronik haberleşme teknolojisinin yaygın olarak uygulanmasının neden olduğu elektromanyetik radyasyon kirliliği önemli ölçüde artmıştır. Bu bağlamda, yüksek yapısal dayanım gerektiren sistemlerde kullanılacak malzemelerin geliştirilmesi ve uygun elektromanyetik ekranlama davranışının sağlanması önemli bir çalışma konusudur. Ayrıca elektronik sistemlerin ve cihazların parazitten etkilenmeden birlikte çalışabilmeleri için elemanlar arasında elektromanyetik izolasyon da gereklidir. Elektromanyetik girişim (EMI) kalkanı, elektromanyetik radyasyonun bloke edilmesi anlamına gelir, böylece radyasyon esas olarak bloke edici ortamdan (veya kalkandan) geçemez. İletken duvarlar elektriksel koruma için kullanılır ve ferromanyetik malzemeler manyetik ekranlama için kullanılır. Ekranlamanın başarı değeri, ekranlama etkinliği (SE) ile ölçülür. Metal matriks elektromanyetik girişim (EMI) koruyucu malzemeler, yüksek yoğunluk, kolay korozyon, zor işleme ve yüksek fiyat gibi dezavantajlara sahiptir. Polimer matrisli kompozitler, düşük yoğunlukları, korozyon dirençleri, rekabetçi fiyatları ve iyi işlenebilirlikleri nedeniyle EMI ekranlamada geniş bir kullanıma sahiptir. Bu çalışmada, Elektromanyetik radyasyon koruyucu malzemeler geliştirmek amacıyla yüzeyi akımsız nikel kaplamaya hazır hale getirilen UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene) toz yüzeyleri kolay bir biriktirme yöntemi olan akımsız kaplama yöntemiyle Nikel ile kaplanmış ve üzerine Ag kaplama ve Nanogümüş katkısı yapılmıştır. Nikel kaplama, Ag ve NanoAg katkılarının tespiti, kompozit matris içerisinde dağılımını gözlemlemek amacıyla SEM-EDS analizleri gerçekleştirilmiştir. UHMWPE içerisindeki hakim fazlar Ni, Ag ve NanoAg, XRD analizi ile tespit edilmiştir. XRD analiz sonuçları tozların başarılı bir şekilde Ni ve Ag kaplandığını ve NanoAg katkılandığını göstermiştir. Elde edilen tozlar 180 °C'de 15 dk süresince sıcak preslemeye tabi tutularak Ni kaplı ve Ag ve NanoAg katkılı UHMWPE kompozitleri elde edilmiştir. Ni kaplı ve üzerine Ag ve NanoAg katkılı UHMWPE partiküllerine, ekranlama değerlerinin belirlenmesi için EMI-SE (Elektromagnetic Interference Shielding Effectiveness) ölçümü yapılmıştır. Çalışmanın sonuçları, akımsız Nikel kaplı (UH-Ni) kompozit malzemenin ekranlama değerinin 60 dB civarında, akımsız Ag kaplı (UH-Ni)Ag kompozit malzemenin 55 dB civarında ve NanoAg katkılı (UH-Ni)NAg kompozit malzemenin ekranlama değerinin 50 dB civarında olduğunu göstermiştir. Hem X hem de Ku-bandı için sonuçlar karşılaştırıldıklarında Ni kaplı UHMWPE partikülleri üzerine Ag ve NanoAg ilavesinin ekranlama değerlerini nasıl etkilediği gözlemlenmiştir.
Çeşitli katkı malzemelerinin sinerjitik etkisi ile epoksi esaslı polimer kompozit kaplamanın üretimi ve tribolojik özelliklerinin incelenmesi
Endüstri ve araştırma alanında tercih edilen polimer esaslı kompozit kaplamalar, seramik bazlı nano partiküller, karbon nanotüpler, karbon fiberler vb. gibi çeşitli dolgu maddelerinin ilavesiyle özelliklerinin iyileştirilmesi ve geliştirilmesi imkanı sunar. Termoset malzeme olan epoksi, üstün mekanik özellikleri, termal kararlılığı, solvent direnci ve işlenme kolaylılığı gibi sahip olduğu özellikler nedeniyle yaygın olarak tercih edilen kaplama malzemelerinden biridir. Sürtünme kuvvetinin arttırılması, yüksek sıcaklıklarda çalışma verimliliği gibi çeşitli özelliklerinin arttırılması için incelemeler ve uygulamalar yapılmaktadır. Bu çalışmada epoksi bazlı polimer kaplamanın özelliklerinin iyileştirilmesi için iki çeşit katkı malzemesi kullanılmıştır. Bu malzemelerden biri teknoloji, sanayi, bilim ve çeşitli alanlarda değerli bir gelecek potansiyeline sahip olan pulcuklu grafitten elde edilen indirgenmiş grafen oksittir. Diğer malzeme ise endüstriyel alanlarda kimyasal, fiziksel, termal özellikleri açısında güçlü fonksiyonel gruplara sahip olan politetrafloroetilen (PTFE)'dir. Litetatürde de uygulanan deneysel çalışmalara göz önüne alınarak indirgenmiş grafen oksit ve PTFE bileşiminde ki sinerjitik etkinin tribolojik özelliklerinin iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda pulcuklu grafitten indirgenmiş grafen oksit ve PTFE polimer esaslı kompozite takviye malzemesi amacıyla kullanılmıştır. Kaplamaların altlık malzeme olarak kullanılan AISI 420-B martenzitik çelik yüzeyine; epoksi bazlı kaplama, grafitten indirgenerek üretilen %1 oranında RGO (redüklenmiş grafen oksit) ilaveli epoksi, %1 oranında RGO ve %10 oranında PTFE ilaveli epoksi bazlı polimer kompozit kaplamalar gerçekleştirilmiştir. Kaplama yüzeylerin Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve X-Işını Difraktometresi (XRD) yardımıyla mikroyapı ve faz analizi, Fourier transform kızılötesi spektroskopisi (FT-IR), temas açısı, yapışma mukavemeti (Cross-cut deneyi) ve tribolojik özellikleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda epoksi, %1 RGO ilaveli epoksi, %1 oranında RGO ve %10 oranında PTFE ilaveli epoksi bazlı polimer kompozit altlık malzeme ile uyum sağlamış ve homojen yapıdadır. Yapışma mukavemeti ASTM D-3359 standardına göre değerlendirilmiş olup sırasıyla 5B ve 4B özelliği göstermektedir. Tüm kaplamalar için çıkan sonuçlar %0 pullanma ve %5'in altında pullanma olarak değerlendirilmiştir. Uyumlu fonksiyonel gruplara sahip olan kaplamalarda; fulleren, PTFE, epoksi fazlarının varlığı tespit edilmiştir. Yapılan çalışmalara göre hidrofobik özellik gösteren kaplamalarda, özellikle PTFE ilavesinin sürtünme katsayısının büyük oranda azalttığı tespit edilmiştir.
Sol-jel yöntemi ile süperhidrofobik kaplama üretimi
Süperhidrofobik kaplamalar günümüzde güneş panellerinde, korozyon korumasında, buz fobiklik, buğu önleyici vb. alanlarda kullanılmaktadır. Yüzey pürüzlülüğün artması sonucu sıvı damlacıkları yüzeyin üzerinde kayar ve tozları yüzeyden zahmetsizce temizler. Bunun en büyük örneği güneş panelleridir. Süperhidrofobik yüzey sayesinde panellerin üzerindeki tozlar su yardımıyla temizlenir. Bir yüzeyin süperhidrofobik olması için 150 °'nin üzerinde bir temas açısına gerek duyulmaktadır. Normal bir yüzey ile süperhidrofobik bir yüzey arasındaki fark, süperhidrofobik yüzeyde hava cepleri olmasıdır ve damlaların bu ceplerin üzerinde kayması sonucu oluşur. Sol-jel yöntemi; metal kaynağının uygun bir alkol içinde çözünmesi ve daha sonra su ve asit ilave ederek önce sıvı ve akışkan 'sol', daha sonra hidroliz ve kondenzasyon reaksiyonları ile yaşlanarak kıvamlı 'jel' yapısı oluşturmasına verilen isimdir. Sol-jel yöntemi yedi adımdan oluşur. İlk aşama karışma aşamasıdır. Bu aşama da uygun pH ortamında malzemeler karıştırılır. İkinci adım dökümdür. Bu aşamada sıvı sol bir kalıba dökülür. Üçüncü adım jelleşmedir. Sol içinde çapraz bağlanmalar meydana gelir ve buda solün viskozitesinin artmasına sebep olur. Dördüncü adım yaşlanmadır. Bu aşamada polikondenzasyon reaksiyonları devam eder ve jelin dayanıklılığı artar. Beşinci adım kurutmadır. Bu aşamada sıvı gözeneklerden uzaklaştırılır. Eğer dikkatli olunmazsa jelde çatlaklar olabilir. Altıncı adım dehidrasyon. Bu aşamada jelin içindeki -OH moekülleri uzaklaştırılır. Yedinci ve son adım ise yoğunlaşmadır. Bu aşamada yüksek sıcaklıklara çıkılır ve yüzey yapısı değiştirilir. Sol-jel yüzeylere iki şekilde uygulanır. İlk yöntem daldırma kaplama yöntemidir. Bu yöntemde kaplanacak malzeme jelin içine daldırılır ve sonra yavaşça çekilir. Çekilme esnasında üst tarafta bulunan jel kütlesi yerçekimi etkisiyle süzülerek aşağı düşer. Daha sonra ise kurutma işlemi yapılarak bu süreç bitirilir. İkinci adım ise döndürme kaplamadır. Bu yöntemde malzeme döndürülmek üzere bir cihaza konulur. Malzeme yüksek hızlarda dönerken üstüne sol-jel dökülür. Yüksek hızda döndürüldüğü için üstündeki artık jel ayrılır ve malzeme yüzeyinde ince bir film olarak kalır. Daha sonra kurutma işlemine yollanarak süreç tamamlanır. Sol-jel bir çok alanda kullanılır. Kaplama olarak güneş panellerinin yüzeyinde yansıma önleyici olarak ve fotokromik gözlüklerde kullanılır. Elektrokromik olarak akıllı camlarda kullanılır. Ayrıca korozyon korumasında ve toz olarak da kullanılır. Bu çalışmada süperhidrofobik yüzey üretimi yapılmıştır. Üretim yöntemi olarak sol-jel yöntemi kullanılmıştır. Güneş panelini temsil etmesi için soda-kireç camı kullanılmıştır. Ana malzeme ise titanyum kullanılmıştır. Süperhidrofobik malzeme olarak stearik asit kullanılmıştır. Örneklerin yarısı önce sol-jel kaplanarak, daha sonra stearik asit kaplanmıştır. Diğer yarısı ise sadece stearik asit ile kaplanmıştır. Analiz olarak yüzey açısı ölçümü, yüzey pürüzlülüğü, UV ölçümü, Raman, XRD, FTIR, SEM ve EDS analizleri uygulanmıştır.
Fe-B esaslı sert dolgu elektrot alaşımının özellikleri üzerine W, Nb ve Cr ilavesinin etkisinin araştırılması
Sert yüzey alaşımlama, ağır, agresif ve aşındırıcı ortamlarda çalışan iş parçalarının yüzey performanslarını geliştirmek amacıyla uygulanan bir yüzey işlemidir. Bu yöntemde alaşım, altlığın sünekliği ve tokluğunda önemli bir kayıp olmaksızın sertliği ve aşınma direncini artırmak amacıyla kaynak yoluyla yumuşak bir malzemenin (genellikle düşük veya orta karbonlu çelikler) yüzeyine homojen olarak kaplanır. Bu yöntem sayesinde malzemelerin aşınma ve korozyon gibi malzeme kayıplarına neden olan zararlardan etkilenmesi azaltılarak malzeme ömrü önemli ölçüde artırılabilmekte, ekonomik kayıplar azaltılmakta, bakım onarım masrafları düşürülmekte, işçilik giderleri azaltılmakta ve aşınan parçaların değişimi sırasında üretime ara verme, makinelerin durdurulması gibi zaman kayıpları minimize edilmektedir. Bu yöntem, bütün bu sayılan kayıplar düşünüldüğünde çok büyük bir ekonomik kazanç sağlamaktadır. Bu amaçla, bu çalışma kapsamında üretilen ve çalışılan Fe-B esaslı sert yüzey alaşımları özellikleri bakımından önemli ve umut vaat edici sonuçlar sunmuştur. Yine bu çalışmada, Fe-B esaslı sert yüzey alaşımlara, W, Nb ve Cr ilavesinin özellikler üzerine ne gibi etkiler yapacağı araştırılmıştır. Ayrıca, önceden bileşimi belirlenen Fe-B alaşım tozu, ferro-alaşımlar kullanılarak ve içerisine değişik oranlarda W, Nb ve Cr elementleri yine ferro-tungsten, ferro-niyobyum ve ferro-krom tozlar kullanılarak ilave edilmiştir. Elde edilen karışım önce halkalı değirmende öğütülerek alaşım tozu haline getirilmiştir. Daha sonra, bu alaşım tozlarının içerisine fuluşpat, kuvars, alginatlar, camsuyu gibi ilaveler yapılarak toz karışımı kalıpta şekil almasını kolaylaştıracak plastik bir hale getirilmiştir. Önceden hazırlanmış kalıplara tel çubuk elektrotlar yerleştirildikten sonra hazırlanan plastik karışım presle kalıp içerisine enjekte edilerek çubuğun etrafı kaplanmıştır. Kurutma ve pişirme işlemleri ile üretilmiş olan elektrotlar, klasik örtülü elektrot kaynak yöntemiyle AISI 1020 çelik altlık plaka üzerine alaşımlama yapılmıştır. Üretilen plakalar içerdikleri W, Nb ve Cr miktarına bağlı olarak, metalografik olarak hazırlanarak, optik ve taramalı electron mikroskoplarında incelenmiştir. Yine X-ışınları difraksiyon analizi ile oluşan intermetalik bileşikler tespit edilmiştir. Mikro ve makro sertlik ölçümleri yapılmıştır. Ayrıca ball on disk tekniği ile sert aşındırıcı bilyeye karşı aşınma deneyleri yapılmıştır. Böylelikle üretilen yüzey alaşımının performansları ölçülerek muadilleri ile karşılaştırılmıştır.
Plastik enjeksiyon kalıplarında soğutma sisteminin üretilen parça kalitesi üzerine etkileri
Plastik enjeksiyon, birçok endüstride seri plastik parça üretimi için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Bu üretim sürecinde, eritilmiş plastik malzeme enjeksiyon makinesi aracılığıyla kalıplara enjekte edilir ve ardından soğutularak sertleştirilir. Soğutma sistemi, bu sertleşme sürecini kontrol etmek ve optimize etmek için kritik bir rol oynar. Bu yöntem, plastik parçaların hızlı ve verimli bir şekilde üretilmesini sağlar. Plastik enjeksiyon, otomotiv, elektronik, tıp, ambalaj, oyuncak ve daha birçok sektörde yaygın olarak kullanılır. Çeşitli plastik malzemeler, farklı tasarımlar ve boyutlar için enjeksiyon kalıplama sürecinde kullanılabilir. Plastik enjeksiyon yöntemi, yüksek hassasiyet, hızlı üretim, tekrarlanabilirlik ve çeşitli malzemelerin kullanımı gibi avantajlarıyla bilinir. Ancak, kalıp tasarımı, malzeme seçimi ve sürecin kontrolü gibi faktörler, kaliteyi ve verimliliği etkileyebilir. Soğutma sistemi, kalıp içerisinde plastik parçanın hızlı, homojen ve kontrollü bir şekilde soğumasını sağlamak amacıyla tasarlanmıştır. Bu sistem genellikle kalıp içine entegre edilen su kanalları veya soğutma devreleri ile sağlanır. Soğutma suyu veya uygun soğutucu sıvılar bu kanallardan dolaşarak malzemenin sıcaklığını düşürür ve sertleşmesini hızlandırır. Üretilen parçanın geometrisine, boyutlarına ve özelliklerine bağlı olarak farklı soğutma sistemleri kullanılır. Bu sistemler genellikle kalıplara ek kanallar ekleyerek tasarlanır. Ancak bu ek kanalların oluşturulması işçilik gerektirir ve ayrıca sistemin maliyetini artırabilir. Bu nedenlerden ötürü, bazı işletmeler soğutma sistemi kullanmadan üretim yapmayı tercih edebilirler. Özellikle küçük boyutlu parçaların üretiminde, soğutma sistemini kullanmamak genellikle sorun oluşturmaz. Ancak büyük boyutlu parçaların üretiminde durum daha karmaşık hale gelebilir. Büyük parçaların daha kalın bölgeleri ile daha ince bölgeleri arasında homojen olmayan soğuma hızları meydana gelir. Bu durum, parçanın fiziksel özelliklerinde ve boyutsal doğruluğunda değişikliklere neden olur. Bu çalışma, büyük boyutlu plastik parçalarda soğutma sistemi kullanımının olası etkilerini incelemeyi amaçlamıştır. Parçanın farklı bölgelerindeki soğuma hızlarının, mekanik dayanıklılık, boyutsal tutarlılık ve yüzey kalitesi gibi önemli özellikler üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu çalışmanın sonuçları, büyük parçaların üretiminde soğutma stratejilerinin tasarımına ve optimizasyonuna dair değerli bir perspektif sunabilir. Üretim Özgürmetal Plastik ve Kalıp San. Firması'nda gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın odak noktası, plastik enjeksiyon üretimi sürecinde soğutma sisteminin kullanılmasının ve kullanılmamasının parça özellikleri üzerindeki etkilerini incelemektir. Bu inceleme, xxii firmanın kronik sorunlarından biri olan "plastic seat rib (PSR)" parçası üzerinde yoğunlaşmaktadır. PSR parçasının soğutma sistemi kullanılmadan üretildiğinde delik kısmında oluşan geometrik ve ölçüsel sorunlar, firma için önemli bir zorluktur. Bu bağlamda, firma, soğutma sisteminin bu hatalar üzerinde ne kadar etkili olduğunu araştırmak amacıyla bu çalışmayı desteklemiştir. Araştırma kapsamında, polipropilen malzeme kullanılarak aynı parça üretildi. Bir sette hızlı soğutma koşulları uygulanırken, diğer sette ise soğutma sistemi kullanılmadı. Her iki sette de üretilen parçaların mekanik dayanıklılık, boyutsal doğruluk, kristal yapı gibi özellikleri detaylı olarak karakterize edildi. Sırasıyla boyutsal ölçüm, sertlik testi, XRD analizi ve Moldflow analizleri gerçekleştirilmişitir. Yapılan boyutsal ölçümlerde soğutma sistemi kullanılarak ve kullanılmadan üretilen parçalardan 2şer adet numune alınarak toplamda kritik olan 7 adet ölçü teknik resimdeki değerler baz alınarak ölçülmüştür. Ölçüm yapılan noktaya göre ölçümler dijital kumpas ve CMM kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ölçüm sonucundan soğutma sistemi kullanılmadan üretilen parçaların kritik olan ölçüsünde (delik çapı) tolerans dışında küçük çıkmıştır. Soğutma sistemi kullanılmaması durumunda, plastik malzeme daha yavaş ve düzensiz bir şekilde soğur. Bu durumda, parça kalıp içinde daha uzun süre kalır ve sıcaklık dağılımı homojen olmaz. Bu, parçanın boyutsal olarak küçülmesine neden olmaktadır. Yine her iki setten alınan 2şer adet numuneye shore sertlik testi uyglanmıştır. Soğutma sistemi bağlı iken 60 shore değilen 55 shore ölçülmüştür. Shore sertlik ölçeği genellikle 0 ila 100 arasında bir değer alır. 5 Shore'luk bir sertlik değişimi, 5 birimlik bir fark anlamına gelir. Ancak, bu tür bir değişiklik genellikle görsel veya fiziksel olarak belirgin bir fark yaratmaz. Bu nedenle, 5 Shore'luk bir sertlik değişimi büyük bir değişim olarak kabul edilmez ve genellikle parça özelliklerinde göze çarpan bir fark yaratmaz. Ancak, her durumda, parçanın kullanım amacı ve gereksinimleri göz önünde bulundurulmalıdır. Belirli bir uygulama için gereken sertlik toleransları, 5 Shore'luk bir değişimin önemli olabileceği durumlar olabilir. Özellikle, bazı hassas uygulamalarda, sertlik hassasiyeti daha yüksek olabilir ve daha küçük sertlik değişimleri bile önemli olabilir. Çalışmada yapılan XRD analizi parçaların iki bölgesinden alınarak yapılmıştır. PSR parçasının kulak kısmından alınan kesitlerin XRD analizi sonucunda, soğutma sistemi kullanılmadan yapılan üretimin kulak ve delik kısımlarını karşılaştırırsak kulak kısmı nispeten daha ince olduğundan delik kısmına göre daha hızlı soğuyacaktır fakat farklı kristal yapıların oluşmadığı görülmüştür. Yaptığımız çalışmada tek değişken faktör soğutma sisteminin varlığı olduğundan farklı kristal yapıları oluşturacak bir etken bulunmamaktadır. XRD analizi, kristal yapıların varlığını ve kristal yapıların özelliklerini belirleyen bir tekniktir. XRD analizinde, malzeme örnekleri X-ışınlarına maruz bırakılır ve bu X-ışınları kristal yapılar tarafından saçılır. X-ışınlarının saçılma desenleri, malzemenin kristal yapısı hakkında bilgi sağlar. Kontrolsüz soğutma ve hızlı soğutma yöntemleri farklı kristal yapılar oluştursa da XRD analizi sırasında ölçülen kristal yapıların saçılma desenleri benzer olabilir. Bu nedenle, kontrolsüz soğutma ve hızlı soğutma sonucu üretilen polipropilen örneklerinin XRD analizi benzer sonuçlar vermektedir. Aynı zamanda Moldflow analizi yapılmıştır. Bu analizde soğutma sistemi kullanılması ve kullanılmaması durumları simüle edilmiştir. Yapılan analiz sonrası hacimsel büzülme farklılıkları hızlı soğutma sistemi kullanılarak yapılan üretimde, kontrolsüz soğutma ile yapılan üretime göre daha fazladır. xxiii Hacimsel büzülmenin tüm parça boyunca tekdüze olmadığına dikkat etmek önemlidir. Parçanın farklı alanları, soğutma hızları, parça kalınlığı ve parça geometrisindeki farklılıklar nedeniyle değişen seviyelerde büzülme yaşayabilir. Bu muntazam olmayan büzülme, parçanın farklı bölgelerinde parça bozulmasına, eğrilmeye veya boyutsal değişimlere neden olabilir. Sonuçlar yapılan literatür araştırmasını destekler niteliktedir. Soğutma sistemi kullanlan üretimde büzülme oranı kullanılmayan üretime göre daha fazladır. Fakat bu farklılık parça geometrisini etkilemeyecek seviyededir. İki üretime ait yüzey ve kalıp sıcaklıklarını gösteren moldflow analizinde soğutma sistemi kullanılarak yapılan üretim sonucu yüzey sıcaklığı daha düşüktür. İki üretim sonucu da parça da gözle görülür bir yamulma ve çarpılma olmamıştır. İki üretime ait yüzey sıcaklık farklılıkları moldflow analizi sonucuna göre soğutma sistemi kullanılmadığında parça kontrolsüz olarak soğuyacağından parçada bölgesel sıcaklık farklılıkları oluşur. Bu farklılık artık strese neden olur. Bu da parça da et kalınlığı fazla olan bölgede çekmeye sebep olur. Üreticiler, Moldflow analizini kullanarak enjeksiyon kalıplama sürecini simüle ederek PP parçalardaki artık gerilimi tahmin edip analiz edebilir ve etkisini en aza indirgemek için kalıp tasarımını ve enjeksiyon kalıplama sürecini ayarlayabilir. Bu, minimum kusur, azaltılmış bükülme ve geliştirilmiş boyutsal doğruluk ile yüksek kaliteli parçalarla sonuçlanabilir. Araştırmanın bulguları, soğutma sistemi kullanımının parça kalitesini önemli ölçüde iyileştirebileceğini göstermektedir. Soğutma sistemi, parçaların iç ve dış bölümleri arasındaki sıcaklık farkını azaltır ve çekme, yamulma gibi istenmeyen deformasyonları azaltır. Ayrıca soğutma sisteminin kullanılması parçanın kalınlığına ve geometrisine bağlı olarak parça içindeki gerilmeleri dengeler ve deformasyonları önler. Öte yandan soğutma sistemi kullanılmazsa parçanın soğuma süresi uzar ve homojen bir şekilde soğutulamaz. Bu da çekme, eğilme ve deformasyon gibi sorunlara yol açabilir. Ayrıca kalıp döngü süreleri daha uzun olabilir ve üretkenlik üzerinde olumsuz etkileri olabilir. Bu makalede sunulan bulgular, plastik enjeksiyonda soğutma sistemi kullanımının parça kalitesini iyileştirdiğini ve istenmeyen deformasyonları azalttığını göstermektedir. Soğutma sisteminin etkili bir şekilde tasarlanması ve optimize edilmesi, parça imalat sürecinde önemli bir faktördür ve enjeksiyon kalıplama endüstrisinde daha iyi sonuçlar için dikkate alınmalıdır.
Grafen esaslı kompozit kaplamaların korozyon ve aşınma özellikleri
Günümüzde korozyon, aşınma ve kopma nedeniyle çok fazla malzeme kaybı yaşanmakta ve bunun sonucunda malzeme bozulması büyük ekonomik kayıplara neden olmaktadır. Bu kayıpların önlenmesi günümüz mühendislerinin en büyük araştırma alanlarından biridir. Farklı disiplinler bir araya gelir ve farklı düşünceleri kararlı bir şekilde ortaya çıkarır. Yeni bir malzeme üretmeden mevcut bir malzemeye farklı özellikler eklemek çok makul bir çözüm yöntemidir. Malzemedeki korozyon ve çatlaklar yüzeyde başlar ve malzeme kaybına yol açan sonuçlar doğurabilir. Yüzey mühendisliği bu alanda oldukça farklı çalışmalar ortaya koymaktadır. Krom (Cr) kaplamalar, yüzey özelliklerini iyileştirmek için uzun süredir oldukça verimli bir şekilde kullanılmaktadır. Bununla birlikte, üretim süreci çevresel faktörler ve insan sağlığı açısından oldukça tehlikelidir ve kullanımı sınırlıdır. Bu yönteme alternatif olarak güncel ve güncel olmayan kaplamalar geliştirilmiş ve geliştirmeleri araştırmacılar tarafından sürdürülmektedir. "Akımsız kaplama, metalik bir iyonun, elektrik enerjisi kullanmadan ve metali yüzeye biriktirmeden indirgeyici madde içeren sulu bir çözeltiden katalitik indirgenmesine dayanan kimyasal bir indirgeme işlemidir. Daha düzgün bir kaplama kalınlığı elde etmek için kullanılır. Mevcut kaplama ise akımsız kaplamaya göre daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Yaklaşık 50-60 ° C gibi düşük sıcaklıklarda, düşük maliyetle ve daha kısa sürede daha kalın bir kaplama tabakası elde edilir. Diğer bir avantaj, akımın yoğunluğudur ve verilen kesikli akım ek bir parametre olarak kullanılabilir. Hem anodik hem de katodik birçok malzeme, akımlı kaplama ile kompozit olarak kaplanabilir. " Ana matris bir metal, alaşım, seramik veya polimerdir ve parçacıklar küresel, açısal, plaka benzeri, katmanlı veya çekirdek kabuk gibi olabilir. Ek olarak, boyutları milimetreden birkaç nm'ye kadar değişebilir. Nikel, kompozit kaplamalarda matris olarak yaygın olarak kullanılır, çünkü yüksek sıcaklıklara dayanıklıdır, yüksek oksidasyon direnci gösterir ve ayrıca diğer metallerle alaşımlama kabiliyeti yüksektir. Aynı zamanda nikel (Ni) tane büyümesini ve tanelerin elektro kristalleşmesini azaltır ve önemli yapışma sağlar. Nikel bazlı kaplamaların sergilediği nikel-fosfor (Ni-P) alaşımının karakteristik özellikleri; olgun üretim süreci ve kontrol edilebilir kaplama performansı nedeniyle kaplama endüstrisinde sıklıkla uygulanmaktadır. Ni-P alaşımlı kaplamalarda yüksek sertlik, iyi korozyon direnci ve aşınma direnci gösterir. "Uygun maliyeti, mekanik ve yağlama özellikleri nedeniyle, kalitesi alüminyumun yapışma davranışına bağlı olan hassas alüminyum alaşımları için akımlı nikel-fosfor (Ni-P) kaplamalar kullanılabilir. Alüminyumun yüzeyinin hava ile temas ettiği anda bir oksit tabakasının oluşması, kaplamaların yapışmasını önemli ölçüde azaltır. Bu nedenle, akımlı kaplama işleminden önce alüminyum alaşımları üzerinde uygun ön işlemler yapılır. Grafen, hegzagonal bir kafes yapısına sahiptir ve kafeste tek karbon atomu katmanları olması nedeniyle iyi bir katı yağlayıcıdır. Ortam sıcaklığındaki yüksek elektron hareketi nedeniyle çok yüksek termal ve elektriksel iletkenliğe sahiptir. Bu avantajlardan dolayı, kompozit takviye olarak kaplamalara grafen eklenir. Metal bir matriste güçlendirilmiş grafen, mükemmel aşınma ve korozyon davranışı sergileyebilir. Bu özellikleri sergileme yeteneği, grafenin çözelti içindeki etkin homojen dağılımı ile doğru orantılıdır. Uysal ve meslektaşları, çalışmalarında Ni-W-TiO2 kaplama çözeltisine GO(GO) takviye ettiler ve sürtünme katsayısında önemli bir düşüş meydana geldiğini iddia ettiler (0'dan. 6'dan 0'a. 2). Kesikli akım (PC) kaplama teknolojilerinde çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Verilen akımın yoğunluğu düşük olduğunda daha büyük taneler gözlenir. Yüksek akımda iyon konsantrasyonunda hızlı bir düşüş pürüzlü bir yüzeyin oluşmasına neden olur. Kristalin tane boyutu çok uygundur çünkü alaşımın kimyası, dispersiyon, yüzeydeki parçacıkların kontrolü, geliştirilmiş toz morfolojisi, iyi sertlik ve iyi aşınma direnci avantajlarına sahip olan parti akımı kullanılarak kontrol edilebilir bir üretim süreci sunar. Kaplama banyolarında metalik ve ince (küçük) seramik partiküllerin elektrolitik olarak birlikte biriktirilmesi ile nanokompozit kaplamalarının üretiminin incelenmesi son yıllarda oldukça fazla çalışılmaktadır. Nanomalzemeler iki temel teknik yöntemle üretilmektedir: "aşağıdan yukarıya" ve "yukarıdan aşağıya" teknikler. Aşağıdan yukarıya tekniğinde, malzeme aşağıdan yukarıya doğru gelişir (atom atom, molekül molekül veya küme küme). Bu teknikte kolloid dispersiyonu üretilir. Yukarıdan aşağıya tekniği, bulk malzemeyle başlar ve onun tasarlanması veya aşındırılmasıyla ideal duruma doğru ilerler. Bu teknik, desenlerin kullanıldığı elektron ışın litografisine benzer. Nanoteknoloji endüstrisinde aşağıdan yukarıya ve yukarıdan aşağıya teknikler önemli bir rol oynamaktadır. Her iki tekniğin de en büyük avantajı yüksek saflıkta ultra küçük yapıların oluşturulmasıdır. Bununla birlikte, aşağıdan yukarıya yönteminin kullanılması, daha az veya hatasız, homojen ve uzun ve kısa vadeli düzenler gibi gelişmiş nanoyapılar üretir; bunların tümü serbest Gibbs enerjisi düşüşleri nedeniyle termal dengeli nanomateryallere neden olur. Ancak yukarıdan aşağıya teknikte, malzeme iç gerilime maruz kaldığından çoğunlukla malzeme yüzey kusurlarında artışa maruz kalır. Elektrolitik nanokompozit malzemelere olan ilgi, nanokompozit kaplamaların yüksek aşınma direnci, yüksek sıcaklıkta iyi korozyon ve oksidasyon direnci kaplanmış yüzeylerdeki kendinden yağlayıcılık gibi özelliklerinden dolayı son 20 yıl boyunca hızla artmıştır. Elektrolitik nanokompozit kaplamalar üzerine yapılan araştırmalarda; kaplamaların üretimi için banyonun kompozisyonu, partiküllerin konsantrasyonu, sıcaklık, akım yoğunluğu gibi optimum şartları belirleme yönünde çalışmalar yapılmıştır. Metal matrisli kompozit kaplamalar, elektrolitik bir banyo metal matrisi içerisinde polimerik veya seramik ince partiküllerinin biriktirilmesi yolu olan elektro-biriktirme yöntemi ile üretilebilir. Elektrobiriktirme; ikinci bir işlem olmaksızın basit bir adımda nanokompozit kaplama üretmek için düşük sıcaklıkta yapılan işlemdir. İkincil faz malzeme olarak partikül, fiber ya da visker şeklindeki partiküller kullanılabilmektedir. Bu çalışmada oksidasyon direnci düşük alüminyum yüzey mevcut yöntem kullanılarak Ni-P-GO ile kaplanmış ve elektrokimyasal özellikleri incelenmiştir. GO, son yıllarda en popüler katı yağlayıcılardan biridir. Kompozit kaplama çalışmalarında çelik altlıklar kullanılmıştır. 3x3,5 cm boyutlarında kesilen altlıklar, zımpara ve gerektiğinde parlatma kademelerinden geçirilerek yüzeyleri hazırlanmıştır. Kaplama öncesi altlıklar alkali ve asidik temizleme işlemlerine tabi tutulmuştur. Alkali temizleme için hacimce %20 NaOH-%80 H2O konsantrasyonuna sahip çözelti, asidik temizleme için ise hacimce %40HCl-%60H2O konsantrasyonuna sahip çözelti kullanılmıştır. Temizleme sonrası saf su ile bolca durulanan parçalar bekletilmeden kaplama banyosuna iletilmiştir. Elde edilen numunelerin faz analizleri Rigaku marka D/MAX 2000 model XRD cihazı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elektrokimyasal özellikler, korozyon hızlarının belirlenmesi amacıyla, potansiyodinamik polarizasyon (Tafel) analizi uygulanmıştır. Potansiyodinamik polarizasyon ölçümleri, Gamry Interface 1000 Potansiyostat kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Tafel korozyon deneyleri, oda sıcaklığında, ağırlıkça %3,5 NaCl çözeltisi içinde gerçekleştirilmiştir. Korozyon testleri içinde klasik üç elektrotlu hücre kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Doymuş kalomel elektrot (SCE), Pt ve çalışma alanı 1 cm2 olan numuneler sırasıyla referans, karşıt ve çalışma elektrotu olarak kullanılmıştır. Tafel eğrisi, −1.0 V ila +1.0 V aralığında potansiyel tarama yoluyla elde edildi. Yapılan deneysel çalışmalar da farklı banyo bileşimlerinden elde edilen kaplamalar için mikrosertlik çalışmaları yapılmıştır. Kaplama tabakasının sertliğini ölçmek için Vickers sertlik analizi kullanılarak ölçülmüştür. Her bir numuneye en az 5 adet ölçüm yapılmıştır. Malzemenin üzerine kaplanan tabakanın sertliği, kesitin belirli bir süre yük altında kare piramit şeklindeki uçla batırılmasıyla ölçülmüştür. Bu çalışmada alaşım matrisine Ni-P eklenerek çok iyi bir korozyon hızı değeri (yaklaşık 10 mpy'ye kadar) elde edilmiştir. Farklı çalışma çevrimlerinde uygulanmış ve Ton süresinin artmasıyla tane büyüklüğü yaklaşık 28 nm'ye düşmüştür. Artan Ton süresi ile birlikte sertlik değeri en yüksek Ton süresine sahip olan numune için 592HV olarak elde edilmiştir. Literatüre bakıldığı zaman bu sonuçlar geleneksel olarak üretilen akımlı Ni-P kaplamalarla uyumludur. En iyi aşınma özelliklerine sahip kaplama, %80 iş çevrimi şartlarında üretilen numunede elde edilmiştir. Aşınma davranışının geliştirilmesinin diğer nedeni, GO'in yüksek sertliği, kaplama tabakasında oluşturduğu dispersiyon sertleştirmesi etkisinden dolayı kompozit kaplamaların sertliğinde artış da söylenebilir. GO partiküllerinin hacimce kaplama tabakasında daha fazla bulunması kaplamaya yüksek bir antikoroziflik özelliği katmıştır. Bunun sebebi GO'nun bal peteği katmanlarının alt tabakaya sağlamış olduğu korumadır ve bu azalan korozyon oranının açıklanmasında atfedilebilecek bir diğer nedendir. Bu bal peteği yapısı sayesinde iyon transferi geciktirilir ve bu doğrultuda korozyon akım yoğunluğu (Icorr) değerinde bir azalma, korozyon potansiyelinde ise pozitif yöne doğru bir kayma meydana gelir. GO tabakası, yüzeye iyonik birbariyer (anodik) etkisi yapar ancak korozyon oranında meydana gelen azalmada baskın faktör metalik iyonlaşma kinetiğinde meydana gelen azalmadır.
Fiziksel buhar biriktirme yöntemiyle katı hal lityum iyon pil bileşenlerinin geliştirilmesi
Son birkaç yüzyıldaki küresel enerji talebi, karbondioksit emisyonları nedeniyle küresel iklim değişikliğine yol açan fosil yakıtların yanma reaksiyonu ile karşılanmıştır. Teknolojik gelişmenin yanı sıra artan nüfusun artan enerji ihtiyaçlarını karşılamaya devam edebilmesi için daha sürdürülebilir bir enerji üretim yöntemi benimsenmelidir. Elektrokimyasal enerji depolama ve dönüştürmeye dayalı yöntemler kullanılarak cep telefonlarının, taşınabilir elektronik cihazların, robotik elektrikli süpürgelerin ve dizüstü bilgisayarların artan ihtiyaçlarına daha sürdürülebilir ve çevre dostu bir alternatif olarak enerji sağlanmaktadır. Ancak mikro ve nanoelektromekanik sistemler gibi daha küçük boyutlu cihazlar üretilmek isteniyorsa daha küçük boyutlu ve yüksek güç yoğunluğuna sahip bataryalar geliştirilmelidir. İnce film piller, daha küçük boyutlu cihazlar için en umut verici aday ve alternatif olarak göze çarpmaktadır. Bu tür pillerin, yüksek enerji yoğunluğu, mükemmel güvenlik, artan çevrim ömrü ve çok çeşitli çalışma sıcaklıkları gibi çeşitli avantajlara sahip olduğu bilinmektedir. Yaygın olarak kabul görmüş olmasına rağmen, yeni nesil pil malzemeleri pahalı olması, toksik bileşenler içermesi ve güvenlik kaygıları nedeniyle bazı sınırlamalara sahiptir. Aynı zamanda lityum iyon pillerde kullanılan sıvı elektrolitin oldukça yanıcı ve parlayıcı bir malzeme olduğu bilinmektedir. Bu nedenlerle mevcut yöntemler, gelecekteki uygulamalar için öngörülen depolama gereksinimlerini karşılayamamaktadır. Çalışmaların çoğu genel olarak, yeni malzemelerin geliştirilmesi ve araştırılması için büyük ölçekli üretimle gerçekleştirilen geleneksel sentez tekniklerine dayanmaktadır. Bu çalışmanın odak noktası ise ince film biriktirme yöntemi olarak radyo frekanslı (RF) sıçratma yöntemi kullanılarak lityum iyon pillerde kullanılan hücre bileşenlerini üretmek ve kaplama parametrelerini optimize etmektir. Mevcut teknikle hücre bileşenlerinin üretim parametrelerinin optimizasyonu, lityum iyon pillerin seri üretimi için geleneksel süreçlerin geliştirilmesine yardımcı olmaktadır. Aynı zamanda taşınabilir elektronikler için gelecekte tamamen ince film yöntemiyle üretilen pillerin yolunu açmaktadır. Mevcut çalışmada lityum iyon pillerin temel bileşenleri olan anot, katot ve elektrolit ince film olarak biriktirilmiş yarı hücreler vasıtasıyla bu malzemelerin elektrokimyasal testleri gerçekleştirilmiştir. Altlık malzemesi olarak kullanılan Si-wafer, Cu-folyo ve paslanmaz çelik üzerinde Si ince filmlerin biriktirilmesi 2 inç'lik çapa sahip ticari bir hedef malzemesi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Böylece anot malzemesi olan Si için yapısal karakterizasyon için Si-wafer, elektrokimyasal karakterizasyon için de paslanmaz çelik uygun altlık malzemesi olarak belirlenmiştir. Bu bilgiler ışında katot olarak LiCoO2, elektrolit olarak ise LIPON ince filmler benzer altlık malzemeleri üzerinde test edilmiştir. Katot ve elektrolit üretimi için kullanılan hedef malzemelerin üretiminde 2 inç'lik çapa sahip paslanmaz çelik kalıp kullanılmıştır. Her malzeme özelinde altlık ısıtma, altlık temizleme, RF gücü gibi uygun deneysel parametreler belirlenerek üretime aktarılmıştır. RF manyetik sıçratma ile ince filmlerin biriktirilmesi, bileşenler arasındaki sitokiyometrik oranı elde etmek için her zaman belli bir gaz karışımında gerçekleştirilmiştir. Tüm bileşenler için biriktirme işleminin tamamlanması akabinde bileşenlerin yapısal özellikleri çeşitli karakterizasyon yöntemleriyle test edilmiştir. Yüzey profilometresi, taramalı elektron mikroskobu (FESEM), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), x-ışınları difraksiyonu (XRD), raman spektroskopisi, x-ışınları fotoemisyon spektroskopisi (XPS) yapısal karakterizasyon yöntemleri olarak yer almaktadır. Si ve LiCoO2 ince filmlerle üretilen yarı hücrelere çevrimsel voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopis (EIS) ve galvanostatik şarj/deşarj testleri uygulanmıştır. Si ince filmler için deşarj kapasitesinin 20 çevrim sonunda 2440 mAh g-1 olduğu görülmüştür. %10'luk O2 atmosferinde üretilen LiCoO2 ince filmlerin deşarj kapasitesi ise 100 çevrim sonrası 13 µAh/cm2'dir. Ayrıca tersinir reaksiyonlar sırasında silisyumun lityum ile etkileşimi sonucu ortaya çıkan genleşmelerle yapısındaki değişimler mevcut pil tasarımlarıyla engellenmiştir. Bu çalışmada kullanılan yöntem, ince film mikro batarya üretiminde ve ölçeklemede oldukça etkili bir yöntem olarak dikkat çekmektedir.
Suni yaşlandırma işlem parametrelerinin AA6082 ve AA6056 alaşımlarının mikroyapı ve mekanik özelliklere etkisinin incelenmesi
Bu çalışmada ısıl işlem uygulaması yapılabilen AA6082 ve AA6056 serisi dövme alüminyum alaşımlarına uygulanan suni yaşlandırma işleminin mekanik özellikler ve mikroyapı üzerindeki etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Sanayide biyet olarak tanımlanan hammaddeler, 7 metre uzunluğunda ve 178 mm çapında yarı sürekli döküm yöntemiyle üretilmektedir. Yarı sürekli döküm yöntemi ile imal edilen AA6056 ve AA6082 alüminyum alaşımı biyetler ekstrüzyon yöntemi ile şekillendirilerek çalışmada kullanılan lama profillerin numuneleri üretilmiştir. Çözeltiye alma işlemi üretilen biyetlere yapılan homojenizasyon ısıl işlemi ile başlamıştır. Biyetler; ekstrüzyon ile şekillendirilecek olan profilin geometrisine uygun olacak boyutlarda kesilmektedir. Ekstrüzyon işlemine geçilmeden önce kesilen biyetlere ön ısıtma yapılır ve çözeltiye alma işlemi tamamlanmış olur. Su verme işlemi ise sıcak iş takım çeliklerinden imal edilen kalıptan çıkan ve nihai şeklini alan alüminyum profilin 25°C sıcaklığa sahip olan su dolu havuzdan geçirilmesine dayanmaktadır. Su verme işlemi tamamlandıktan sonra profiller germe ve kesme uygulamalarından geçmiştir. Ekstrüzyon prosesinden 3000 mm olarak çıkan profiller yaşlandırma işlemi için 500 mm boya kesilmiştir. Suni yaşlandırma yapılmak üzere her bir alaşımdan 41 adet ve aynı sayıda yedek olmak üzere deney numuneleri hazırlanmıştır. Tüm numuneler biax kalem ile numaralandırılarak tanımlanmıştır. Her iki alaşıma da detayları deneysel çalışmalarda verilen sürelerde 150°C, 165°C, 180°C, 195°C ve 210°C sıcaklıklarda suni yaşlandırma işlemi yapılmıştır. Her iki alaşımdan ikişer numune doğal yaşlanmanın mekanik özelliklere ve mikroyapıya etkilerinin araştırılması için 3 ay oda sıcaklığında bekletilmiştir. Yaşlandırılan numuneler çekme testi numune hazırlığı için hassas kesim işlemi ile 310 mm uzunluğa kısaltılmıştır. Çekme deneyi ile AA6056 ve AA6082 alaşımlarının çekme ve akma mukavemeti değerleri tespit edilmiştir. Numunenin kalan kısmı ise sertlik ölçümleri ve mikroyapı analizleri için kullanılmıştır. Sertlik ölçümleri numunelerin ekstrüzyon yönüne paralel olan yüzeylerinden beşer adet ölçüm yapılarak ve yapılan ölçümlerin ortalamaları kaydedilerek tamamlanmıştır. Suni ve doğal yaşlandırılan numunelerin, kimyasal kompozisyonlarının belirlenmesi için spektral analiz yapılmıştır. Ekstrüzyon yönüne dik ve paralel olacak şekilde metalografik numune hazırlama süreçlerinden geçen her iki alaşıma ait numunelerdeki çökelti dağılımı optik mikroskop ile incelenmiştir. Alüminyum matris yapısındaki değişimleri, oluşan çökelti ve çökeltilerin yapıdaki dağılımları SEM-EDS analizleri ile detaylandırılmış ayrıca seçilen numunelere MAP analizi de yapılmıştır. Suni ve doğal yaşlandırılan numunelerin faz yapıları ise XRD cihazı ile tanımlanmıştır. Yapılan deneyler sonucunda, aynı sıcaklık ve sürede yaşlandırılan AA6056 alaşımı numunelerde AA6082 alaşımı numunelere göre daha yüksek mekanik özellikler elde edilmiştir. Suni yaşlandırma işleminde kullanılan süre ve sıcaklığın etkisi ile mikroyapıda meydana gelen çökeltiler ve malzemelerin mekanik özelliklerine etkileri tartışılmıştır.
Alumina ve alumina-zirkonya kompozitine kromoksit katkısının etkisi
Alümina, sahip olduğu optik, dielektrik, mekanik, termal özelliklerinden dolayı uzun yıllardır seramik matrisli malzemelerde sıklıkla kullanılan en önemli ileri seramik malzemelerden biridir. Yüksek elastik modül, yüksek sıcaklık kimyasal direnci, aşınma direnci, düşük yoğunluk, biyouyumluluk, korozyon direnci gibi üst düzey özelliklere sahiptir. Fakat yapısal seramiklerin neredeyse tamamı tek başlarına bütün mühendislik gereksinimlerini karşılayamamaktadır. Alüminaya ağ. %10-%20 aralığında zirkonya ilave edilerek oluşturulan yeni kompozit malzemenin kırılma tokluğunun alüminaya göre önemli derecede yükseldiği bilinmektedir. Bu artış zirkonyum dioksitin dönüşüm toklaştırma mekanizması ile gerçekleşir. Tokluğu artan alüminanın bununla birlikte sertlik değerleri de düşmektedir. Bu seramiklerden biri olan alümina nispeten düşük tokluk ve düşük eğilme mukavemeti gibi dezavantajlara sahiptir. Bu çalışmada krom oksit (Cr2O3) ilavesinin zirkonya ile toklaştırılmış alümina (Al2O3) kompozitlerinin mikroyapı ve mekanik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Deneysel çalışmada 1550 °C'de ve farklı sürelerde zirkonyanın alüminanın toklaşmasına etkisini incelerken düşük oranlarda krom oksit ilavesinin etkisi, sadece alümina-zirkonya içeren kompozitlerle mukayese edilmiştir. Al2O3, Al2O3+Ağ. %10 Zirkonya, Al2O3+Ağ. %0,5Cr2O3, Al2O3+Ağ. %1Cr2O3, Al2O3+Ağ. %1,5Cr2O3, Al2O3+Ağ. %10Zirkonya+Ağ. %0,5-1,-1,5 Cr2O3 tozları kuru olarak bilyalı değirmende 200 devir/dakika ile 4 saat karıştırılmıştır. Hazırlanan tozlar 170 MPa basınç altında tek yönde sıkıştırılarak 1550 °C'de 2, 4, 6 saat açık atmosferli elektrik direnç fırınında sinterlenmiştir. Elde edilen tozlar taramalı elektron mikroskobu (SEM), x ışınları analizi (XRD), yoğunluk ve sertlik ölçüm testleri gerçekleştirildi. SEM incelemesi Cr2O3 ilavesinin sinterleme sıcaklığının artması ile alüminanın tane boyutu artışını ve anormal tane büyümesini engellediği gözlemlenmiştir. Kromun alümina matris içerisinde tamamen çözünerek %100 katı çözelti oluştuğu görülmüştür. ZrO2 ilavesi ile elde edilen kompozitlerin alümina krom oksit numunelerine kırılma tokluğu değerlerinin arttığı tespit edilmiştir. Krom eklenmesi ile sinterlenen numunelerde yoğunluk değeri alüminaya oranla artmıştır. Krom oksit ilavesi ile alümina numunlerin sertlik değerleri önemli derecede yükselirken, kırılma tokluğu değerleri bir miktar azalmıştır. Alümina-zirkonya kompozitine krom oksit ilavesi ile sertlik değerleri önemli ölçüde artarken kırılma tokluğu değerleri ise saf alüminanın değerleri ile neredeyse aynı kalmıştır. Alümina-krom oksitin nispeten eş eksenli, ince taneli bir yapıya sahip olduğu (∼2-5 μm) ve alümina içinde çözünen kromun matris tane boyutunu az miktarda arttırırken, krom ilavesinin anormal tane büyümesini engellediği görülmüştür. Anormal tane büyümesi alümina-zirkonyalı kompozitlerde alümina kromoksit numunelerine göre daha fazla ve boyutları büyük olmasına rağmen kromoksit ilavesi ile azalmış, bazı numunelerde tamamen kaybolmuştur.
Lityum iyon bataryalar için kobalt içermeyen düşük maliyetli katot elektrotlarının sentezi
Lityum iyon bataryalarda kullanılan ilk katot bileşiği 1991 yılında Goodenough tarafından sentezlenen ve SONY firması tarafından ticarileştirileştirilen LiCoO2 bileşiğidir. Bu bileşik 274 mAh/g teorik kapasiteye ve 1363 mAh/cm3 teorik hacim kapasitesine sahiptir. Bu katot malzemesinin bir başka çekici yönü de yüksek deşarj voltajı ve iyi çevrim performansına sahip olmasıdır. Katmanlı yapıya sahip olan LiCoO2 bileşiğinin kristal yapısına bakıldığında lityum elementinin yapıdan uzaklaştırılması ile ardarda sıralanan bir yüzey merkezli kübik düzenlemesi görülmektedir ve oksijen atomlarının yer aldığı α-NaFeO2 yapısına rastlanmaktadır. Kristal yapıda yer alan oksijen katmanları kobalt elementi ile altıgen formu oluşturmaktadır. Bu katot malzemesinin önemli dezavantajları bulunmaktadır. Ticari olarak temin edilebilen katmanlı yapıya sahip katot malzemeleri arasında, LiCoO2 en düşük termal stabiliteye sahip bileşiktir ve belirli bir sıcaklığın üzerindeki çalışma koşullarında oksijenin salınımına yol açarak beklenmeyen hücre reaksiyonlarına neden olur. Bunun yanı sıra bu katot malzemesinin kobalt elementini barındırması ile hücre maliyetinin ve toksisitesinin yüksek oluşu aynı zamanda hızlı deşarj sırasında kapasite kaybına uğraması dezavantajları arasında yer almaktadır. Benzer kristal yapısı göz önüne alındığında, LiNiO2, LiCoO2'e oranla hem toksisitesi hem de maliyetinin daha düşük olması ile araştırma konusu olmuştur. Bu katot bileşiğinin kristal yapısına bakıldığında R-3m uzay grubuna ait ve ideal kristal yapısı rombohedral yapıda olan, latis parametreleri hegzagonal sıkı paket yapıya göre tanımlandığı görülmektedir. Aynı zamanda LiCoO2 bileşiğine göre daha yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir. Bununla birlikte, bu katot malzemesi ticari olarak yaygın olarak kullanılmamaktadır. Bunun nedeni, Ni+ iyonlarının saf LiNiO2'deki interkalasyon işlemi sırasında lityum difüzyon yollarını bloke etmesi ve bunun sonucunda yüksek sıcaklıklarda termal kararsızlığa ve ayrışmaya neden olmasıdır. Lityum-iyon pillerde kullanılan diğer bir katot bileşiği, LiCoO2'ye kıyasla 265 mAh/g yüksek tersinir özgül kapasiteye sahip olan LiNi0.8Co0.15Al0.05O2'dir (NCA).'dir. Bu katot bileşiğinin en önemli üreticileri Panasonic ve Tesla'dır. LiNixCoyAlzO2 formülasyonundaki NCA x değeri 0,8'den büyük veya buna eşit olduğunda, nikel açısından zengin kabul edilir. Bileşikteki kobalt miktarının azaltılması maliyet açısından avantaj sağlamakta, nikel içeriğinin artmasıyla birlikte pilde depolanan enerji miktarı da artmaktadır. Bununla birlikte, nikel içeriğindeki bir artışın termal bozunmayı da kolaylaştırdığına dikkat edilmelidir. LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 bileşiğinde geçiş metalleri 6 oksijen atomuyla çevrelenip 3a bölgelerini işgal etmektedir. Aynı zamanda lityum iyonları ise 3b bölgelerinde yer almaktadır. Bu katot malzemesinde yer alan Al+3 iyonları yapının bağlanma enerjisini artırmakta ve yapıyı daha stabil hale getirmektedir. Bu katot bileşiğinde alüminyum miktarı ise %5 ile sınırlandırılmıştır. Bunun sebebi yapının daha fazla alüminyum içermesiyle spesifik enerjide meydana gelen düşüşten kaynaklanmaktadır. Kobalt ve nikel elementlerine oranla daha uygun maliyetli ve daha az toksik olan LiMnO2 katot bileşikleri yaygın olarak kullanılmaktadır. LiMnO2 iki kristal yapıda bulunmaktadır. Bunlardan ilki Pmmm uzay grubuna ait ortorombik kristal yapıda diğeri ise C2/m uzay grubuna ait monoklinik kristal yapıdır. Bununla birlikte, bu bileşik, deinterkalasyon işlemi sırasında spinel yapıya geri dönme eğilimi ve elektrokimyasal döngülerin bir sonucu olarak katmanlı yapıdan manganez iyonlarının ayrışması gibi çeşitli sorunları vardır. Araştırmacılar, nikel iyonlarını LiMnO2 yapısına katarak bu sorunları çözmek için Li (Ni0.5Mn0.5)O2 katot bileşiğini sentezlemişlerdir. Bu, hem lityum hem de nikel iyonlarının hareketliliğini artırmaktadır ve ayrıca LiCoO2 ile benzer bir enerji yoğunluğuna sahiptir. Ayrıca araştırmacılar bu bileşiğe kobalt katılarak stabilitenin daha da arttığını ve bunun sonucunda günümüzde halen ticari kullanımda olan LiNixCoyMnzO2 (NMC) bileşiğinin oluştuğunu da gözlemlemişlerdir. NMC olarak bilinen katot bileşiğinde lityum iyonları 3a bölgesinde yer alırken oksijen atomları 3b ve 6c bölgelerinde bulunan nikel, manganez ve kobalt iyonları karışık değerlik halindedir. Li+ (0.76 Å) ve Ni2+'nın (0.69 Å) katyon karışımı, 3a bölgelerinde lityum tarafından işgal edilen nikel işgal bölgeleri ile iyonik yarıçaplarının yakınlığı nedeniyle oluşur. Dahn ve Ohzuku tarafından Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2 katot elektrotlarının sentezi ve elektrokimyasal özellikleri üzerine çalışmalar yapılmıştır. Daha sonra araştırmalar, geçiş metallerinin oranlarını değiştirerek daha yüksek kapasiteli katot malzemelerinin senteziyle sonuçlanan, farklı stokiyometrik oranlarda NMC türlerini içeren yeni sentez yöntemlerine ve yüzey kaplamalarına odaklanmıştır. Bu tür katot malzemesi, belirli döngüler sırasında katmanlı bir yapıdan bir spinel yapıya dönüştüğünde meydana gelen polimorfik dönüşümler sergiler. Bu dönüşüm, manganez atomlarının interkalasyon sırasında lityum katmanlarındaki tetrahedral konumlardan göç etmesi ve lityum atomlarının mangan atomlarını boş konumlarda bırakarak oktahedral konumlara göç etmesinden kaynaklanır. Bu atom göçleri yapının elektrokimyasal özelliklerini olumsuz etkiler ve performansını düşürür. Bu sorunu çözmek için araştırmacılar, oktahedral boşlukları doldurmak ve tetrahedral boşluklara iyon göçünü önlemek için sodyum, potasyum ve magnezyum gibi alkali metaller kullandılar. Bu katot bileşiklerinde meydana gelen bir başka sorun da, ilk şarj sırasında voltaj 4,4 V'u aştığında Li2MnO3 fazı etkinleştirildiğinde meydana gelen lityumun geri dönüşü olmayan kaybı ve elektrolitin oksidasyonudur. Bu aktif faz, elektrolit içine Li2O salar, lityum iyonlarının katoda geri dönmesini engeller ve oksijenin elektrolitle reaksiyona girerek bir oksit tabakası oluşturmasına neden olur. Bu sorunlar, sonraki döngülerde kapasite kayıplarına ve performans düşüşlerine yol açar. Bu çalışmada NMC kimyası kullanılarak katot elektrotlarında kobalt elementi yerine demir kullanılmasını ile yenilikçi bir yaklaşım ortaya konarak NMF katot elektrotları sentezlenmiştir. NMF partiküllerinin üretimi, metal tuzlarının yapı oluşumu için anahtar bileşenler olarak dahil edildiği sol-jel yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. NMF partiküllerinin ve elektrotlarının yapısı X-ışını kırınımı (XRD) ve alan emisyon taramalı elektron mikroskobu (FESEM) yoluyla incelenmiş ve NMF partiküllerinde herhangi bir empritüye rastlanmamıştır. Yapılan FESEM analizi sonucunda üretilen NMF partiküllerinin çapının 200 ila 950 nm arasında olduğu belirlenmiştir. NMF katotlarının performansını değerlendirmek için 2,0 ila 4,6 volt potansiyel aralığında 1C oranında galvanostatik şarj ve deşarj testleri gerçekleştirilmiştir. Hazırlanan katot elektrotları 1C hızında 500 döngü boyunca test edilmiş ve sonuçlar başlangıç kapasitesinin yaklaşık %85'inin korunduğunu göstermiştir. Yapılan elektrokimyasal empedans testleri, tüm direnç değerlerinin döngü sayısıyla birlikte arttığını göstermiştir. Bu olağanüstü döngü performansı ve NMF katot elektrotlarının kararlılığı lityum iyon bataryalar için gelecek vaad etmektedir. Literatürde NMF katot malzemesine gösterilen sınırlı ilginin aksine, bu çalışma NMF katot elektrotlarına değerli görüşlerle literatüre katkıda bulunmaktadır. Yalnızca NMF malzemesinin gelecekteki araştırmaları etkileme potansiyelini desteklemekle kalmamaktadır. Aynı zamanda NMC kimyasına meydan okuyabilecek rekabetçi bir katot malzemesinin gelişimini de vurgulamaktadır. Kobalt elementi yerine demir ikame edilmesi, lityum iyon pillerde yaygın olarak bulunan bir ağır metal olan kobaltla ilişkili toksisite sorununu ele almakla kalmamış, aynı zamanda önemli maliyet avantajları da sağlamıştır. Kobalt elementi lityum iyon pillerde hücre üretim maliyetlerinin önemli bir bölümünü oluşturur ve demir elementinin kullanımı ile daha uygun maliyetli bir alternatif haline gelmektedir. Bu çalışmanın öncelikli hedefi, yalnızca üstün döngüsel performans sergilemekle kalmayıp aynı zamanda stabiliteyi de arttıran katot elektrotları geliştirmek ve lityum iyon pil teknolojisinin geleceği için umut vaat eden bu yenilikçi yaklaşımın ticari uygulanabilirliğini artırmaktır. Aynı zamanda NMF katot malzemelerine çeşitli karbon bazlı takviyelerin yapılması ile döngü performansının ve kapasitenin arttırılması beklenmektedir
Atık döküm malzemelerinden katma değerli kimyasal inorganik cam kaplama malzemelerinin üretimi
Bu çalışmada, endüstride uygulamaları sürmekte olan kum kalıba döküm sonrası oluşan ve kullanıma uygun olmayan malzemenin (atığın), cam-seramik üretimi için hammadde olan frit üretiminde sürdürülebilir, uygun maliyetli CaO, SiO2, Al2O3 ve ZrO2, TiO2, ZnO vb. inorganik oksitlerin ikamesi olarak kullanımı araştırılmıştır. Ticari olarak temin edilebilen bir friti (STD-F) kum kalıba döküm atığından (KKA-F) yapılan fritle karşılaştırmak için, ergitme-su verme teknikleri ile iki farklı frit üretilmiştir ve karakterize edilmiştir. Camsı yapıya sahip fritlerin kimyasal bileşimi, faz oluşumu ve termal özellikleri XRF, XRD, SEM, EDX, ısı mikroskobu, dilatometre ve TG-DTA, analiz yöntemleri kullanılarak değerlendirilmiştir. Fritler sulu olarak alumina bilyalarla öğütülmüş ve tane boyutları ölçülmüştür. (d90) 20-30uµ 'dan küçük olan tanecik boyutunda fritler elde edilmiştir. Fritlerin her ikisi içinde, reçete hazırlanarak, ticari bakır-kromit oksit içeren toz pigment ve ticari olarak kullanılan medium ile beraber cam-seramik cam kaplama malzemesi haline getirilmiştir. Soda-kireç cam altlık üzerine serigrafi yöntemiyle kaplama malzemesş her iki boyada 77 mesh ile uygulanmıştır, daha sonra cam-seramik kaplama elde etmek amacıyla 660 °C'de 7 dakika boyunca kristalize edilmiştir. XRD, SEM analizleri kullanarak; referans (STD-F) ve kum kalıba döküm atığı içeren ikameli sürdürülebilir (KKA-F) kaplamalar faz oluşumu, mikro yapı ve kimyasal direnç açısından araştırılmıştır. Cam-seramiklerin XRD modelinde incelenen STD-F termal özellikleri ile (KKA-F) ilişkilendirilmiştir. Yüzey ve ara yüzey görüntüleri için SEM kullanılmış ve bu bölgelere EDX analizi ile elemental analiz sağlanmıştır. Endüstride uygulanan, renk ölçümleri ASTM D2244-23, parlaklık ölçümleri ASTM D523-14, örtücülük gücü ASTM D2805 standartları ile ölçümlenmiştir. TS EN 14483 ile sitrik asit, nitrik asit ve hidroflorik asit dayanımları cam yüzeyinde karşılıklı olarak incelenmiştir. Yapılan bu analizler STD-F ve KKA-F fritlrerinin benzer ve farklı yönlerini araştırmıştır. Bu çalışmada, atık malzeme ile üretilen fritin maliyet olarak kar sağlaması, stok ve atık sorunlarının önüne geçmesi, katma değerli ürüne dönüşmesi ve cam kaplama malzemeleri alanında bir ihtiyaca çözüm olması, ekonomi ve doğaya katkı sağlaması hedeflenmiştir.
Sodyum iyon pillere üç boyutlu yenilikçi yaklaşımlar
Fosil yakıtların hızla tükenmekte olduğu son yüzyıllarda enerji giderek önemi artan bir konu haline gelmektedir. Ayrıca fosil yakıt tüketiminin neden olduğu çevre kirliliğinin giderek artmasıyla enerjinin verimli kullanılmasına ve fosil yakıtlar yerine kullanılabilecek yenilenebilir enerji kaynakları arayışına talep artmaktadır. Rüzgar, güneş, dalga, gibi bir çok enerji kaynağı vardır fakat bu kaynakların tamamı kesintilidir. Bu sebeple bu enerji kaynaklarından en iyi ve kesintisiz şekilde faydalanabilmek için enerji depolama sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Lityum iyon piller uzun çevrim kararlılığı ve yüksek enerji verimliliği gibi özelliklerinden dolayı büyük ölçekli enerji depolamada en yaygın kullanılan ikincil pillerdendir. Ancak lityum kaynakları tükenmektedir ve bu durum alternatif malzeme bulunmasını gerektirmektedir. Sodyum, düşük negatif redoks potansiyeli, küçük elektrokimyasal eşdeğeri ve lityum iyon pillerden yaklaşık olarak sadece %17 daha düşük spesifik enerji yoğunluğu gibi lityuma benzeyen özelliklere sahiptir. Bu nedenle lityuma alternatif olarak gösterilebilmektedir. Ayrıca yeryüzünde lityumdan çok daha fazla bulunabilmesi en büyük avantajlarından biridir. Fakat lityumdan daha büyük iyonik yarıçap ve molar kütleye sahip olması gibi dezavantajları bulunmaktadır. Sahip olduğu bu özellikler elektrokimyasal işlem sırasında daha yavaş Na+ difüzyonuna, daha büyük hacim genleşmesine ve yapı bozulmasına neden olmaktadır. Bu durumun sonucu olarak düşük döngü ve hız performansı ve düşük kapasite meyana gelmektedir. Sahip olduğu bu özellikler sodyum iyon pillerin gelişimini büyük ölçüde kısıtlamaktadır ve bu nedenle Na+ difüzyonu iyileştirilmiş, uzun çevrim sayılarına ve hız kapasitesine sahip, yüksek performanslı elektrotları geliştirmek oldukça önemlidir. Son yıllarda katot olarak Na+ iyonlarının difüze olabileceği geniş boşluklar oluşturan kovalent 3 boyutlu yapıya sahip sodyum süperiyonik iletkene (NASICON) odaklanılmıştır. 3 boyutlu yapıya sahip olan bu yapılar, sodyum iyonu hareketi için daha büyük bir interstisyel boşluk oluşturmakta ve malzemenin elektrokimyasal özelliklerini ve yapısal stabilitesini iyileştirmektedir. NASICON yapısına sahip katot malzemeleri içerisinde, Na3V2(PO4)3 kararlı 3 boyutlu ana çerçevesi sayesinde daha iyi termal kararlılık, daha uzun çevrim ömrü, ve yüksek performansa sahip olduğu için umut vadetmektedir. Anot olarak ise CuO ve SnO2 gibi metal oksitler dikkat çekmektedir. Gelecek vaat eden elektrot malzemesi olmasına rağmen düşük elektrik iletkenliğine sahip olması gibi önemli dezavantajları bulunmaktadır ve bu sebeple düşük hızlarda bile teorik kapasiteye tam olarak ulaşamamaktadırlar. Bu sorunun üstesinden gelmek için kullanılan çeşitli yöntemler bulunmaktadır. Grafen gibi ikincil fazların kullanılması bu yöntemlerden biridir. Grafen bir karbon allatropudur ve yüksek yüzey alanı çok yüksek elektronik, optik, termal ve mekanik özellikleri nedeniyle enerji depolama/dönüştürme sistemlerinde kullanılmaktadır. Fakat sınırlı elektron taşıma kanalı ve daha az aktif bölgeye sahip olma gibi kullanım alanını kısıtlayan özelliklere de sahiptir. Ayrıca, 2 boyutlu bu grafen tabakaları genellikle tabakalar arasındaki van der Walls bağlarından dolayı kurutma işlemi sırasında yeniden istiflenme eğilimi göstermektedirler. Sonuç olarak erişilebilir yüzey alanını azalmakta ve yetersiz elektron ve iyon taşınmasına sebep olmaktadır Bu durum da elektrotların yüksek hız performansını sınırlandırmaktadır. Bu nedenle, grafen tabakalardan hafif, yüksek yüzey alanına sahip ve 3 boyutlu gözenekli tabakalar üretilebilmektedir. Çok düşük yoğunluk ve yüksek gözenekliğe sahip bu 3 boyutlu grafen aerojeller yalnızca tabakaların yeniden istiflenmesini önlemekle kalmamakta, aynı zamanda yüksek iletkenlik ve geniş spesifik yüzey alanı gibi grafen levhaların özelliklerini de korumaktadır. Bu özellikler grafen aerojelin grafen ile kıyaslandığında daha geniş kullanım alanına sahip olmasını sağlamaktadır fakat sınırlı elektron taşıma kabiliyetleri ve zayıf yüzey polariteleri düşük elektrokimyasal performansa sebep olmaktadır. Bu sorun grafen aerojel bazlı kompozitler hazırlanarak çözülebilmektedir. Bu çalışmada ilk olarak anot olarak CuO ve SnO2 metal oksitleri ve katot olarak ise Na3V2(PO4)3 üretilmiştir. CuO nanoyapıları çökeltme yöntemi, SnO2 nanoyapıları sulu çözeltide geliştirme yöntemi ve Na3V2(PO4)3 çözücü buharlaştırma yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Daha sonra üretilen bu yapılar grafen oksit ile birlikte katkılı grafen aerojel üretimi için kullanılmıştır. Grafen oksitin indirgenmesi için L-askorbik asit kullanılmıştır. Karıştırma ve indirgeme işlemi tamamlandıktan sonra kapalı kapta ısıtma işlemine tâbi tutularak katkılı hidrojel yapıları elde edilmiştir. Ardından dondurarak kurutma yöntemi kullanılarak katkılı aerojel yapılar elde edilmiştir. Üretilen malzemeler iletken katkı maddesi, bağlayıcı ve çözücü ile ayrı ayrı karıştırılarak bir çamur formu elde edilmiş ve elde edilen çamur folyo üzerine homojen olarak sıvanmıştır. Vakum fırında kurutulan çamur yarım hücre için uygun ölçülerde kesilerek elektrot hazır hale getirilmiştir. Son olarak elde edilen elektrot, seperatör ve elektrolit eldivenli kutuda birleştirilerek yarım hücreler elde edilmiştir. Üretilen anot ve katot yapıların kristal yapılarının karakterizasyonu X-ışını kurınımı (XRD) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Numunelerin karakterizasyonu için Raman spektroskopisi ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) teknikleri kullanılmıştır. Yapıların morfolojilerini ve kimyasal bileşimini incelemek için alan emisyon taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM) ve enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS) kullanılmıştır. Malzemedeki mikroyapıyı daha ayrıntılı analiz etmek için transmisyon elektron mikroskobundan (TEM) faydalanılmıştır. Tozların termal özelliklerini ve yapıdaki karbon miktarı analiz etmek için termal analiz (TGA) uygulanmıştır. Elde edilen yarım hücrelerin performansını test etmek için çevrimsel voltametri testleri (CV), elektrokimyasal döngü performansı testi, elektro-kimyasal empedans spektroskopisi (EIS), hız kapasitansı testi uygulanmıştır. Yapısal karakterizasyon analizleri CuO, GA-CuO, SnO2, GA-SnO2, Na3V2(PO4)3, GA-Na3V2(PO4)3 yapılarının başarılı bir şekilde sentezlendiğini göstermektedir. Yarım hücre testlerinin elektrokimyasal analizlerinin sonuçlarına göre ise katkılı elektrotların, garafen aerojelin gözenekli ve üç boyutlu yapısı sayesinde elektrotun yapı içerisindeki ıslanabilirliğini artırdığı ve sodyum iyonunun daha rahat difüzyonuna imkan sağladığı ve bu sayede artan çevrim sayısında daha iyi çevrim kararlılığı ve artan hızlarda daha yüksek kapasite elde ederek sodyum iyon piller için daha avantajlı bir elektrot malzemesi oluşturduğu gözlemlenmektedir. Elektrotlardaki çevrim sonrası değişiklikleri incelemek için 50., 100., ve 250. çevrimler sonunda XRD, FE-SEM ve Raman analizleri yapılmıştır. Çevrim sonrası analizlere bakıldığında, yapının az bir miktar bozulduğu ve çevrim sayısı arttıkça bu bozulmanın küçük miktarlarda arttığı gözükmektedir. Bu artış sodyum iyonunun tekrarlı interkalasyon ve deinterkalasyonu sonucunda yapıyı bir miktar bozmasına, yapıdaki kusurları artırmasına ve grafen tabakaları arası mesafeyi artırmasına atfedilebilmektedir. Yapıdaki bozulmanın az miktarda olmasının sebebi ise, grafen aerojelin gözenekli yapısının sodyum iyonlarının hareketini kolaylaştırmasından kaynaklanmaktadır.
CMMcihazındaki verilerden makine öğrenmesi ile parça kontrolü
Koordinat Ölçüm Makineleri (Coordinate Measuring Machine, CMM), modern imalat sanayisinde kalite kontrol ve ölçüm süreçlerinin en önemli araçlarından biridir. Bu cihazlar, üretilen parçaların teknik resimlerde belirtilen şekil ve konum toleranslarına uygun olup olmadığını belirlemek amacıyla kullanılmaktadır. CMM'ler, parçaların yüzey noktalarını üç boyutlu olarak tarayarak; düzlemsellik, silindiriklik, paralellik, koniklik, pozisyon gibi geometrik ölçüleri yüksek hassasiyetle analiz eder. Ayrıca CAD (Bilgisayar Destekli Tasarım) verileri ile entegre çalışarak ölçüm sonuçlarını tasarım verileri ile karşılaştırabilir. Bu sayede ürün doğrulama, tersine mühendislik ve proses kontrol gibi alanlarda etkili bir rol oynar. Ancak bu ölçüm sonuçlarının değerlendirilmesi hâlâ büyük ölçüde operatörün bilgi birikimi, deneyimi ve yorumu doğrultusunda yapılmaktadır. Bu durum, karar süreçlerinde subjektifliğe, tutarsızlığa ve insan hatasına yol açabilmektedir. Özellikle sınır toleranslarda kalan parçaların kabul veya red kararları operatöre göre değişebilir. Bu bağlamda, üretim süreçlerinde standardizasyonu sağlamak ve hataları en aza indirmek için daha objektif, otomatik ve veri odaklı sistemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Makine öğrenmesi, verilerdeki örüntüleri analiz edebilen ve geçmiş verilere dayanarak karar verebilen bir yapay zekâ dalıdır. Bu çalışmada, CMM cihazından elde edilen ölçüm verileri kullanılarak, parça kabul/red kararını otomatik olarak veren bir makine öğrenmesi sistemi geliştirilmiştir. Bu sistem, herhangi bir operatör müdahalesine gerek duymadan karar verebilmekte, böylece insan kaynaklı hataları azaltmakta ve süreçleri hızlandırmaktadır. Tezin temel amacı, ölçüm verilerini kullanarak doğru, tutarlı ve hızlı kararlar verebilen bir kalite kontrol modeli oluşturmaktır. Bu modelin, Endüstri 4.0 kapsamında dijitalleşen üretim süreçlerine entegre edilerek, sürdürülebilir ve yüksek kaliteli üretim hedeflerine katkı sunması hedeflenmektedir.
Nano malzeme katkılı polimer matrisli kompozit üretimi ve özelliklerinin incelenmesi
Bu çalışmada polimer matris içerisine nano malzemelerin katılmasıyla mekanik özelliklerindeki değişimler incelenmiştir. Matris malzemesi olarak polyester reçine kullanılmıştır. Takviye malzemesi olarak nano boyutlardaki TiO2, SiO2, ZrO2, Al2O3 ve tek duvarlı karbon nano tüp katkıları kullanılmıştır. Bu katkılar polyester reçine matrise ağırlıkça %2 oranda eklenmiştir. Numuneler mekanik ve ultrasonik karıştırıcılarla karıştırıldıktan sonra deney standartlarına uygun olarak hazırlanmış silikon kalıplara dökülmüştür. Nano boyutta SiO2 ve tek duvarlı karbon nano tüp katkıları kullanarak cam takviyeli polyester boru üretilmiştir. Üretilen numunelere ve borulara mekanik testler uygulanmıştır. Numunelere uygulanan testler: Barcol sertlik ölçümü, çekme testi ve üç nokta eğilme testidir. Borulara uygulanan testler: Barcol sertlik ölçümü, eksenel çekme testi, çember çekme testi, rijitlik testi, aşınma testidir. Eksenel çekme, çember çekme ve üç nokta eğilme testleri oda sıcaklığında Zwick/Roell Z250 test cihazında yapılmıştır. Bu testler sonucunda üretilen numunelerin rijitlik, sertlik, eğilme mukavemeti, akma dayanımı, uzama miktarı, elastik modülü gibi özellikleri tespit edilmiştir.
Yüksek basınçlı enjeksiyon döküm ötektik Al-Si alaşımlarında modifiye edici ve tane inceltici elementlerin etkisi
Alüminyum-silisyum alaşımları düşük yoğunluk, iyi dökülebilirlik, yüksek mukavemet, sertlik ve iyi işlenebilirlik gibi özelliklere sahip olduğundan özellikle otomotiv sanayinde kabul görmekte, taşıtlarda ağırlığın azaltılması, yakıt ekonomisi ve daha düşük çevre emisyon değerleri nedeniyle tercih edilmektedir. Bu tür alaşımların uygulamalarda başarı bir şekilde kullanılabilmesi için daha iyi mekanik özelliklere sahip olması gerekmektedir. Bu alaşımlara titanyum ilavesi ile hızlı bir şekilde ve önemli oranlarda tane inceltmesi sağlanarak, alaşımın sertlik, mukavemet değerleri ve dökülebilirliği artırılabilmektedir. Bu çalışma ile ötektik Al-Si alaşımlarında mukavemeti artırma ve kalıcı deformasyonu azaltma amaçlı alaşım elementleri ilave ederek birincil alüminyum dendiritleri ve ötektik silisyum kristallerin modifikasyonunun alaşımın mikroyapısına ve mekanik özelliklerine etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla titanyum ve Sr ilavesi ile alaşımın döküm kalitesini artırılması ve mekanik özelliklerin iyileştirilmesi sağlanarak alaşımların kullanım ömürlerinin arttırılması hedeflenmiştir. Bu çalışmada EN AC 44300 [AlSi12 (Fe)] serisi alüminyum alaşımına tane inceltme işlemi ve modifikasyon işlemleri için Al1Ti5B1 ve AlSr10 mastır alaşımı ilave edilerek, beş farklı kompozisyona sahip alüminyum alaşımları yüksek basınçlı enjeksiyon döküm yöntemi ile üretilmiştir. Alaşıma ilave edilen Ti ve Sr elementlerinin alaşımın mikroyapısı ile mekanik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Mikroyapı incelemelerinde optik mikroskobu, tarama elektron mikroskobu (SEM) ve SEM/EDS (Enerji Dağılım Spektroskopisi) karakterizasyon teknikleri kullanılmıştır. Üretilen alaşımların mekanik özellikleri Brinell ve mikrosertlik ölçümleri, çekme deneyi ve basma deneyleri ile belirlenmiştir. Deneysel çalışmalarda AlSi12 (Fe) alaşımına Ti ilavesi ile alaşımların tane boyutlarının küçüldüğü ve alaşımın sertlik değerlerinde artış olduğu gözlenmiştir. İçerisinde %0.08 titanyum + farklı oranlarda (o-450ppm) stronsiyum bulunan alaşımlarda Sr miktarının artışına bağlı olarak alaşımın sertlik değerlerinde doğrusal oranda artış elde edilmiştir. Mikroyapıda bulunan α-Al dendiritleri ile ötektik silisyum fazları üzerinden alınan mikrosertlik değerlerinde alaşımın içerisinde Ti ve Sr ilavesinin artışına bağlı olarak artmaktadır. Aynı şekilde alaşımların içerisinde Ti ve Sr oranının artışına bağlı olarak AlSi12 (Fe) alaşımların akma ve çekme ve % uzama değerlerinde doğrusal oranda bir artış gözlenmiştir. Basma deneylerinde ise Ti ve Sr ilavesinin artışına bağlı olarak alaşımın % deformasyon uzaması değerlerinde azalma sağlanmıştır. Mikroyapı incelemelerinde elde edilen mekanik testler sonucu elde edilen sonuçların mikroyapı ile uyumlu olduğu ve elde edilen sonuçları desteklediği gözlenmiştir. Alaşımların optik mikroskop görüntülerinde Ti ilavesinin α-Al dendiritlerin küçültmesi sonucu tane boyutu küçülmekte ancak ötektik silisyuma herhangi bir etkisi görülmemiştir. Diğer taraftan Sr ilavesinin Si kristallerini küçülttüğü ve içerisinde 450 ppm Sr bulunan alaşımda modifiye işleminin gerçekleştiği, mikroyapının kaba lamelli ve iğnemsi yapıdan fiberimsi/küreselleşmiş yapıya dönüştüğü görülmüştür. SEM görüntüleri optik mikroskop görüntülerini desteklemekte ve α-Al dendiritleri ve Si kristalleri küçülmektedir. Ayrıca, noktasal ve bölgesel SEM/EDS analizlerinden Al, Si ve Fe elementlerinden oluşan intermetalik fazların bulunduğu anlaşılmaktadır. Amacı; Tez çalışmasında ötektik alüminyum-silisyum alaşımında mukavemeti artırma ve kalıcı deformasyonu azaltmaya yönelik ilave alaşım elementleri ilave ederek primer alüminyum dendiritlerinin inceltilmesi ve ötektik Si kristalleri modifikasyonun mekanik özelliklere etkisinin araştırılması amaçlanmıştır. Alüminyum alaşımlarında Tane inceltici olarak kullanılan Titanyum ve modifikasyon için kullanılacak Sr elementlerinin etkisiyle beraber malzemenin mekanik özelliklerinde iyileşme sağlayarak kullanım ömürlerini arttırmak hedeflenmiştir. EN AC 44300[AlSi12(Fe)] serisi Alüminyum alaşımlarında belirli yük altında istenilen mukavemeti karşılayabilmek için düşük sıcaklıklarda presleme yaparak (dislokasyon oluşturarak) mukavemette artış sağlanmaktadır. Yapılacak çalışmada soğuk şekillendirmeye maruz kalmadan özellikle Stronsiyum ve Titanyum metalleri kullanılarak enjeksiyon döküm yöntemi ile üretilecek alüminyum alaşımlarının mekanik özellikleri optimize edilecektir. Tespit edilecek alaşım elementlerinin değişik oranlarda tane inceltici ve modifiye edici olarak alüminyum alaşımlarına ilave edilmesiyle parametrik olarak çalışmalar yapılıp yüksek mukavemetli ve düşük kalıcı deformasyonlu özgün alüminyum alaşımları geliştirilecektir. Sonuçlar; Bu çalışmada AlSi10(Fe) alaşımına tane incelme ve modifikasyon amaçlı AlTi5B1 ve AlSr10 mastar alaşımları ilave edilerek %0,08 Ti + farklı miktarlarda Sr içeren beş farklı kompozisyona sahip alaşımlar yüksek basınçlı enjeksiyon döküm yöntemiyle üretilmiştir. Titanyum ve stronsiyum ilavesinin AlSi10(Fe) alaşımının mikroyapısı ve mekanik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Üretilen alaşımlara sertlik ve mikrosertlik ölçümleri ile çekme ve basma deneyleri gerçekleştirilmiş, optik ve SEM mikroskobu incelemeleri yapılmıştır. Gerçekleştirilen deneysel çalışmalardan aşağıdaki sonuçlar çıkarılmıştır: Üretilen alaşımların sertlik incelemelerinde AlSi10(Fe) alaşımına AlTi5B1 mastır alaşımı kullanılarak ilave edilen %0,08 titanyumun alaşımın tane boyutunu küçülterek sertlik değerlerini net bir şekilde artırdığı gözlenmiştir. %0,08 Ti içeren AlSi10(Fe) alaşımına AlSr10 mastar alaşımı ilave edilerek ağırlıkça 150ppm, 300ppm ve 450 ppm stronsiyum içeren alaşımlar üretilmiş ve bu alaşımların sertlik değerleri alaşımın Sr miktarındaki artışa bağlı olarak doğrusal artış gözlenmiştir. Bu artış ağırlıkça 150ppm, 300ppm ve 450ppm Sr içeren alaşımların sertliği her bir miktar artış için ortalama olarak 2,5 Brinell sertlik değeri artırmıştır. İlavesiz AlSi12(Fe) alaşımı ve %0,08 Ti + 450ppm Sr ilave edilen alaşımın Brinell sertlik değerleri arasındaki fark sırasıyla %19 dur. AlSi10(Fe) alaşımına titanyum ilavesi ile α-Al dendiritleri, stronsiyum ilavesi ile ötektik silisyum fazı modifiye edilmiştir. Stronsiyum oranının artışına bağlı olarak fazların mikrosertlik değerleri artmıştır. İlavesiz AlSi12(Fe) alaşımı ve %0,08 Ti + 450ppm Sr ilave edilen alaşımındaki α-Al dendiritleri ve ötektik silisyum fazı mikrosertlik değerleri arasındaki fark sırasıyla %181 ve %127 dir. Alaşımına % 0,08 titanyum ilavesi ve stronsiyum oranının artışına bağlı olarak çekme deneyleri sonrasında akma ve çekme dayanım değerleri doğrusal artmış ve en yüksek akma ve çekme dayanım ile % uzama değerleri 450ppm Sr içeren alaşımlarında elde edilmiştir. İlavesiz AlSi12(Fe) alaşımı ve %0,08 Ti + 450ppm Sr ilave edilen alaşımın akma, çekme dayanım ve % uzama değerleri arasındaki fark sırasıyla %21, %31 ve %69 dur. Basma testinde yüzde (%) deformasyon uzaması ilave edilen Ti ve Sr elementlerinin alaşımın tane yapısını küçülmesi ve ötektik silisyumun fibroz/küreselleşmiş yapıya dönüşmesi uygulanan Fm kuvvetini absorbe edilmektedir. Bu durum alaşımın mukavemetinin artışına sağlamaktadır. Böylece Ti ilavesi alaşımın kalıcı deformasyon uzaması düşürmektedir. Buna ilaveten alaşımdaki Sr miktarındaki artışa bağlı olarak kalıcı deformasyon uzaması orantılı olarak daha da düşmektedir. İlavesiz AlSi1(Fe) alaşımı ve %0,08 Ti + 450ppm Sr ilave edilen alaşımın % kalıcı deformasyon uzaması değerleri arasındaki fark sırasıyla %26 dır. Mikroyapıları incelemelerde optik mikroskop görüntülerinde alaşıma Ti ilavesinin α-Al dendiritlerini küçültmesi ile alaşımın tane boyutunu küçülttüğü gözlenmiştir. Ancak bu durumun ötektik silisyuma etki etmediği gözlenmiştir. Diğer taraftan alaşıma Sr ilavesinin silisyum kristallerini küçülttüğü gözlenmiştir. Alaşım içeresinde Sr miktarı ağırlıkça 450ppm ulaştığında mikroyapının kaba lamelli ve iğnemsi yapıdan fibroz/küreselleşmiş yapıya dönüştüğü gözlenmiş ve böylece modifiyenin gerçekleştiği sonucuna ulaşılmıştır. SEM/EDS analizlerinde elde edilen sonuçlar optik mikroskop görüntülerinde elde edilen sonuçları desteklemektedir. Görüntülerde α-Al dendiritlerinin ve Si kristallerinin küçüldüğü belirlenmiştir. Ayrıca, alaşımın SEM/EDS noktasal ve bölgesel analizlerinden Al, Si ve Fe elementlerinden oluşan intermetalik fazların bulunduğu görülmüştür. Öneriler; Deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen sonuçlardan yola çıkarak benzer konularda çalışma yapacak araştırmacılara aşağıdaki öneriler sunulabilir: Bu çalışmada kullanılan AlSi10(Fe) alaşımına titanyum + farklı oranlardaki stronsiyum ilavesinin alaşımının korozyon özelliklerine etkileri incelenebilir. Geçirgen elektron mikroskobu gibi farklı mikroyapı karakterizasyon teknikleri kullanılarak tane inceltme ile elde edilen mikroyapı ve mekanik özellikleri detaylı incelenerek mekanizmaları daha net olarak açıklanabilir. AlSi10 (Fe) alaşımına farklı oranlardaki stronsiyum ile fosfor ilavesisin içeren alaşımların bu çalışmada çalışılan mikroyapı ve mekanik özelliklere etkileri araştırılabilir. Bu çalışmada alaşımın üretiminde yüksek basınçlı döküm yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemin dışında aynı kompozisyon ile kum ve kokil kalıba döküm gibi alçak basınçlı döküm yöntemiyle üretilen alaşımlarda basıncın mikroyapı ve mekanik özelliklere etkisi incelenebilir.
Hastelloy C-276 alaşımı üzerinde Ni-Al esaslı intermetalik kaplama üretimi ve karakterizasyonu
Hastelloy C-276, nikel temelli bir süper alaşım olup ana alaşım elementleri Cr, Mo, Fe ve W içermektedir. Bu tür alaşımlar, özellikle havacılık, uzay ve nükleer reaktör gibi yüksek sıcaklık mukavemeti gerektiren alanlarda bilimsel ve endüstriyel açıdan önem taşımaktadır. Son yıllarda, bu tür alaşımların yüzey özelliklerini iyileştirmek amacıyla, alüminyumca zengin bir kaplama oluşturularak yüksek sıcaklıklarda kararlı alümina (Al2O3) elde etme yöntemi sıkça kullanılmaktadır. Bu çalışmada, Hastelloy alaşımının yüzey özelliklerini geliştirmek amacıyla, düşük sıcaklık kutu alüminyumlama prosesi kullanılarak aluminit kaplanmıştır. 600°C, 650°C ve 700°C sıcaklıklarında 2, 4 ve 6 saat sürelerinde gerçekleştirilen alüminyumlama işlemi, en kısa işlem süresinde bile intermetalik kaplama birikimini sağlamıştır. Ni-Al esaslı kaplama tabakası, artan sıcaklığa bağlı olarak 11 µm'den 42 µm'ye yükselmiştir. Elde edilen kaplama sayesinde sertlik değerleri, başlangıçta 250 HV seviyesindeyken 850 HV'ye ulaşmıştır. Kaplama işlemi tamamlandıktan sonra, kaplama tabakalarının kalınlıkları dikkate alınarak alüminyumlama işleminin oluşum kinetiği üzerine hesaplamalar yapılmıştır. Bu analizde, özellikle sıcaklık ve süre parametreleri önemli rol oynamaktadır. Yapılan analizler sonucunda, kaplama tabakasının kinetik enerjisinin 50,911 kJ/mol olduğu belirlenmiştir. Bu değer, alüminyumlama işleminin termaldinamiklerini ve reaksiyon hızını anlamada kritik bir gösterge olarak kabul edilmektedir. Ayrıca, termogravimetrik (TG) termalanaliz yöntemleri kullanılarak, kaplamanın oksidasyon direnci ve termaldayanıklılık özellikleri belirlenmiştir. Bu analizler, kaplamanın oksidasyon sırasında ağırlık değişimlerini inceleyerek malzemenin termalstabilitesi ve oksidasyon direnci hakkında değerli bilgiler sağlamaktadır. Kaplamanın büyüme kinetiği, alüminit tabakasının derinliği ile zaman ve işlem sıcaklığı arasındaki ilişki üzerine yapılan analizler, kaplamanın performansının optimize edilmesi ve endüstriyel uygulamalarda daha etkin kullanılması açısından önem taşımaktadır.
İkiz merdane döküm tekniği ile üretilmiş 1050 alüminyum alaşımının mikroyapı ve mekanik özelliklerine tane incelticinin etkisi
Alüminyum alaşımları; özellikle hafiflik, işlenebilirlik, ısı-elektrik iletkenliği ve korozyona karşı dirençli olması gibi üstün özellikleri nedeniyle geniş bir kullanım yelpazesine sahiptir. Alüminyum alaşımlarında malzemenin mikroyapısı kontrol edilerek, üstün mekanik özellikler ve yüzey kalitelerisine ulaşabilmek için tane incelticiler kullanılmaktadır. Katılaşma işlemi sırasında kullanılan tane incelticiler ince ve eş eksenli tanelerin oluşumunu sağlayarak, malzemelerin mekanik özelliklerinin iyileşmesine yardımcı olmaktadır. Ayrıca, tane inceltici kullanılmış alüminyum malzemelerde beslenme kabiliyetlerinin yüksek olması porozitesiz ve homojen bir yapının oluşmasında alüminyum malzemelere avantaj sağlamaktadır. Alüminyum alaşımlarında yüzey dayanıklılığını artırmak için anodik oksidasyon (eloksallanma) işlemi yapılmaktadır. Fakat ikiz merdane döküm yöntemi ile üretilen malzemelerin yüzey kalitesi bu işlem için uygun olmamaktadır. Bu çalışma, tane incelticilerin alüminyum alaşımlarının üzerindeki etkisini araştırmakta ve çeşitli endüstriyel uygulamalar için önemli çıkarımlar ortaya koymaktadır. Araştırmada, alüminyum levhalar üretmede hassasiyeti ve verimliliği ile tanınan ikiz merdaneli döküm metodundan yararlanılmıştır. Bu metot ile üretilen AA1050 alüminyum alaşımı üzerinde Al-5Ti-0,2B ve Al-5Ti-1B olan iki farklı tane incelticinin malzemedeki mikroyapısal, mekanik ve yüzey kaliteleri üzerindeki incelemeleri gerçekleştirilmiştir. Malzemelerin mikroyapısal, mekanik ve yüzey özelliklerini karşılaştırmak amacıyla spektrometre, optik mikroskop, SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu), pürüzlülük cihazı, çekme ve sertlik cihazları kullanılmıştır. Ayrıca eloksal kaplamadan sonraki nihai ürünün yüzey kalitesini incelemek için gözle kontrol gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, Al-5Ti-1B tane incelticisi kullanılan AA1050 alüminyum alaşımında daha fazla bulunan borun belirgin etkisi ortaya çıkarılmıştır. Bu alaşımı SEM analizinde incelediğimizde intermetalik yapıların azaldığını ve daha homojen bir yapının ortaya çıktığı net bir şekilde görülmüştür. Bunun ile birlikte optik mikroskop görüntülerinde tane boyutlarının küçüldüğü ve daha tanecikli bir yapı oluşmasına sebebiyet vermesinin yanında akma , çekme ve makro-mikro sertlik değerleri sırasıyla ortalama 75MPa, 97MPa, 27HB ve 32,9 HV 'den 84MPa, 102MPa, 30HB ve 38,2HV 'ye yükselmesi Al-5Ti-1B alaşımının mikroyapı ve mekanik özelliklerindeki iyileşmelerin net bir göstergesi haline gelmiştir. Mikroyapıda elde edilen bu gelişmeler ile özellikle ikiz merdane döküm tekniği ile üretilen malzemelerde anodik oksidasyon(eloksallanma) işleminin de uygulanabilirliğini ortaya koymuştur.
Doğal hammadde ve atıklardan alümina-silika esaslı aerojel üretimi
Artan nüfus ve kentleşme yanında birçok endüstriyel operasyonda, ekonomik değer kazanma potansiyeli olan atık malzemeler açığa çıkmaktadır. Oluşan tonlarca atık malzemelerin bertaraf edilmesi yönünde çalışmalar artarak sürdürülmekte olup; alümina-silika esaslı aerojel üretimi için literatürdeki çalışmaların yetersiz olduğu görülmüştür. Alümina-silika aerojellerin üretiminde, sentetik başlangıç malzemeleri kullanıldığında yüksek maliyetten dolayı çalışmalar doğal ve atık malzeme kullanımına doğru eğilim göstermektedir. Atık sorunlarının üstesinden gelmek için eloksal atık gibi çevreye zararlı ve alümina içeriği yüksek olan bu kaynak alümina başlangıç malzemesi olarak tercih edilmiştir. Ayrıca üretim rezervi ülkemizde bol olan perlit, diatomit, şamot tuğlası, vollastonit gibi ekonomik silika hammadde kaynaklarınının, katma değeri daha yüksek olan hafif, dayanıklı ve gözenekli malzeme sınıfı olan aerojellere dönüştürülebilirliği incelenmiştir. Ticari kimyasallar yerine başlangıç hammaddeleri olarak çok daha ekonomik olan bu doğal hammadde kaynaklarının ve atığın alümina-silika esaslı kompozit aerojel üretiminde kullanılarak değer kazandırılması bu tez çalışmasının temel hedeflerindendir. Aerojeller düşük termal iletkenlik ve yoğunluğun yanında yüksek yüzey alanına ve nano boyutlu gözenekliliğe sahip olduklarından günümüzde çeşitli alanlarda önem kazanmış ve birçok kullanım potansiyeline sahip olmaya başlamıştır. Alümina aerojeller, yüksek sıcaklıklara (1700°C'ye kadar) dayanabilen, yüksek bir mekanik mukavemete sahip, birçok kimyasala karşı dirençli olmakla birlikte; darbelere karşı kırılgan ve hassas olabilmektedir. Silika aerojeller, alümina aerojellere göre daha düşük mekanik mukavemete sahip olmakla birlikte, yüksek sıcaklıktaki kırılganlığı, sinterleme davranışı, yüksek maliyeti gibi tüm bu olumsuzluklara çözüm olmak ve termal kararlılığı arttırmak için alümina-silika esaslı kompozit aerojel üretimi özellikle doğal hammadde kaynaklarımız ve atık malzeme kullanılarak yapılmıştır. Böylece silika aerojele daha yüksek termal ve boyutsal kararlılığa sahip bir refrakter malzemenin (alümina gibi) eklenmesi ile oluşturulan kompozit aerojelin termal kararlılığının arttırılması sağlanacaktır. Mevcut çalışmada pahalı sentetik başlangıç kimyasalları yerine ülkemizde rezervi bol olan hammaddelerden şamot tuğlası, eloksal atık, perlit, zeolit, diatomit ve vollastonit kullanılarak farklı Si ve Al elementel oranlarına sahip hafif, düşük yoğunluklu, iyi mekanik özelliğe, termal dayanıklılığa ve düşük termal iletkenliğe sahip yalıtım alanında kullanılanlara alternatif olarak kullanılabilecek alümina-silika esaslı aerojel tozları üretilmiştir. Sol-jel tekniği ile çözeltiye alınan doğal ve atık malzemeler, jelleşme ve yaşlandırma prosesleri tamamlandıktan sonra atmosferik şartlarda kurutulmuş ve üretilen aerojel tozlarının karakterizasyonu, FT-IR, SEM ve FESEM-EDS, XRD, BET, termal iletkenlik ve yoğunluk analizleri ile gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizler sonucunda sentezlenen alümina-silika esaslı aerojel tozlarının nano boyutlarda, mikro ve mezo gözenekli yapıya (~1,9-2,1 nm) sahip oldukları görülmüştür. FTIR analizlerinde görülen -OH pikleri, yapıda fiziksel suyun adsorblandığını, Si-O-Al ve Si-O-Si pikleri, üretilen aerojel tozlarının kuvvetli Al ve Si bağlarını içerdiğini göstermektedir. BET analiz sonuçlarına göre, alümina-silika esaslı aerojel tozlarının yüzey alanları, partikül boyutları (gözenek çapı ve genişliği), gözenek hacimleri belirlenmiş olup; yüzey alanları 13,36-248,35 m2/g aralığında, gözenek çapları 18,783-20,01 Å aralığında, gözenek genişliği 20,574-20,968 Å aralığında, ortalama partikül boyutları 241,598-4492,363 Å aralığında ve gözenek hacimlerinin 0,006416-0,12199 cm3/g aralığında olduğu görülmüştür. Termal iletkenlik testinde alümina-silika esaslı aerojel tozlarında beklenen düşük termal iletkenlik katsayıları elde edilmiş olup; 0,0608-0,0950 W/mK aralığında olduğu tespit edilmiştir. Hacmi belli olan bir kap yardımıyla alümina-silika esaslı aerojel tozlarının yoğunlukları ölçülmüş ve oldukça düşük değerler (0,176-0,825 g/cm3 aralığında) tespit edilmiştir. Termal iletkenlik ve yoğunluk değerlerinin daha düşürülebilmesi için yeterli tozun bulunduğu numuneler için ekstra bir yıkama adımı daha yapılmış olup yeni yoğunluk değerleri 0,14-0,34 g/cm3 aralığında, termal iletkenlik katsayıları da 0,058-0,0778 W/mK aralığında tespit edilmiştir.
Zeytin çekirdek atıklarının aktif karbona dönüşümü amaçlı sistem tasarımı
Karbon ayak izi bir bireyin, kurumun veya bir topluluğun sera gazı salınımının miktarını ifade eder. Karbon ayak izini azaltmak, çevre sağlığını korumak açısından önemlidir. Yeşil üretim yöntemleri ve atıkların minimize edilmesiyle karbon salınımının azaltılması mümkündür. Yeşil üretim, doğa dostu malzemelerin kullanılması, enerji verimliliğinin artırılması ve atıkların uygun şekilde berataraf edilmesi yöntemleri ile gerçekleştirilir. Evsel ve endüstriyel atıkların doğru bir şekilde bertaraf edilmesi çevrenin korunmasına yardımcı olur. Organik atıkların ayrı bir şekilde bertaraf edilmesi, geri dönüşümünün sağlanması ve yeniden kullanılması da çevre için önemlidir. Organik atıklar, ceviz kabuğu, fındıkkabuğu, fındık zürufu, mısır koçanı, pirinç kabuğu, çay atığı, pirina, meyve suyu posası, zeytin çekirdeği, arıtma çamuru, dökülmüş ağaç yaprakları gibi hem evsel hem de endüstride kullanım sonrası oluşan atıklardır. Bu atıkların çevreye zarar vermeden bertaraf edilmesi atığın geri kazanılması ile mümkündür. Bu sebeple çevreye zarar vermeden atıkları geri kazanmak için geliştirilen birçok yöntem literatürde mevcuttur. Organik atıkların yapısında C, H, O, N ve S bulunması sebebiyle bu atıklar enerji üretiminde kullanılmaktadır (ısı, yakıt, elektrik). Söz konusu geri kazanım yöntemlerinden biri de organik atıktan aktif karbon (AK) üretimidir. Aktif karbon (AK), amorf ve oldukça geniş mikro kristalografik yapıdan oluşmuş, kuvvetli çekim gücüne sahip bir adsorbandır. Aktif karbonun gözenekli yapısı, çeşitli moleküllerin içine girebileceği ve bu molekülleri yüzeyine adsorbe edebileceği mikroskobik boşlukları ifade eder. Gözenekli yapısı, aktif karbonun büyük yüzey alanına sahip olmasını sağlar. Bu gözenekler, aktif karbonun iç yapısında bulunan mikro, mezo ve makro gözenekler şeklinde çeşitli boyutlarda olabilir. Bu çeşitli gözenek türleri, aktif karbonun adsorpsiyon yapma yeteneğini artırır. Aktif karbon, bu özelliği sayesinde sıvı veya gaz fazındaki birçok organik ve inorganik bileşiği çekebilir. Bu adsorpsiyon özelliği, aktif karbonun su arıtma, hava arıtma, kimyasal işlemler, endüstriyel süreçler, tıp, farmasötik ve gıda endüstrisi gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmasının temel nedenlerinden biridir. Aktif karbon ceviz kabuğu, fındıkkabuğu, fındık zürufu, mısır koçanı, pirinç kabuğu, çay atığı, pirina, meyve suyu posası, zeytin çekirdeği gibi tarımsal kökenli atıklardan üretilebilen bir malzemedir. Aktif karbon üretimi, hammaddenin yüksek sıcaklık ve asal bir atmosfer sürecinden geçirilmesiyle gerçekleştirilir. Bu süreçte hammadde, fiziksel ve/veya kimyasal aktivasyon ile aktive edilerek, atıktan yüksek oranda gözenekli bir yapıya sahip aktif karbon elde edilmiş olur. Bu sayede atıkların doğaya zarar vermesi önlenirken aynı zamanda ekonomik bir kaynakta elde edilmiş olur. Ülkemizde hemen hemen her alanda aktif karbon kullanılmakta olmasına rağmen ticari olarak faaliyet gösteren bir aktif karbon üretim tesisi bulunmamaktadır. Bundan dolayıdır ki ülkemizdeki aktif karbon üretimine uygun biokütle kaynaklarının miktarve mevcut durumunun belirlenmesi ve bu atıklardan aktif karbon üretimi için en uygun prosesin ortaya koyulması önemli bir ihtiyaçtır. Bu doktora tez projesinde zeytin çekirdeklerinden (ZÇ) fiziksel aktivasyon yöntemiyle ticari aktif karbona eşdeğer ürün üretilmesine odaklanılmıştır. Literatürde ZÇ daha çok kimyasal yöntemlerle işleme tabi tutularak AK'a dönüştürülmüştür. Fiziksel aktivasyon kimyasal aktivasyona kıyasla daha çevreci bir yöntem olması nedeniyle bu çalışmada tercih edilmiştir. Dinamik ortamda, tek aşamalı ve CO2 gazının kullanıldığı fiziksel aktivasyonla AK üretim denemeleri ile ilgili yaklaşıma ulaşılabilen literatürde rastlanmamıştır. Bu kapsamda üretim süreç yaklaşımları ile bu çalışma özgün bir içerik sunmaktadır. Kullanılan parametreler, sıcaklık, tane boyutu, gaz cinsi, statik ve dinamik olmak üzere fırın tipidir. Sentezlenen AK'a SEM, BET, XRD, FTI-R, RAMAN ve elementel analiz testleri uygulanarak nitelikli ürün elde edilmesine yönelik optimum koşullar belirlenmiştir. Bu amaçla üretilen AK, geleneksel üretim yöntemlerine alternatif metot olan tek basamaklı üretim yaklaşımı ve ayrıca dinamik fırın sistemi ile de üretim denemeleri gerçekleştirilmiştir. Hammadde 70 oC'de kurutulduktan sonra öğütülerek tane boyutuna göre tasniflenmiştir. 1-3 mm ve 0,15 mm boyutlarındaki hammaddenin, 500 ile 1000 oC aralığında belirli sürelerde azot (N2) ve/veya karbondioksit (CO2) gazı altında karbonizasyon ve/veya aktivasyonu gerçekleştirilmiştir. Geleneksel yöntemde, hammadde (zeytin çekirdeği) belirli sıcaklık, süre ve gaz akışı altında işlenerek bir çara dönüştürülür. Ardından, bu çar, fırın sıcaklığı artırılarak aktivasyon aşamasına geçilir. Aktivasyon sürecinde ise belirli sıcaklık, süre ve gaz akışı altında çar, nihai ürün olan aktif karbona dönüştürülür. Öte yandan, tek basamaklı metot, hammaddenin tek bir sıcaklık ve gaz akışında belirli süreler boyunca işlem gördüğü bir yöntemi ifade eder. Bu yöntemde, aktivasyon ve karbonizasyon aynı anda gerçekleştirilir, bu da işlem süresini kısaltır ve verimliliği artırır. Her iki yöntem ile optimum şartlar oluşturmak için deneysel çalışmalarda hem statik hem de dinamik tip fırın kullanılmıştır. Sonuç olarak aktif karbon üretiminde hem geleneksel hem de tek basamaklı üretim metodu kullanılmış ve iki fırın tipinin kıyası yapılarak optimum koşullar oluşturulmuştur. Bu bağlamda tek basamaklı üretim metodu ile elde edilen aktif karbonların gelişmiş gözenekliliğe ve geniş yüzey alanına sahip olduğu ortaya konulmuştur. Sentezlenen aktif karbonların yüzey alanları 350 ila1313 m2/g arasında elde edilmiştir. Hem statik hem de dinamik tip fırın sisteminde ticari aktif karbona eşdeğer ürün elde edilmiştir. Nitelikli aktif karbonlar, dinamik tip fırında 800 ve statik tip fırında 900 oC sıcaklıkta 3 saat CO2 akışında bekleyen hammaddelerden elde edilmiştir. Elde edilen bulgulara göre dinamik sistemde statik sisteme göre daha düşük bekleme süresinde daha iyi yüzey alanı elde edildiği sonucuna varılmıştır. Ürün nitelikleri incelendiğinde dinamik sistem ile daha düşük sıcaklıkta ticari aktif karbona eşdeğer ürün elde edildiği görülmektedir. Yüksek sıcaklık, hammadde yapısındaki organik ve inorganik maddelerin yapıyı hızlıca terk etmesine, dolayısıyla verimde düşüşe ve elde edilen üründe boşluk (gözenek/por) oluşumuna neden olmaktadır. Bununla birlikte sıcaklığın gereğinden fazla artması gözenek çökmesine ve verimde düşüşe sebep olmuştur. Bu çalışmada karbonizasyon ve aktivasyon süreçlerinde gaz cinsinin etkisi belirlenmiş ve CO2 moleküllerinin yüksek sıcaklık ve belirli bir akışta karbon yüzeyine adsorbe edilerek karbonun yüzey alanını artırdığı ortaya konmuştur. Deneylerde zeytin çekirdeğinin iki farklı boyutu kullanılmıştır (0,15 mm ve 1-3 mm). Yapılan deneysel çalışmalar gösteriyor ki kullanılan hammaddenin tane boyutu küçüldükçe genel olarak yüzey alanı da artmaktadır. Sıcaklık artışıyla da (belirli bir sıcaklığa kadar) elde edilenaktif karbonların yüzey alanında belirgin bir artış görülmektedir. Statik sistemle yapılan deneysel çalışmalarda küçük taneli (0,15 mm) ürünlerde özgül yüzey alanının daha geniş olduğu ortaya koyulmuştur. Bu sebeple dinamik sistem ile yapılan çalışmalarda 0,15 mm tane boyutundaki hammadde ile deneylere devam edilmiştir. Yapılan test ve analizler sonucunda, N2 gazının karakteristik açıdan nihai ürüne belirgin bir etkisinin olmadığı belirlenmiştir. Bu bulgu, karbonizasyon aşamasında N2 gazının kullanımının, geleneksel metotla üretilen bu malzemenin (AK) özellikleri üzerinde belirgin bir değişiklik yapmadığını göstermektedir. Bu nedenle, dinamik sistemde sadece CO2 gazı kullanılarak çalışılmıştır. Çalışmanın diğer bir önemli çıktısı CO2 ile yapılan aktivasyon işleminde geniş bir mikro gözenekliliğe ulaşılabiliyor olmasıdır. Bu gazın kullanımı ile aynı zamanda üretim maliyeti açısından da önemli avantajların sağlanabileceği değerlendirilmiştir. Mikro gözenekliliğe sahip AK'ların adsorpsiyon yeteneği artmakta ve daha etkili bir adsorban haline gelmekte olduğu literatürde raporlanmaktadır. Bu malzeme (AK), endüstriyel atık gazların arıtılması, su arıtımı, pillerde katot malzemesi ve kimyasal prosesler gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu kapsamda bu çalışmada elde edilen ürünlerden bir tanesi Li-O2 (Li-hava) pillerinde katot malzemesi olarak kullanılabilirliği test edilmiş ve başarılı bir sonuç elde edilmiştir. Bu tez çalışması ile zeytin çekirdeklerinden üretilecek karbonların (karbon siyahı ve/veya aktif karbonların) üretim akış diyagramının oluşturulması ve teknolojik / endüstriyel ürün maliyet analizi konusunda da bir deneme çalışması yapılarak tez sonucu nitelikli sunulmuştur.
Termo-reaktif difüzyon tekniği ile çeliklerin NBN kaplanması ve özelliklerinin araştırılması
Bu çalışma kapsamında gerçekleşen deneylerde AISI 1010, AISI 4140, AISI M2 çeliklerinin yüzeylerine termo-reaktif difüzyon yönteminden yararlanarak NbN kaplama işlemi uygulanmıştır. Çeliklerin yüzeylerinde NbN kaplamalar elde etmek amacı ile ilk olarak çelik yüzeylerinde azotça zengin bir tabaka elde edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda AISI 1010, AISI 4140, AISI M2 çelikleri nitrasyon işlemine tabi tutulmuştur. (530° C de 10 saat). Nitrasyon işleminin ardından çelik yüzeylerine termo reaktif difüzyon yöntemi ile niyobyum kaplanmıştır. Niyobyum nitrür kaplama işlemi 1000° C'de 2 saat süre ile katı ortamda gerçekleşmiştir. Niyobyum nitrür kaplama için yararlanılan kutu sementasyon yönteminin katı ortamı içerisinde; ferro-niyobyum, amonyum klorür, alümina ve naftalin yer almaktadır. Nitrasyonlama işleminin ardından gerçekleşen niyobyum nitrür kaplama işlemi tamamlandıktan sonra üç çelik yüzeyde de NbN kaplama tabakaları elde edilmiştir. Termo-reaktif difüzyon yönteminden yararlanarak elde edilen kaplama yüzeylerinin yapısal karakterizasyonları ve faz analizleri araştırılmıştır. Bu araştırma kapsamında optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu (SEM), SEM-EDS, MAP, çizgisel analiz ve X- ışınları paternlerinden yararlanılmıştır. Bu deneyler kapsamında kaplama tabakasının varlığı, kalınlığı, homojenizasyonu, difüzyon derinliği verilerine ulaşılmıştır. Trd yöntemi ile kaplanmış, nitrürlenmiş çelikler ayrı ayrı bakalite alınmış ardından metalografik teknikler ile hazırlanın çelikler %3 nital yardımı ile dağlanarak yüzey morfolojileri ortaya çıkartılıp optik mikroskop yardımı ile kaplamalar incelenmiştir. İncelemelerimizde kaplama işlemine tabi tutulmuş farklı çelik türlerinin (AISI 4140, AISI 1010, AISI M2) yüzeylerinde homojen ve süreklilik arz eden bir tabaka olduğu tespit edilmiştir. Kaplama tabakası en kalın ölçülen ve difüzyon derinliği en derin seviyede gözlemlenen çelik AISI M2 çeliği olarak tespit edilmiştir. AISI M2 çeliğinin içerisinde bulunan alaşım elementleri kaplama tabakasının daha fazla difüze olmasında etkili olmuştur. Nitrürlenmiş ve NbN kaplanmış AISI 1010, AISI 4140 ve AISI M2 çeliklerinin elementel haritalandırmasında tüm çeliklerin kaplama tabakaları ve kaplama yüzeylerinin homojen olduğu görülmektedir. Nitrürlenmiş çeliklerde yüzey yüksek oranda azot içermektedir. Aynı zamanda niyobyum kaplanmış tüm çeliklerin elementel haritalandırmasında yüzeyde niyobyum çok yüksek oranda bulunurken yüzeyden matrise inildikçe nitrür oranı artmaktadır. NbN kaplama tabakasının mekanik özelliklerindeki gelişimi gözlemlemek amacı ile sertlik testleri yapılmıştır. NbN kaplanmış AISI 1010, AISI M2, AISI 4140 çeliklerinin yüzeylerinde oluşan kaplama tabakalarının, arayüzey matrisinin ve ana malzeme matrisin sertlik ölçümleri vikers sertlik ucu kullanılarak 15 gr yük altında ölçülmüştür. Termo-reaktif difüzyon işlemi ile NbN kaplanmış çelikler içinde en sert kaplama tabakasına sahip çelikler sırası ile AISI M2, AISI 4140 ve AISI 1010 çelikleri olarak belirlenmiştir. AISI M2 çeliğinin en yüksek sertlik değerine sahip olmasını başlıca nedeninin, çelik yüzeyinde oluşan M2 çeliğinin alaşım karbürlerinden (NbN, Nb2CN) kaynaklandığı düşünülmektedir. Çelik yüzeylerine uygulanan NbN kaplama tabakalarının, korozyon davranışlarında yarattığı gelişimin gözlemlenmesi amacı ile her üç çelik türü için de saf, nitrürlü ve niyobyum nitrür kaplanmış numunelere ayrı ayrı Gamry marka potansiyostat-galvanostat cihazı kullanılarak korozyon testleri yapılmıştır. Yapılan bu testler üç elektrot tekniği kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Yardımcı elektrot olarak görev alması adına grafit, referans elektrot olarak görev alması adına ise kalomel kullanılmıştır. Korozyona tabi tutulan alan 0,2874 cm2 olarak belirlenmiştir. Deneyler oda sıcaklığında geçekleştirilmiş olup korozif ortam olarak 0,5 M NaCl, 1 M H3BO3, 1 M H3PO4 çözeltileri kullanılmıştır. Bu deneyler sonucu tafel ekstrapolasyon (TP) ve elektrokimyasal empedans spektrometresi (EIS) olarak iki farklı eğri elde edilmiştir. Elde edilen eğrilerden korozyonun sahip olduğu akımını (Ikor), korozyonun sahip olduğu potansiyeli (Ekor) ve korozyonun sahip olduğu hızı değerleri tespit edilmiştir. Test sonucunda oluşan grafikler her bir ortam ve çelik türü için aynı grafik üzerinde gösterilmiş ve bu sayede korozyon gelişiminin gözlemlenmesi daha kolay olmuştur. Bu parametreler doğrultusunda elde edilen tafel grafiklerinin yardımı ile korozyonun sahip olduğu akımını (Ikor), korozyonun sahip olduğu potansiyel (Ekor) ve korozyon hızı değerleri Gamry Ins firmasının Echem Analyst isimli programından yararlanılarak hesaplanmıştır. Alternatif akım yöntemlerinden olan EIS yöntemi ile 1 Hz ile 300000 Hz frekans aralığında ve 10 mV rms alternatif voltaj parametrelerinde korozyon testlerin gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen testler ile elde edilen gerçek empedans ve sanal empedans değerleri arasında oluşturulan Nyquist kavislerinin gözlemlenen çapları korozyonun etkisine maruz kalan NbN tabakaların korozyon direnci hakkında değerlendirme yapılmasını sağlamaktadır. Elde edilen kavislerin çap genişliklerinin yüksek olması çeliklerin korozyon direncinin yüksek olduğunu göstermektedir. Geniş çapa sahip eğriler malzemelerin korozyon direnci yüksek olduğunu göstermektedir. Bu veriler göz önünde tutularak NbN kaplama uygulanan AISI 4140, AISI 1010 ve AISI M2 metallerini üç ortam için de (0,5 M NaCl, 1 M H3BO3, 1 M H3PO4 ) en yüksek korozyon dayanımına sahip olduğu gözlemlenmiştir. Korozyon deneylerinin gerçekleşmesinin ardından korozyonun geçekleştiği korozif bölgede oluşan elementlerin ve korozyona uğramış bölgenin mikroyapısının incelenmesi amacı ile taramalı elektron mikroskobu yardımı ile SEM ve EDS analizleri gerçekleştirilmiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile hem yüzey mikro yapıları incelenirken aynı zamanda elementel analiz yapılarak korozyon sonrası yüzeydeki element varlıkları değerlendirilmiştir. Değerlendirmeler sonucunda işlem görmemiş çelik malzemelerin nitrürlenmiş ve NbN kaplanmış çeliklere göre daha fazla korozyona uğradığı ve yüzeylerinde yüksek orana demir oksit bulunduğu gözlemlenmiştir. NbN kaplanmış yüzeylerde ise korozyonun çok daha yavaş ilerlediği gözlemlenmiştir. Yapılan çalışma sonucu NbN kaplanan 3 çelik türü (AISI 1010, AISI4140, AISIM2) içinde korozyon dayanımında, mekanik özelliklerinde gelişim gözlemlenmiştir.
İkiz merdaneli döküm yönteminde bakır ve çelik shell ile üretilen 5005 alüminyum alaşımlarında üretim parametrelerinin, mekanik özelliklerin ve mikroyapıların incelenmesi
Bu çalışma, yassı mamül üretim yöntemlerinden biri olan ikiz merdaneli döküm yönteminde katılaşmanın meydana geldiği merdaneler üzerine gerçekleştirilmiştir. Katılaşmanın meydana geldiği merdaneler kor ve shell olmak üzere iki bileşenden oluşmaktadır ve kor ile shell arasında dolaşan su ile de shell malzemesi soğutulmaktadır. Shell ile kor malzemesi birbirine sıkı geçme yöntemiyle geçirilmektedir. Döküm merdaneler katılaşma esnasında yüksek yüklere ve termal çevrime maruz kaldığından sıklıkla shell malzemesi olarak alaşımlı dövme çelik kullanılmaktadır. Bakır elementinin çeliğe nazaran ısıl iletkenlik katsayısı çok daha yüksek olduğu bilinmektedir. Bu nedenle hem katılaşmanın hızlı gerçekleşmesi hemde prodüktivite artışı gibi malzeme ve üretimi etkileyen önemli faktörlerden ötürü çelik shell yerine bakır shell malzemesi de endüstriyel olarak kulanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, alaşımlı çelik/çelik shell yerine, çelik/bakır shell çifti kullanılmıştır. İkiz merdaneli döküm yönteminde asıl ilk katılaşmanın başladığı alt merdane olmasından mütevellit, berilyum alaşımlı dövme bakır shell burada kullanılmıştır. Üst merdanede ise alaşımlı standart çelik shell kullanılmıştır. Çelik/Bakır shell çiftinin, çelik/çelik shell çiftine nazaran, magnezyum açısından zengin olan ve neredeyse her sektörde sıklıkla tercih sebebi olan 5005 alüminyum alaşımı üretimindeki parametreler, mikroyapılar ve mekanik özelliklerine olan etkisi araştırılmıştır. Bu araştırmada, 8 farklı proses rotası belirlenmiştir. Bu 8 farklı rotadaki hem numunenin ayrı ayrı ölçümleri gerçekleştirilmiş ve sonuçları irdelenmiştir. Öncelikle, ikiz merdaneli döküm yöntemi ile hem çelik/çelik hem de çelik/bakır shell ile 5-7mm kalınlık aralığında üretilen levhalardan tam boy numuneler alınmıştır. Alınan döküm kalınlığındaki numuneler, laboratuvar ölçekli haddeleme makinasına koyularak, %82 deformasyon oranıyla soğuk haddelemeye tabii tutulmuştur. Ardından ara tav yapılmak üzere laboratuvar ölçekli tav fırınlarına 4'er saat olacak şekilde 4 farklı sıcaklıkta (330, 350, 370 ve 390ºC) koyularak ısıl işleme tabii tutulmuştur. Ara tav sonrasında her numune tekrar %50 deformasyon oranıyla soğuk haddelenerek nihai kalınlıklarına indirilmiştir. Bu çalışma kapsamında, mikroyapı analizlerinde optik mikroskop ve SEM cihazları kullanılmıştır. Mekanik özelliklerin analizlerinde, çekme test cihazı, Erichsen çökertme test cihazı ve mikrosertlik ölçüm cihazı kullanılmıştır. Bunlara ek olarak elektriksel iletkenlik ölçümü de yapılmıştır. Çıkan sonuçlara göre, üretim parametrelerinin bir çıktısı olan verimlilik t/h/m cinsinden kıyaslandığında, St/Cu shell çifti tarafında yaklaşık % 40 – 60 prodüktivite artışı yakalanmıştır. Döküm kalınlığındaki mikroyapı incelemesinde, shell ile temas eden yüzeylerde bulunan tane yapılarında ciddi oranda fark olduğu tespit edilmiştir. Bakır shell ile temas eden yüzey, çelik shell ile temas eden yüzeye kıyasla daha iri taneli bir yapıda olduğu görülmüştür. BF görüntülerinde inklüzyonların bakır shell tarafında ciddi oranda azaldığı ve MHS'nin 0.503 mm kadar çelik shell tarafına ötelendiği görülmüştür. Bakırın termal iletkenliği çeliğe nazaran yüksek olmasından ötürü hızlı katılaşma sağlanarak aşırı doymuş bir matris yapısı elde edilmiştir. Döküm esnasında uygulanan yüke ve sıcaklığın etkisiyle kısmi dinamik rekristalize olan bakır shell tarafında tane büyümesi yaşanmıştır. SEM EDS analizlerinde de intermetaliklerin azaltılmış ve matrisin aşırı doyurulmuş olduğu kanıtlanmıştır. Farklı sıcaklıklarda 4'er saat uygulanan ara tav işlemlerinde ise, döküm esnasında gerçekleşen kısmi dinamik rekristalizasyondan ötürü daha düşük ara tav sıcaklığında rekristalize olunabileceği gözükmektedir. Mekanik özellikler incelendiğinde de, Vickers cinsinden alınan mikrosertlik ölçümlerinde yaklaşık %30'luk bir artış gerçekleşmiştir. Çekme ve Erichsen test sonuçları da çelik/bakır shell çiftinin mekanik özelliklere olan etkisinin üstünlüğünü doğrulamaktadır. Elektriksel iletkenlik ölçümleri de matrisin aşırı doygun olduğunu kanıtlar nitelikte sonuçlar vermiştir. Bakır shell, kısa kullanım ömrü dezavantajının yanı sıra; yüksek prodüktivite, yüksek hat hızı, düşük tav sıcaklığı vb. gibi birçok avantajlar sağlamakta ve endüstriyel olarak TRC döküm yönteminde başarılı bir şekilde kullanılabilmektedir.
KNNS-BNW seramiklerin ZnO katkısına bağlı olarak dielektrik özelliklerinin incelenmesi
Seramikler, elektronik uygulamalarda birçok amaçla kullanılan yaygın bir malzeme grubudur. Gelişen teknolojik faaliyetler neticesinde birçok alanda enerjiyi depolama ve dönüştürme yeteneklerinden faydalanılan piezoelektrik malzemelere ihtiyaç duyulmaktadır. Piezoelektriklerin endüstride en yaygın kullanımı geleneksel seramiklerden farklı olarak üretilen sensörler, kapasitörler (kondansatörler), aktüatörler, dönüştürücüler ve dielektrik malzemeler olarak faaliyet gösteren ileri teknoloji seramikleridir. Kurşunun elektronik özelliklere pozitif katkılar sağladığı keşfedildikten sonra kurşun-zirkonat-titanat (PZT) bileşimi endüstride kullanılan en iyi piezoelektrik malzemelerden birisi olmuştur. Ancak günümüzde yapılan çalışmalar ağır metaller içerisinde yer alan kurşunu, yüksek toksisite değerleri göstermesinden dolayı çevreye ve canlılığa zararlı etkileri olan bir tehdit unsuru olarak görmektedir. Bu sebeple kurşun içermeyen malzeme gruplarına yönelim artmış ve araştırma çalışmaları günden güne hız kazanmıştır. Bunlar içerisinde ABO3 tipi kristalleşen potasyum sodyum niyobat (KNN), potasyum stronsiyum niyobat (KSN), baryum titanat (BT) ve bizmut sodyum titanat (BNT) gibi perovskit yapılar önem kazanarak elektriksel özellikleriyle dikkat çekmiştir. Kurşun içermeyen malzeme grupları içerisinde KNN bileşimi yüksek Curie sıcaklığı (TC) ve düşük dielektrik kayıp özellikleri göstermesi sebebiyle umut vadedici bir malzemedir. KNN gibi perovskit seramiklerinin yaygın olarak kullanıldığı dielektrik malzemeler elektrik akımını taşıyan serbest elektronlara sahip değildir ancak bir elektrik alan altında polarize olarak elektrik yükünü depolamada veya kapasitansı arttırmada kullanılabilirler. Seramik malzemeler bileşimlerinde alkali ve toprak alkali bileşikler, silikatlar, alüminatlar, metal oksitler bulunduran malzeme gruplarından biridir. Bağ yapılarındaki iyonik ve kovalent durumlar, değişken kristalizasyon yapıları ve bileşim kombinasyonlarının fazla olması gibi sebepler neticesinde araştırma ve geliştirme çalışmaları devam etmektedir. Seramiklere çeşitli katkı maddeleri eklenerek kimyasal ve mekanik özellikleri değiştirilebilmekte ve bu sayede mevcut malzemelerin geliştirilmeleri veya alternatiflerinin üretilmesi sağlanmaktadır. Bu çalışmada kurşun içermeyen potasyum sodyum niyobat (KNN) tipi seramiklere farklı oranlarda ZnO katkısının [0,955(K0,52Na0,48)(Nb0,96Sb0,04)O3 – 0,045(Bi0,5Na0,5)(Zn0,5W0,5)O3] seramik sistemi (KNNS-BNZW) üzerindeki dielektrik özelliklere etkisi araştırılmıştır. Hammaddeler stokiyometrik oranlarda tartılarak ZnO katkısız KNNS-BNW ve ağırlıkça %0,05 - %0,1 ve %0,2 ZnO katkılı olacak şekilde hazırlanmıştır. Seramik tozu üretimi için toz metalurjisi yöntemi kullanılarak hammaddeler bilyeli değirmende etil alkol ortamında öğütülmüş ve kurutularak 890 ˚C sıcaklıkta 8 saat kalsinasyon yapılmıştır. İkinci kez öğütme ve kurutma aşamalarından geçirilerek elde edilen ZnO katkılı ve katkısız KNNS-BNW seramik tozları ayrı ayrı 200 MPa basınç altında tek eksenli presleme yöntemiyle şekillendirilmiştir.Geleneksel sinterleme metoduna göre 1160 ˚C sıcaklıkta 14 saat sinterlenerek üretim tamamlanmıştır. Sinterlenen seramik numunelerin yoğunluğu ölçülmüştür. Tozların ve sinterlenmiş seramik numunelerin karakterizasyonunda XRD, SEM ve EDS ile faz analizleri, mikroyapı özellikleri ve elementel analizi yapılmıştır. Yapılan XRD ölçümlerinde KNNS-BNW ve KNNS-BNZW seramiklerinin oda sıcaklığında perovskit kristal sisteminde olduğu, SEM incelemelerinde üretilen KNNS-BNW ve KNNS-BNZW seramiğinin yoğun bir yapı sergilediği görülmektedir. Dielektrik ölçümler için seramik numuneler gümüş pasta ile kaplanarak yüzeyleri iletken hale getirilmiştir. 50 Hz – 1 MHz aralığında farklı frekans ve sıcaklık değerlerine bağlı ölçümler yapılmış, kapasitans (C) ve kondüktans (G) değerleri ölçülmüştür. Ölçüm sonuçlarından dielektrik sabit (Ɛr) ve dielektrik kayıp (tanδ) değerleri hesaplanmıştır. 25 ˚C sıcaklıkta 1 kHz frekans ile yapılan ölçümde %0.05, %0.1 ve %0.2 ZnO katkılı bileşimler için Ɛr değerleri sırasıyla 1113.4, 1302.2, 856.7 ve tanδ değerleri ise 18.72, 0.55 ve 4.09 değerleridir. Seramik bileşimlerin Curie sıcaklığı (TC) yaklaşık 240 ˚C'de görülmektedir. Dielektrik ölçüm değerleri incelendiğinde üretilen KNNS-BNW esaslı seramik bileşiminin kurşun içeren seramik bileşimleri yerine kullanılabileceği görülmektedir.
Biyouyumluluk için CVD/CVI yöntemiyle üretilen karbon/karbon kompozitlerin araştırılması
Üç boyutlu örgü yapısındaki karbon fiber preformlar etrafında Kimyasal Buhar Biriktirme-İnfiltrasyonu (CVD-CVI) yöntemi ile pirolitik karbon matrisi oluşturarak karbon/karbon kompozit yapılar elde edilmiştir. Ardından üretilmiş olan C/C kompozitler iki gruba ayrılmış, bir gruba CVD yöntemi ile SiC (silisyum karbür) kaplama yapılmıştır. Kaplamalı ve kaplamasız numuneler ayrı ayrı incelenmiştir. Bu malzemelerin canlı vücudunda implant olarak kullanılabilmesi için yapısal, termal, mekanik ve stotoksisite gibi testlere tabii tutularak biyouyumlulukları araştırılmıştır
Lityum iyon piller için baskı teknolojilerine uygun LFP/RGO katotların geliştirilmesi
Bu tez çalışmasında lityum iyon piller için LiFePO4 (LFP) esaslı katotlar hammadde olarak düşük maliyetli demir nitrat içeren bileşikler ile baskı tekniğine uygun reolojik özelliklere sahip mürekkepler şeklinde sentezlenerek LFP/C/rGO elde edilmiştir. LFP esaslı pillerin mükemmel termal stabilitesi, çevre dostu olması ve yaygın kullanılabilirliği gibi avantajlara sahip olduğundan içerdikleri pozitif elektrotlar tercih edilen bir katot malzemesi olarak kabul edilmektedir. Fakat LFP pillerin doğası gereği zayıf elektriksel iletkenliği olduğundan karbon kaplama yöntemi uygulanmıştır. Dolayısıyla bu tez çalışmasında özgün olarak LFP'nin elektrokimyasal davranışını iyileştirmek ve iletkenliğine katkı sağlamak için karbon kaynağı olarak sükroz kullanılmıştır. Solüsyon yanma senteziyle farklı yakıt oranları denenerek önce LFP tozları üretilmiş ve üretilen bu tozlar yapısal ve morfolojik karakterizasyon yöntemlerine tabi tutularak faz yapısındaki ortaya çıkan sonuçlar sunulmuştur. LFP tozu sentezleme esnasında yakıt oranına göre gerçekleşen reaksiyon, giren yanma ürünleri az olduğu durumda yetersiz yanma oluşmuş fakat fazla olduğu durumda da reaksiyona daha fazla ısı girdisi sağladığından demirin de oksitlenmesine sebebiyet vermiştir. Denenen bu yakıt karışımlarından aralarında en iyi olan ürünler/yakıt oranı seçilerek (4:1) çevrim sonucu da gösterilmiştir. Bu sonuçlar doğrultusunda pil fonksiyonu her ne kadar iyi olsa da deşarj kapasitesi 170 mAh g-1 teorik kapasitesinden hala uzakta kalmaktadır. İhtiyaç olan bu noktada LFP tozlarına karbon kaplayarak iletkenliğinin arttırılması için farklı oranlarda karışımlar hazırlayarak parametre çalışması yapılmıştır. Temelinde solüsyon sentezinin kullanılmasının asıl sebebi de budur. Çünkü diğer yöntemlere nazaran üretimi daha kolay ve daha az hammadde kullanılarak parametrik olarak sonuçları diğer sentez yöntemlerine göre çabuk şekilde almak mümkündür. En iyi yakıt oranında sonuç alınan LFP tozlarını aynı hacimdeki ayrı krozelerde farklı sükroz karışımlı tozları hazırlanmış ve kalsinasyona tabi tutularak karbon kaplı LiFePO4/C yapısına sahip kompozit tozlar üretilmiştir. Karbon kaplı LFP tozlarının iletkenlik ve çevrim sonuçları EIS sonuçlarıyla da desteklenerek iletkenliğin arttığı, iç direncin düştüğü desteklenmiştir. Bu sayede hem LFP/C kompoziti elde edilmiş hemde deşarj kapasitesi gibi özelliklerin önemli ölçüde iyileştirilebildiği gösterilmiştir. Hazırlanan LFP/C yapısındaki iletken ağa ek bir karbon katkısıyla kapasitenin arttırılabilmesi ve döngü performansının iyileştirilebilmesi mümkün olabilmektedir. Bunun için LFP/C kompozitine indirgenmiş grafen oksit (rGO) eklemek iletken ağa makul bir katkı yapmaktadır. rGO'nun elde edilme süreci, modifiye edilmiş Hummers yöntemi ile başlar. Ayrıca rGO'nun karbon siyahı 'dan (CB) daha yüksek bir iletkenliği vardır. Elde edilen LFP/C/rGO kompoziti bu sayede hem iletkenliği optimize edilebildiği hemde deşarj kapasitesi, döngü performansı gibi özelliklerinin iyileştirilebildiği gösterilmiştir. Son aşamada ise optimize edilmiş LFP/C/rGO kompoziti ile elektrot üretimi için baskılanmaya hazır mürekkepler sentezlenmiştir. Baskı elektroniği, elektronik devrelerin basılmasını içeren bir teknolojidir. Sensörler, şeffaf elektrotlar ve ışık yayan cihazlar gibi bileşenleri farklı şekillerde standart veya özel baskı işlemleri kullanılarak kâğıt, plastik ve tekstil gibi yüzeyler ve ekipmanlara baskılanabilmektedir. Dolayısıyla farklı oranlardaki hazırlanan mürekkep formlarının simülasyon analizleri ve testleri yapılarak bu çalışmada kullanılan serigrafi yöntemiyle baskılanmaya uygun reolojide mürekkepler hazırlanmıştır. Elde edilen sonuçlar literatüre katkı sağlayarak serigrafi yöntemiyle üretilecek pil elektrotları basma çalışmalarına da ışık tutması hedeflenmektedir.
SiC esaslı B4C takviyeli seramiklerin mekanik, fiziksel ve balistik özelliklerinin incelenmesi
Bu çalışmada, silisyum karbür (SiC) esaslı bor karbür (B4C) katkılı kompozit seramiklerin üretimi ve kimyasal kompozisyon etkisinin seramiklerde meydana getirdiği fiziksel, mekanik ve balistik özellikleri incelenmiştir. SiC, yüksek sertlik, aşınma direnci ve termal stabilite gibi özelliklere sahip bir malzemedir. B4C ise sahip olduğu mükemmel sertlik ve düşük yoğunluk özelliğiyle bilinmektedir. Bu iki malzemeden elde edilen bileşim ile üstün mekanik ve fiziksel özelliklere sahip kompozit seramiklerin eldesi mümkün olmaktadır. Çalışma kapsamında kütlece %0-40 oranlarında B4C katkısı ile hazırlanacak olan SiC-B4C kompozit tozu farklı bağlayıcılar kullanılarak sulu yöntem ile hazırlanmıştır. Uygun nem ve tane boyut aralığına getirilen olan toz, 110 MPa/cm2 teorik basınç kullanılarak soğuk pres yöntemi ile şekillendirilmiştir. Şekillendirme işlemi yapılan malzemeler, bünyesindeki bağlayıcıların uçurulmasını ve sinterlenmesini içeren ısıl proseslere tabii tutulmuşlardır. Üretilen seramikler numuneler üzerinde, su emme, pişme küçülmesi, bulk yoğunluk, relatif yoğunluk, sertlik, üç nokta eğme mukavemeti, kırılma tokluğu gibi fiziksel ve mekanik özelliklerinin incelemeleri yapılarak bu incelemelere ait değerler tespit edilmiştir. Mikro yapı analizleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve optik mikroskop (OM) ile yapılmış ve ayrıca sinterleme sonrası oluşan fazların karakterizasyonu X- Işınları Difraksiyonu (XRD) ile gerçekleştirilmiştir. Yapılan mekanik ve kimyasal testlerin yanı sıra üretilen seramiklerin balistik uygulamalardaki performansları da değerlendirilmiştir. Gerçekleştirilen balistik testler, yüksek hızda çarpan mühimmatlara karşı malzemenin dayanımını belirlemek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Bu testler sonucunda, B4C takviyesi ile SiC esaslı seramiklerin balistik dayanımını önemli ölçüde artırdığı gözlenmiştir. Sonuçlar, B4C ilavesi ile SiC esaslı seramiklerin, sertlik, kırılma tokluğu ve balistik dayanım gibi özelliklerini iyileştirdiğini göstermiştir. Bu tip kompozit seramik malzemeler, özellikle zırh uygulamaları gibi yüksek performans gerektiren alanlarda büyük bir potansiyel barındırmaktadır. Bu çalışma yüksek sertlik, yüksek aşınma direnci ve balistik karakteristiklere sahip zırh seramiklerinin üretimini, mekanik, fiziksel ve balistik testlerinin gerçekleştirilmesini ve sonuçların tartışılmasını kapsar. Çalışma sonucunda SiC ve B4C kompozit malzemelerinin geliştirilmesi ve optimizasyonu için veriler sunulmakta ve endüstriyel uygulamalarda geliştirme amaçlanmaktadır.
Ağır ticari araçlarda kullanılan fren disklerinin sürtünme ve aşınma özelliklerinin incelenmesi
Ağır ticari araçlarda kullanılan fren disklerinin sürtünme ve aşınma özellikleri, ulaşım sektörünün emniyetini ve güvenilirliğini sağlamak için temellerindendir. Özellikle zorlu koşullar altında uzun mesafelerde önemli yükler taşıması gereken ağır ticari araçlar, araç üzerinde yüksek torklara, aşırı sıcaklıklara ve uzun çalışma döngülerine dayanabilen gelişmiş fren sistemleri talep etmektedirler. Güvenlik endişelerine ek olarak, özellikle disk aşınmasından kaynaklanan toz olmak üzere fren sistemlerinin çevresel etkisine ilişkin farkındalık artmaktadır. Frenleme sırasında açığa çıkan ince partikül maddelerden oluşan fren tozu, hava kirliliğine katkıda bulunmakta ve hem insan sağlığı hem de çevre için risk oluşturmaktadır. Bu nedenle, fren diski aşınmasını azaltmak yalnızca fren sistemlerinin performansını ve ömrünü artırmakla kalmamakta, aynı zamanda çevresel etkilerini de azaltmaktadır. Bu çalışma, sürtünme ve aşınma özelliklerini iyileştirmek için, fren disklerini Nikel-Ti₂AlC (Titanyum Alüminyum Karbür) kompozitiyle kaplamak için Lazer Metal Biriktirme (LMD) teknolojisinin kullanılma potansiyelini araştırmaktadır. LMD, metal tozlarını bir yüzeye eritmek ve biriktirmek için yüksek enerjili bir lazer kullanan modern bir katkı üretim tekniğidir. İşlem, kaplama malzemesi ile alt tabaka arasında güçlü metalurjik bağ oluşturarak gelişmiş aşınma direnci ve diğer istenen tribolojik özellikleri sunmaktadır. Özellikle bu çalışma, fren disklerinin tribolojik performansı üzerindeki etkilerini değerlendirmek için saf Nikel ile farklı Ti₂AlC MAX fazı bileşimlerinin uygulanmasına odaklanmaktadır. Fren diskleri, araç güvenlik sistemlerindeki kritik bileşenlerdir ve hareket eden araçların kinetik enerjisini sürtünme yoluyla ısıya dönüştürmektedir. Bu süreç, yüksek aşınma direncine, iyi termal iletkenliğe ve çeşitli koşullar altında sabit sürtünme katsayılarını koruma yeteneğine sahip malzemeler gerektirmektedir. Genellikle dökme demirden yapılan geleneksel fren diskleri yeterli performans sağlamakta, ancak gelişmiş kaplama malzemeleri kullanılarak iyileştirmeler sağlanabilmektedir. Mükemmel termal özellikleri nedeniyle yaygın olarak kullanılan dökme demir, nispeten düşük aşınma direnci ve zorlu koşullar altında korozyona eğilim gibi belirli sınırlamalardan muzdariptir. Bu nedenle, bu araştırma, LMD yoluyla bir Nikel-Ti₂AlC kaplaması uygulayarak daha dayanıklı bir fren diski geliştirmeyi amaçlamaktadır. Çalışmanın temel metodolojisi, fren diski numunelerinin hazırlanmasıyla başlayarak çeşitli aşamaları içermektedir. Fren diskleri için kullanılan temel malzeme, otomotiv endüstrisinde yaygın olarak kullanıldığı için seçilen dökme demirdir. LMD, bu disklerin yüzeyini saf Nikel ile birleştirilmiş çeşitli Ti₂AlC MAX fazı bileşimleriyle kaplamak için kullanılmaktadır. Test edilen bileşimler arasında saf nikel, Ni + %5 Ti₂AlC, Ni + %10 Ti₂AlC, Ni + %15 Ti₂AlC ve Ni + %30 Ti₂AlC bulunur. Ti₂AlC MAX fazı, metalik ve seramik özelliklerinin benzersiz kombinasyonu, kendi kendini yağlama davranışı, yüksek termal kararlılık ve gelişmiş aşınma direnci sağladığı için seçilmiştir.LMD işlemi, yüksek güçlü bir lazerin dökme demir fren disklerinin yüzeyine yönlendirilmesini ve aynı anda Nikel-Ti₂AlC kompozit tozlarının lazer ışınına beslenmesini içermektedir. Bu, disk alt tabakası ile kaplama arasında metalurjik bir bağ oluşmasına ve sertleştirilmiş bir yüzey tabakası oluşmasını sağlamaktadır. Lazer gücü, tarama hızı ve toz besleme hızı gibi lazer kaplama işlemi parametreleri, düzgün kaplama kalınlığı ve optimum bağlanma mukavemeti sağlamak için dikkatlice edilmektedir. Fren diskleri kaplandıktan sonra, mikro yapısal ve tribolojik özelliklerini değerlendirmek için çeşitli testler yapılmaktadır. Kaplamalı fren disklerinin mikro yapısını analiz etmek için Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Enerji Dağıtıcı Spektroskopi (EDS) kullanılmakta ve Nikel matrisi içindeki Ti₂AlC parçacıklarının dağılımına ve kaplama ile alt tabaka arasındaki bağın bütünlüğüne odaklanılmaktadır. Kaplamalarda bulunan fazları belirlemek ve disklerin aşınma direncini artıran sert fazların oluşumunu doğrulamak için X-ışını Kırınımı (XRD) kullanılmaktadır. Ayrıca kaplamanın incelenen bir diğer yönü ise, kaplamalı fren disklerinin tribolojik testidir. Aşınma testleri, gerçek dünya frenleme koşullarını simüle etmek için değişen yükler (1N, 3N ve 5N) altında bir tribometre kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Bu testler, farklı basınçlar ve sıcaklıklar altında çalışırken fren disklerinin sürtünme katsayılarını ve aşınma oranlarını ölçmektedir. Ek olarak, 3B profilometre, fren diski yüzeylerindeki aşınma izlerini incelemek için kullanılmakta ve aşınma mekanizmalarının ayrıntılı bir analizini sağlamaktadır. Tribolojik testlerin sonuçları, Nikel-Ti₂AlC kaplamaların, kaplamasız dökme demir disklere kıyasla fren disklerinin aşınma direncini ve sürtünme kararlılığını önemli ölçüde iyileştirdiğini ortaya koymaktadır. Kaplamasız dökme demir disklerde yüksek sürtünme ve aşınma sorunları gözlenirken, Nikel-Ti₂AlC kaplamalar bu sorunları büyük ölçüde azaltarak disklerin daha uzun ömürlü ve performanslarının daha güvenilir olmasını sağlamıştır. Lazer kaplama yöntemiyle uygulanan bu kaplamalar, özellikle ağır ticari araçların zorlu koşullar altında karşılaştığı yüksek sıcaklık ve basınca maruz kalma durumlarında avantaj sağlamaktadır. Test edilen farklı bileşimler arasında, Ni + %30 Ti₂AlC kaplaması, çeşitli yükler ve sıcaklıklar altında kararlı bir sürtünme katsayısı sergileyerek minimum aşınma göstermiş ve en dengeli performansı sunmuştur. Özellikle, yüklerin artmasıyla birlikte sürtünme katsayısında önemli bir değişiklik olmaması ve aşınma oranlarının düşük seviyelerde kalması, bu kaplamanın üstün performansını kanıtlamaktadır. Bu bulgu, Ni + %30 Ti₂AlC kaplamasının, özellikle uzun süreli ve yüksek stres altında çalışan fren sistemleri için büyük bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir. Mikroyapısal analizler, Ti₂AlC parçacıklarının Nikel matrisi boyunca eşit şekilde dağıldığını ve bu homojen dağılımın kaplamanın yüksek sertliğine ve aşınma direncine önemli ölçüde katkıda bulunduğunu göstermektedir. Kaplama malzemesi içinde bu homojen dağılım, kaplamanın dayanıklılığını artıran en önemli etkenlerden biridir. Ayrıca, bu eşit dağılım, kaplamanın yüzeyinde meydana gelebilecek mikroskobik çatlakların oluşumunu engelleyerek, kaplamanın daha uzun süre bozulmadan kalmasını sağlamaktadır. Ti₂AlC'nin kendiliğinden yağlama özellikleri de kaplamanın sürtünme katsayısını düşük seviyelerde tutarak, disklerin daha verimli çalışmasına yardımcı olmaktadır. Bu, kaplamanın aşırı ısınma ve deformasyona karşı dirençli olmasını sağlayarak, fren disklerinin performansını daha da iyileştirmektedir. Kaplama ile dökme demir alt tabaka arasındaki güçlü metalurjik bağ, kaplamaların stres koşulları altında sağlam kalmasını sağlamaktadır. Lazer kaplama süreci sırasındameydana gelen bu metalurjik bağ, kaplama ile alt tabaka arasında kusursuz bir entegrasyon sağlar ve kaplamanın alt tabakadan ayrılmasını önler. Bu güçlü bağ, özellikle yüksek basınç ve sıcaklık altında çalışan fren sistemlerinde büyük bir avantaj sunmaktadır. Aşırı koşullar altında kaplamaların soyulma veya çatlama yapmaması, fren sisteminin genel güvenilirliğini artırmakta ve bakım gereksinimlerini azaltmaktadır. Çalışmanın bulgularında önemli saptamalardan biri, kaplamalardaki Ti₂AlC içeriği ile aşınma dirençleri arasındaki açık korelasyondur. Yapılan testler, Ti₂AlC içeriği arttıkça kaplamaların sertliğinin ve aşınma direncinin iyileştiğini açıkça ortaya koymaktadır. Özellikle Ti₂AlC'nin metalik ve seramik özelliklerinin kombinasyonu, kaplamalara yüksek sertlik kazandırarak daha iyi aşınma direnci sağlamaktadır. Sert malzemeler, aşınmaya karşı daha dayanıklı olduğundan, kaplamaların ömrü uzamakta ve ticari araçlarda kullanılan fren disklerinin daha uzun süreli ve güvenilir bir performans sergilemesi mümkün olmaktadır. Bu doğrultuda, Ni + %30 Ti₂AlC kaplaması en yüksek sertliği sunarken, en iyi aşınma direncini de sağlamaktadır. Bulgular ayrıca, Ti₂AlC içeriğinin arttıkça kaplamanın sürtünme katsayısında da belirgin bir azalma olduğunu göstermektedir. Bu, kaplamaların sürtünme performansını optimize etmede Ti₂AlC'nin katkısının ne denli önemli olduğunu vurgulamaktadır. En yüksek sertlik ve aşınma direnci değerleri Ni + %30 Ti₂AlC kaplamasında elde edilmiş olsa da kaplamanın genel tribolojik performansını optimize etmek için bileşim oranlarının dikkatle ayarlanması gerektiği anlaşılmaktadır. Bu da sertlik, aşınma direnci ve sürtünme kararlılığı arasında en iyi dengeyi elde etmek için kaplama bileşiminin optimize edilmesinin kritik önem taşıdığını göstermektedir. Sonuç olarak, bu çalışma, lazer kaplama yöntemi kullanılarak uygulanan Ti₂AlC katkı maddeleri ile zenginleştirilmiş Nikel kaplamaların, ağır ticari araçlarda kullanılan fren disklerinin sürtünme ve aşınma performansında önemli iyileştirmeler sağladığını göstermiştir. Ti₂AlC'nin değişen yüzdelerde dahil edilmesinin, saf Nikel kaplamalara kıyasla aşınma direncini önemli ölçüde artırdığı ve sürtünme katsayısını düşürdüğü gösterilmiştir; bu da bu geliştirilmiş kaplamaları ticari araç fren sistemleri gibi zorlu uygulamalar için son derece uygun hale getirmektedir. SEM analizleriyle doğrulandığı gibi, Nikel matrisi içindeki Ti₂AlC parçacıklarının homojen dağılımı, yüzey sertliğini artırmada kritik bir rol oynamakta ve bu da doğrudan kaplamaların iyileştirilmiş dayanıklılığına ve aşınma direncine katkıda bulunmaktadır. Dahası, mikrosertlik testleri, kaplamaların mekanik özelliklerinin Ti₂AlC içeriğinin artmasıyla önemli ölçüde arttığını, en yüksek mikrosertlik değerlerinin %30 Ti₂AlC içeren kaplamalarda gözlemlendiğini ortaya koymuştur. Tribolojik testler, Ti₂AlC takviyeli kaplamaların, stres altında minimum yüzey deformasyonu ve gelişmiş aşınma direnci ile üstün performansını daha da doğrulamıştır. Ek olarak, yüzey topografyası analizi, yüzey pürüzlülüğünü azaltmaya ve kaplamalı fren disklerinin ömrünü uzatmaya yardımcı olan Ti₂AlC kaplamalarda daha pürüzsüz ve daha düzgün yüzeyler olduğunu göstermiştir. Bu sonuçlar, Ti₂AlC takviyeli Nikel kaplamaların, ağır ticari araçlarda daha güvenli, daha dayanıklı ve verimli fren sistemleri geliştirmek için umut verici bir yaklaşım sunduğunu, potansiyel olarak gelişmiş güvenliğe, azaltılmış bakım maliyetlerine ve gerçek dünya çalışma koşullarında genel olarak iyileştirilmiş performansa yol açtığını göstermektedir.
Lityum iyon piller için yazdırılabilir NMC katot mürekkeplerinin sentezi
Lityum iyon (Li-ion) piller, yüksek enerji yoğunluğu ve uzun ömrü sayesinde taşınabilir elektronik cihazlardan elektrikli araçlara ve yenilenebilir enerji sistemlerine kadar geniş bir uygulama yelpazesi sunar. Ancak, bu pillerin üretim süreci karmaşıktır ve maliyetleri yüksektir. Aktif malzemelerin açık hava koşullarına duyarlılığı, titiz üretim ortamları gerektirmekte ve bu da üretim maliyetlerini artırmaktadır. Geleneksel elektrot hazırlama süreci, poliviniliden florür (PVDF) bağlayıcısının çözülmesi için N-Metil-2-Pirrolidon (NMP) solventinin kullanılmasını içermektedir. NMP'nin hem pahalı hem de toksik doğası, sağlık riskleri ve çevresel sorunlar oluşturmaktadır. Yüksek oranda nikel içeren NMC811 katotlar, yüksek voltaj aralıklarında etkili çalışabilmelerine rağmen zamanla yan reaksiyonlar ve katot-elektrolit arayüzü (CEI) kalınlaşması nedeniyle kapasite düşüşleri yaşamaktadır. Bu tez çalışmasında, kapasite kaybını aşmak ve su bazlı katot mürekkeplerinin üretimini mümkün kılmak amacıyla, NMC811 parçacıkları hidrotermal yöntemle indirgenmiş grafen oksit (iGO) ile kaplanmıştır. iGO kaplaması, NMC811 parçacıklarının etrafında koruyucu bir tabaka oluşturarak yan reaksiyonları azaltmakta ve elektrot yapısını stabilize etmektedir. Böylece kapasite kaybını önlenerek pil performansı iyileştirilmiştir. Katot tabakalarının üretilmesinde kullanılan serigrafi süreci, çok yönlü ve ölçeklenebilir bir tekniktir. Bu yöntem, viskoz mürekkebin bir alt tabakaya desenli bir ağ ekran aracılığıyla uygulanmasını ve ardından kurutulmasını içermektedir. Bu yöntem, uygulanan tabakanın kalınlığı ve homojenliği üzerinde hassas kontrol sağlar, bu da pilin performansı için kritik öneme sahiptir. Serigrafi ayrıca rulodan ruloya üretimle uyumludur, bu da üretim verimliliğini önemli ölçüde artırabilir ve maliyetleri düşürebilir. Serigrafinin çeşitli alt tabakalar ve malzemelere uyarlanabilirliği, büyük ölçekli pil üretimi için çekici bir seçenek haline getirmektedir. Bu çalışmada kullanılan su bazlı bağlayıcılar, özellikle karboksimetil selüloz (CMC) ve polietilen oksit (PEO), geleneksel PVDF-NMP bağlayıcılarına göre birkaç avantaj sunmaktadır. CMC, selülozdan türetilmiştir ve bu nedenle biyolojik olarak parçalanabilir bir malzemedir. PEO ise mükemmel film oluşturma özellikleri ve mekanik esneklik ile bilinmektedir. Bu bağlayıcılar birleştiğinde, çevrim sırasında katot malzemesinin hacim değişikliklerini karşılayabilen sağlam bir matris sağlar ve böylece pilin dayanıklılığını ve performansını artırır. Bağlayıcı hazırlama sürecinde toksik solventlerin bulunmaması, üretim ortamının güvenliğini artırır ve pil üretiminin çevresel etkisini azaltmaktadır. NMC811 parçacıklarının iGO ile kaplanması, elektrotun elektriksel iletkenliğini ve yapısal stabilitesini artırır. Bu yöntem, elektrolit ile aktif malzeme arasındaki doğrudan teması azaltarak yan reaksiyonları en aza indirir ve katotun genel performansını iyileştirir. Su bazlı bağlayıcılar, toksik solvent içermediğinden üretim ortamının güvenliğini artırır ve çevresel etkileri azaltır. Ayrıca, serigrafi teknolojisi, tabaka kalınlığı ve homojenliği hassas şekilde kontrol etme avantajı sunar ve rulodan ruloya üretimle uyumludur, bu da üretim verimliliğini artırır. CMC ve PEO bağlayıcıları su bazlı hazırlanmış ve bu bağlayıcıların geleneksel PVDF-NMP bağlayıcılarıyla karşılaştırılması yapılmıştır. CMC ve PEO bağlayıcıları, çevre dostu bir alternatif sunmaktadır ve bu bağlayıcıların kullanımı, 2.8-4.6 V voltaj aralığında 50 çevrim sonrası %75 elektrokimyasal stabilite sağlamıştır. Bu sonuç, su bazlı bağlayıcıların yüksek performanslı lityum iyon piller için etkili bir seçenek olduğunu göstermektedir. Su bazlı üretim sürecinin çevresel ve ekonomik faydaları azımsanamayacak kadar fazladır. Toksik solventlerin ortadan kaldırılması, atık yönetimini basitleştirir ve maliyetleri düşürür. Ayrıca, bu üretim yöntemleri küresel tedarik zincirine bağımlılığı azaltabilir ve çevre dostu üretim süreçlerinin benimsenmesini teşvik edebilir. Sosyo-ekonomik olarak, bu yöntemler işçi sağlığını iyileştirir ve toplum sağlığına katkıda bulunur, bu da kamu destek ve kabulünü artırabilir. Bu araştırmanın bulguları, gelecekteki yenilikler için önemli bir temel sağlamakta ve enerji depolama endüstrisinde sürdürülebilirliği ve verimliliği artırmaya yönelik önemli adımlar sunmaktadır. Su bazlı katot mürekkepleri ve serigrafi teknikleri, yüksek performanslı ve çevre dostu lityum iyon pillerin üretiminde büyük potansiyele sahiptir. Bu öncü yaklaşım, hem mevcut zorlukları ele almakta hem de gelecekteki ihtiyaçları öngörmektedir, böylece lityum iyon pillerin sürdürülebilir enerji çözümlerinin temel taşı olarak kalmasını sağlamaktadır.
Silika esaslı doğal hammadde ve atıklardan aerojel tozu üretimi ve karakterizasyonu
Mevcut çalışmada, doğal silika esaslı hammaddeler (perlit, zeolit, pomza, kuvars) ve atık malzemeler (pencere camı, borcam, soda şişesi camı tozu) kullanılarak sol-jel yöntemi ile silika aerojel tozu üretimi amaçlanmıştır. Hazırlanan NaOH çözeltisinde silika kaynağı tozların reflux işlemi ile çözünmesi sağlanmış ve ardından filtre edilerek sodyum silikat çözeltisi elde edilmiştir. Çözeltinin pH'ı HCl asit kullanılarak nötralize edilmiş ve kapalı bir konumda oda sıcaklığında yaşlandırma işleminin ilk evresi başlatılmıştır. Hacimce %20'lik H2O/Ethanol, %70'lik Ethanol/TEOS ve n-heptan içerisinde 1'er gün boyunca etüvde bekletilerek yaşlandırma işlemine devam edilmiştir. Silika aerojel yapısındaki bağları kuvvetlendirmek ve malzeme dayanımını arttırmak için yaşlandırma evresinde özellikle TEOS (tetraethylorthosilicate) ile yüzey modifikasyonu gerçekleştirilmiştir. Yaşlandırma işleminin sonunda, farklı sıcaklıklarda belirlenen süre boyunca atmosfer basıncında kurutma ile jel yapısındaki sıvı uzaklaştırılmış ve son olarak oda sıcaklığında bekletilerek silika aerojel tozları üretilmiştir. Elde edilen silika aerojeller SEM, FESEM, EDS, XRD, DTA, FTIR, XRD ve BET cihazları kullanılarak karakterize edilmiş ve farklı doğal ve atık malzemelerden üretilen silika aerojellerin özellikleri karşılaştırmalı olarak detaylandırılmıştır. Araştırmada elde edilen karakterizasyon sonuçlarına göre; SEM, FESEM analizi ile silika aerojel tozlarının üç boyutlu, süngerimsi gözenekli ağyapısı sayesinde düşük yoğunluğa ve birçok delikten oluşan gözenekli süngerimsi yapıları ile yüksek porluluk değerlerine sahip olduğu tespit edilirken, DTA analizi ile oksidasyondan kaynaklı ekzotermik ve dehidratasyon, dekompozisyon tepkimelerinden kaynaklı endotermik piklerin oluştuğu görülmüştür. FTIR analizi ile titreşimden kaynaklı Si-C pikleri, moleküllerin hareketinden ve bağlarının asimetrik ve simetrik bağlanmalarından kaynaklı güçlü ve belirgin Si-O-Si pikleri, adsorpsiyondan kaynaklı C-H pikleri ve fiziksel olarak adsorbe edilmiş sudan kaynaklanan O-H adsorpsiyon pikleri meydana gelmiştir. BET analizi ile tozlara ait yüzey alanı, gözenek hacmi, gözenek çapı, nanopartikül boyutu sonuçları ve adsorpsiyon-desorpsiyon izoterm eğrileri elde edilmiştir.