754
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Synthesis and characterization of poly(diethylamino ethyl methacrylate-co-ethyl methacrylate)/polyindole composites
Mevcut çalışmada; İlk aşamada, hidrofilik monomer 2-dietilamino etilmetakrilat (DEAEMA) ve hidrofobik monomer etil metakrilattan (EMA) serbest radikal polimerizasyonu kullanılarak amfifilik poli(DEAEMA-ko-EMA) kopolimerleri sentezlendi. İkinci aşamada, poli(DEAEMA-ko-EMA) kopolimerinde in situ oksidatif polimerizasyon tekniği kullanılarak demir(III) klorür (FeCl3) varlığında indol iletken monomer kullanılarak farklı konsantrasyonlarda beş seri kompozit hazırlandı. Polimer kompozitlerin (PC'ler) yapıları FTIR, TGA, SEM, AFM karakterizasyon teknikleri kullanılarak aydınlatıldı. PC'ler, test tüpü yöntemi (TM) ile Streptococcus mutans kullanılarak test edilen bakteriyel biyofilm yapışması konusunda önemli performans sergiledi. Bu çalışmada, PC1'in 0,006 mg/ml konsantrasyonu Streptococcus mutans'ın biyofilm oluşumunu %83,199 oranında azaltmıştır. PC'lerdeki poli(indol) konsantrasyonu ve miktarı arttıkça % antibiyofilm etkisi de artmaktadır. Hazırlanan poli(DEAEMA-co-EMA)/PIN kompozitlerinin Escherichia coli ve Staphylococcus aureus'a karşı antibakteriyel aktivitesi değerlendirildi ve sonuçlar kompozitin antibakteriyel aktiviteye sahip olduğunu gösterdi. Bunun yanısıra, kompozitlerin antioksidan çalışmaları da yapıldı. Sonuçlar poli(DEAEMA-co-EMA)/PIN(%90) kompozitinin biyoaktivitesinin arttığını gösterdi. Ayrıca antioksidan çalışmalarının bulguları, PIN'in diğer tüm numuneler arasında en yüksek canlılık değerini sergilediğini gösterdi. Ayrıca, kompozit ince filmlerin dielektrik özellikleri; dielektrik kayıp ve tanjant değerleri baz alınarak frekansa bağlı olarak değerlendirme yapılmıştır.
Otomotiv sanayisinde kullanılan Al-Si alaşımlarında döküm kalitesinin korozyon özelliklerine etkisi
Alüminyum döküm alaşımlarının kullanımı, esas olarak düşük yoğunlukları, iyi dökülebilirlikleri, yüksek özgül dayanımları ve korozyona karşı dayanımları nedeniyle son yıllarda artmaktadır. Bununla birlikte, döküm özelliklerini iyileştirmek ve mümkün olan en düşük kusur içeriğine sahip parçalar elde etmek için, dökümhanelerin daha yüksek bir alaşım elementi içeriğine ihtiyacı vardır; böylece alüminyum dökümlerin korozyon direncinin daha da iyi hale getirilmesi hedeflenmektedir. Sonuç olarak, bu iyileştirmelerin başarılı şekilde ortaya konması için alüminyum dökümlerin korozyon direncinin ve korunmasının daha iyi anlaşılması gerekmektedir. Daha hafif, azaltılmış kalınlık ve daha yüksek mukavemet talebi, otomotiv endüstrisinde odak noktası haline gelmiştir. Bu gereksinimleri karşılamak için çözelti güçlendirmenin etkisinden yararlanarak alaşım elementlerinin eklenmesi araştırılmaya başlanmıştır. Bu çalışmada otomotiv sanayisinde yaygın kullanım alanına sahip olan A360 alaşımının mekanik ve korozyon özellikleri üzerine stronsiyum, bor ve vanadyum ilavelerinin etkileri incelenmiştir. A360 döküm alaşımlarının mekanik özellikleri ve korozyon direnci ile ilişkisi vurgulanmıştır.
Kullanılmış lityum-iyon pil katot malzemesindeki değerli metallerin okzalik asit çözeltisindeki liç kinetiğinin incelenmesi
Lityum iyon piller günümüzde hemen her alanda kullanılan şarj edilebilir pil türüdür. Bir lityum iyon pilinin yapısı anot, katot, elektrolit, bağlayıcı ve plastikten oluşmaktadır. Anot, genellikle bakır folyo üzerine kaplı grafitten oluşurken katot malzemesi, alüminyum folyo üzerine kaplı metal oksitlerden oluşmaktadır. Kullanılan metal oksit çeşidine göre ise pillerin elektrokimyasal özellikleri belli olmakta ve lityum iyon pil, kullanılan metal oksit türüne göre adlandırılmaktadır. Katot malzemesi nikel, mangan ve kobalt oksitten oluşuyorsa NMC, lityum demir fosfattan oluşuyorsa LFP, kobalt oksitten oluşuyorsa LCO gibi isimlendirmeler yapılmaktadır. Birçok metali bünyesinde bulunduran ve arz-talebin yüksek olduğu lityum pil endüstrisinde, geri dönüşüm ve metallerin geri kazanımı hem çevresel hem de ekonomik olarak yüksek öneme sahiptir. Bu tez çalışmasında ömrünü doldurmuş cep telefonu pilleri deşarj edilip mekanik olarak açıldıktan sonra katot tozunun üzerinde bulunduğu alüminyum folyo çözündürülüp katot tozu elde edilmiştir. Katot tozu ile yapılan liç deneylerinde okzalik asit konsantrasyonunun, sıcaklığın, katot tozu tane boyutunun, karıştırma hızının, katı-sıvı oranının ve liç süresinin lityum, kobalt, nikel ve manganın çözünmesine etkisi ve liç reaksiyonlarının kinetiği incelenmiştir. Elde edilen numunelerin karakterizasyonu XRD, ICP-OES, SEM-EDS analiz yöntemleri ile yapılmıştır. Çözeltideki lityum, okzalik asit konsantrasyonu ve sıcaklık ile doğru orantılı olarak artmaktadır. Karıştırma hızının 200 rpm'den 250 rpm'e çıkılması durumunda %4'lük bir artış yaratmıştır. Tane boyutunun artışı çözünme üzerinde ters etki yaparken bu fark büyük bir etki yaratmamıştır. Katı-sıvı oranı arttıkça ise tüm metallerin çözünme miktarı azalmaktadır. Değişen liç parametrelerine bağlı olarak kobalt ve nikel benzer çözünme ve çökme davranışı göstermektedir. Okzalik asit konsantrasyonu artışı ile çözünen kobalt ve nikel değeri artmıştır. Ancak çözünen kobalt ve nikel, kobalt okzalat ve nikel okzalat bileşiğini oluşturmaktadır. Oluşan okzalat tabakası ise liç reaksiyonlarının yavaşlamasına ve durmasına neden olmaktadır. Düşük sıcaklıklarda okzalat oluşumu daha yavaş gerçekleşirken yüksek sıcaklıklarda hızlı gerçekleştiği tespit edilmiştir. Mangan da kobalt ve nikele benzer bir davranış göstermekte olup mangan okzalat bileşiği oluşturmaktadır. Ancak liç deneylerinin gerçekleştirildiği yüksek okzalik asit konsantrasyonları mangan okzalat bileşiğinin çözünmesine neden olmaktadır. Bu nedenle liç çözeltisindeki mangan miktarı nikel ve kobalt değerlerinden daha fazla olmaktadır. Liç deneylerinden elde edilen veriler lityumun liçi için en uygun kinetik modelin Daralan Çekirdek Modeli olduğunu göstermiştir. Model kinetik bağıntının "X" _"Li" değerinin süreye bağlı değişimini verecek şekilde düzenlenerek hesaplanan parametrelerin bu eşitlikte kullanılması ile model kinetik bağıntı türetilmiştir.
Toz metalurjisi ile üretilmiş titanyum alaşımlarının ısıl işlemi
Bu tez çalışmasında, havacılık ve otomobil uygulamaları için yenilikçi ikili ve üçlü titanyum alaşımlarının üretilmesi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında düşük elastisite modülüne sahip beta titanyum alaşımları ve çökelme sertleşmesi ısıl işlemi yapılabilen metastabil-beta titanyum alaşımları üretilmiştir. Tez kapsamında, ikili ve üçlü titanyum alaşımları geleneksel toz metalurjisi (presleme-sinterleme) yöntemi ile üretilmiş olup; ikili ve üçlü alaşım tozları mekanik alaşımlama (bilyeli değirmen) yöntemi ile hazırlanmıştır. Tozların hazırlanmasının ardından, presleme ile ham numuneler üretilmiştir. Daha sonra ham numuneler 1200 °C sıcaklıkta 1 saat süre ile sinterlenmiştir. Son olarak, sinterlenmiş numunelere su verme ve yaşlandırma (çökelme sertleşmesi) ısıl işlemleri uygulanmıştır. Sinterlenmiş numuneler 900 °C sıcaklıkta 1 saat çözeltiye alınmış (östenitleme) ve ardından su verme (hızlı soğutma) işlemi uygulanmıştır. Ardından, su verilmiş numuneler 400-520 °C arasında 1 saat süre ile yaşlandırılmıştır. Tez kapsamında, titanyum içerisine ilave edilen açeşitli laşım elementlerinin alaşımın özelliklerine etkileri incelmiştir. Üretilen malzemelerin mikroyapısı tahribatlı (aşınma, sertlik) ve tahribatsız (ultrasonik test, girdap akımları) yöntemler ile incelenmiştir. Ayrıca titanyum alaşımı ürünlerin elektrokimyasal korozyon davranışları NaCl çözeltisi içerisinde açık devre potansiyel, Tafel, empedans elektrokimyasal spektroskopisi yöntemleri kullanılarak incelenmiştir.
Biyomedikal implant uygulamaları için akıllı malzemelerin üretilmesi
Bu tez projesi kapsamında, akıllı malzemelerin üretimi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Öncelikle, metalik şekil bellekli Ni-Ti (nitinol) esaslı, şekil bellekli FeMnSi esaslı ve şekil bellekli FeNiCo esaslı alaşımlar geleneksel toz metalurjisi (peresleme-sinterleme) yöntemi ile üretilmiştir. Ayrıca hesaplamalı malzeme bilimi esaslı çalışmalar çeşitli yazılımlar ve teoriler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Genel olarak şekil bellekli alaşımlar, belirli bir deformasyona uğratıldıktan sonra, uygulanan sıcaklık veya gerilmelere (kuvvet) bağlı olarak önceki şeklini hatırlayan ve ilk şekline geri dönebilen malzemelerdir. Tez kapsamında, şekil bellekli Ni-Ti (nitinol) esaslı alaşımların koroner stent uygulamaları için geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Ayrıca şekil bellekli FeMnSi esaslı ve şekil bellekli FeNiCo esaslı alternatif şekil bellekli alaşımların da biyomedikal implant uygulamaları için üretilmesi amaçlanmıştır. Karakterizasyon kapsamında, toz metalurjisi yöntemi ile üretilen şekil bellekli alaşımların mikroyapısı ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Şekil bellekli alaşımların sertlik, mukavemet, elastisite modülü gibi temel mekanik özellikleri belirlenmiştir. Şekil bellekli alaşımların elektrokimyasal korozyon testleri yapay vücut sıvısı içerisinde gerçekleştirilmiştir. Biyobozunur Fe esaslı alaşımların biyobozunurluk özellikleri statik daldırma testi ile yapay vücut sıvısı içerisinde incelenmiştir.
Toz metalurjisi yöntemi ile üretilmiş süperalaşımların ısıl işlemi
Bu tez çalışmasında, uçak uygulamaları için Inconel 718 esaslı süperalaşımlarının üretilmesi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında, Ni esaslı Inconel 718 süperalaşımlar geleneksel toz metalurjisi (presleme-sinterleme) yöntemi ile üretilmiş olup; alaşım tozları mekanik alaşımlama (bilyeli değirmen) yöntemi ile hazırlanmıştır. Tozların hazırlanmasının ardından, presleme ile ham numuneler üretilmiştir. Daha sonra ham numuneler 1100-1250 °C arasında 1 saat süre ile sinterlenmiştir. Son olarak, sinterlenmiş numunelere ısıl işlem uygulanmıştır. Sinterlenmiş numuneler 1000 °C sıcaklıkta 1 saat çözeltiye alınmış ve ardından su verme uygulanmıştır. Ardından numuneler 400-550 °C arasında yaşlandırılmıştır. Tez kapsamında, Ni esaslı Inconel 718 süperalaşımların içerisine ilave edilen çeşitli alaşım elementlerinin alaşımın özelliklerine etkileri incelmiştir. Üretilen Ni esaslı Inconel 718 süperalaşımlar tahribatlı (aşınma, sertlik) ve tahribatsız (ultrasonik test, girdap akımları) yöntemler ile incelenmiştir. Ayrıca Ni esaslı Inconel 718 süperalaşımlarının elektrokimyasal korozyon davranışları NaCl çözeltisi içerisinde açık devre potansiyel, Tafel, empedans elektrokimyasal spektroskopisi yöntemleri kullanılarak incelenmiştir. Ayrıca yüksek sıcaklık korozyon testleri gerçekleştirilmiştir. Süperalaşımların özellikleri ilk prensipler temmelli hesaplamalı malzeme mühendisliği esaslı yazılımlar (CASTEP) ve hesaplamalı faz diyagramları (CALPHAD) esaslı yazılımlar (Thermo-Calc) kullanılarak incelenmiş ve kompozisyon optimize edilmiştir.
Uçak uygulamaları için süperalaşım üretimi
Bu tez çalışmasında, uçak uygulamaları için yenilikçi Ni esaslı Inconel 718, Co esaslı Haynes 188, Fe esaslı Incoloy 907 süperalaşımlarının üretilmesi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında, Ni esaslı Inconel 718, Co esaslı Haynes 188, Fe esaslı Incoloy 907 süperalaşımlar geleneksel toz metalurjisi (presleme-sinterleme) yöntemi ile üretilmiş olup; alaşım tozları mekanik alaşımlama (bilyeli değirmen) yöntemi ile hazırlanmıştır. Tozların hazırlanmasının ardından, presleme ile ham numuneler üretilmiştir. Daha sonra ham numuneler 1250 °C sıcaklıkta 1 saat süre ile sinterlenmiştir. Son olarak, sinterlenmiş numunelere ısıl işlem uygulanmıştır. Sinterlenmiş numuneler 900 °C sıcaklıkta 1 saat çözeltiye alınmış ve ardından su verme uygulanmıştır. Ardından numuneler 400-550 °C arasında yaşlandırılmıştır. Tez kapsamında, Ni esaslı Inconel 718, Co esaslı Haynes 188, Fe esaslı Incoloy 907 süperalaşımların içerisine ilave edilen çeşitli alaşım elementlerinin alaşımın özelliklerine etkileri incelmiştir. Üretilen Ni esaslı Inconel 718, Co esaslı Haynes 188, Fe esaslı Incoloy 907 süperalaşımlar tahribatlı (aşınma, sertlik) ve tahribatsız (ultrasonik test, girdap akımları) yöntemler ile incelenmiştir. Ayrıca Ni esaslı Inconel 718, Co esaslı Haynes 188, Fe esaslı Incoloy 907 süperalaşımlarının elektrokimyasal korozyon davranışları NaCl çözeltisi içerisinde açık devre potansiyel, Tafel, empedans elektrokimyasal spektroskopisi yöntemleri kullanılarak incelenmiştir. Süperalaşımların özellikleri ilk prensipler temmelli hesaplamalı malzeme mühendisliği esaslı yazılımlar (CASTEP) ve hesaplamalı faz diyagramları (CALPHAD) esaslı yazılımlar (Thermo-Calc) kullanılarak incelenmiştir.
Biyomedikal uygulamalar için şekil bellekli malzeme üretimi ve karakterizasyonu
DAHA SONRA DOLDURULACAKTIR
Yüksek sıcaklık uygulamaları için polimer matrisli kompozit malzeme üretimi
Bu tez çalışmasında, yüksek sıcaklık uygulamaları için parçacık takviyeli polimer matrisli kompozit malzemelerin üretimi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen polimer matrisli kompozit malzemelerin havacılık uygulamalarına yönelik olması amaçlanmıştır. Kompozit üretiminde matris malzemesi olarak termoset polimerler ve termoplastik polimerler kullanılmıştır. Termoset esaslı polimer olarak epoksi kullanılmıştır. Termoplastik esaslı polimer olarak polietereterketon (PEEK) kullanılmıştır. Ayrıca doğal polimer esaslı termoplastik polilaktikasit (PLA) kullanılmıştır. Parçacık takviye malzemesi olarak karbon nanotüp, grafen kullanılmıştır. Termoset polimer (epoksi) matrisli kompozit numuneler el yatırma (döküm) yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Termoplastik polimer matrisli (PEEK, PLA) kompozitler toz presleme-sinterleme ve toz sıcak presleme yöntemleri ile üretilmiştir. Üretilen kompozit malzemelerin mikroyapısı ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Malzemelerin mukavemeti, sertliği, elastisite modülü, enerji absorblama kapasitesi gibi mekanik özellikleri belirlenmiştir. Ayrıca numunelerin elastiklik özellikleri camsı geçiş sıcaklıkları dinamik mekanik analiz (DMA) testi ile incelenmiştir. Numunelerin sıcaklık dayanımları ve camsı geçiş sıcaklıkları diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) testi ile incelenmiştir. Numunelerin mekanik özellikleri ilk prensipler esaslı yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) ile teorik olarak incelenmiştir. Teorik ve deneysel sonuçlar karşılaştırılmıştır.
Ferrit ilaveli kompozit malzemelerin mikrodalga soğurma özelliklerinin incelenmesi
Görünmezlik ya da düşük görünürlük teknolojisi, askeri havacılıkta radar sistemlerinin günden güne gelişmesi ile kritik gereksinimlerden biri hâline gelmiştir. Radar bir elektromanyetik sistemidir ve hareket halindeki cisimlerin takibini gerçekleştirmektedir. Mikrodalga absorblayıcı malzemeler, hem askerî uygulamalarda radar izini azaltmak amacıyla, hem de elektronik ve telekomünikasyon sistemleri gibi sivil uygulamalarda elektromanyetik dalga kirliliğini azaltmak amacıyla kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında elle yatırma yöntemiyle epoksi matrisli karbon nanotüp (COOH-MWCNT) ve çeşitli ferrit takviyeli (Ni0.5Zn0.5Fe2O4, BaFe12O19, ZnFe2O4) kompozitler üretilmiştir. Ağırlıkça %0.5, %1.5 ve %3 karbon nanotüp içeren numuneler üretilmiştir. Ayrıca ağırlıkça %50 çeşitli ferritler içeren ve ağırlıkça karbon nanotüp oranı %0.5, %1.5 ve %3 olarak değişen kompozitler üretilmiştir. Üretilen numunelerin mikroyapıları taramalı elektron mikroskobuyla incelenmiştir. Taramalı elektron mikroskobu sonucu karbon nanotüp ve çeşitli ferrit tozlarının epoksi matriste dağılımları ve yapının homojenliği incelenmiştir. Ayrıca numunelere dielektik geçirgenlik ve manyetik geçirgenlik, dielektik tanjant kaybı ve manyetik tanjant kaybı ve yansıma ölçümleri gibi elektromanyetik testler X-band aralığında uygulanmıştır. Yüksek ve düşük sıcaklık testiyle numunelerin sıcaklığa bağlı elektromanyetik özelliklerindeki değişimler incelenerek absorblayıcı malzeme olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. CNT1.5, FCNT1.5 ve FCNT3 numunelerinin yansıma ölçümü, kalınlık optimizasyonu yüksek ve düşük sıcaklık yansıma ölçümü sonuçlarıyla birlikte CNT1.5 numunesinin geniş çalışma frekansı sunduğunu ve absorblayıcı malzeme olarak kullanıma uygun olduğunu göstermiştir. Nikel çinko ferrit içeren FCNT3 numunesi, çinko ferrit ve baryum hekzaferrit katkıları ile karşılaştırıldığında FCNT3 numunesinin içlerinde daha iyi elektromanyetik özellikler gösterdiği sonucuna varılmıştır.
Doğrudan enerji biriktirme yöntemi ile üretilen 316l çeliğinin korozyon davranışının incelenmesi
Bu çalışmada, Doğrudan Enerji Biriktirme (DED) yöntemiyle üretilen AISI 316L paslanmaz çeliğin 0,5 M NaCl çözeltisindeki korozyon davranışı, konvansiyonel yöntemle üretilmiş 316L ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Deneysel tasarımda açık devre potansiyeli (OCP), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve potansiyodinamik polarizasyon (PD) testleri uygulanmış; korozyon öncesi/sonrası mikroyapı değişimleri optik mikroskopi ve SEM-EDS ile değerlendirilmiştir. OCP ölçümleri tüm numunelerde zamanla pozitif yöne kayarak pasif film oluşumunu doğrulamıştır. EIS analizleri, DED 316L F1 numunesi için Rp = 8,07×10⁵ Ω·cm² ve CR = 0,015 mpy ile en yüksek pasif film kararlılığını göstermiştir. Konvansiyonel numunelerde Rp ~2,29×10⁴–4,88×10⁴ Ω·cm² aralığındadır. α parametresinin 0,93–0,95 aralığında olması, pasif tabakanın yüksek kapasitif karakterini ve sürekliliğini işaret etmektedir. Genel korozyon direnci sıralaması şu sıralanmaktadır: DED yöntemi ile üretilen numunelerde; DED 316L F1 > DED 316L F4 > DED 316L F3 > DED 316L F2 > ve Standart numunelerde; Standart 316L F3 > Standart 316L F1 > Standart 316L F2. PD testlerinde konvansiyonel standart 316L için örneğin F1 numunesinde Ecorr = −177 mV ve Icorr = 667 nA; F2'de Ecorr = −150 mV ve Icorr = 1,25 μA elde edilmiş, F3 en düşük korozyon hızını vermiştir. DED 316L numunelerinde ise daha negatif Ecorr ve daha yüksek icorr eğilimi gözlenmiştir. Bulgular, DED üretim parametrelerinin korozyon davranışı üzerinde belirleyici olduğunu, uygun parametrelerle DED 316L'nin konvansiyonel 316L'yi aşan pasif film kararlılığı ve düşük korozyon hızları sergileyebildiğini ortaya koymaktadır. Bununla birlikte mikroyapısal heterojenliğin ve porozitenin kontrolü kritik önemdedir.
Kullanılmış Co-Mo hidrodesülfürizasyon katalizörünün sülfürik asit çözeltilerinde çözünme kinetiğinin incelenmesi
Hidrodesülfürizasyon (HDS) katalizörleri, rafine petrol ürünlerinde bulunan sülfürü uzaklaştırmak amacı ile kullanılmaktadır. HDS katalizörleri γ-Al2O3 altlık üzerinde Mo, Co, Ni ve V bileşiklerini içermektedir. HDS prosesinde kullanılan katalizörler rejenerasyon adı verilen bir dizi işlem sonrası yeniden kullanılabilmekte ancak birkaç rejenerasyon döngüsünden sonra işlevselliğini büyük ölçüde kaybetmektedir. Bu tür katalizörler kullanılmış katalizör olarak nitelendirilmekte ve önemli miktarda metal, sülfür ve uçucu bileşenler içerdiği için tehlikeli atık olarak sınıflandırılmaktadır. Son yıllarda, kullanılmış HDS katalizörlerinden Mo, Co, Ni vb. metalik değerlerin geri kazanımı önem kazanmıştır. Hem ekonomik hem de çevresel açıdan kullanılmış HDS katalizörlerinin metal geri kazanımı için ikincil kaynak olarak kullanılması önem taşımaktadır. Bu çalışmada, kullanılmış Co-Mo HDS katalizörünün sülfürik asit (H2SO4) çözeltilerinde liç kinetiği incelenmiştir. Karıştırma hızının, sıcaklığın, H2SO4 konsantrasyonunun ve katı/sıvı oranının liç hızı üzerine etkileri belirlenmiştir. Karıştırma hızı, H2SO4 konsantrasyonu ve katı/sıvı oranının liç hızı üzerine kayda değer bir etkisinin olmadığı, sıcaklığın liç hızını etkileyen en önemli parametre olduğu saptanmıştır. Liç deneylerine geçilmeden önce kullanılmış Co-Mo HDS katalizörünün yapısındaki sülfürlü bileşiklerin oksitli bileşiklere dönüştürülmesi ve uçucu petrol artıklarının uzaklaştırılması amacı ile 773 K'de 5 saat süre ile oksitleyici kavurma işlemi uygulanmıştır. Kavurma işlemine tabi tutulan Co-Mo HDS katalizörünün ve katı liç artıklarının karakterizasyonu XRD, XRF ve SEM-EDS analiz teknikleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmada ayrıca, molibdenin liç çözeltisindeki diğer metalik bileşenlerden ayrılması amacı ile solvent ekstraksiyon işlemi uygulanmıştır. Solvent ekstraksiyon işleminde organik ekstraktant olarak Alamine 304-1 ve sıyırma çözeltisi olarak amonyak (NH3) kullanılmıştır. pH, yükleme süresi ve sıyırma süresi parametrelerinin molibdenin solvent ekstraksiyonuna etkisi incelenmiştir. Farklı A/O (sulu faz/organik faz) oranlarında deneyler gerçekleştirilerek McCabe – Thiele diyagramları çizilmiş ve optimum A/O oranları ile yükleme ve sıyırma işlemleri için gerekli kademe sayıları belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, molibdenin ekstraksiyonunda optimum pH değerinin 1, en uygun yükleme ve sıyırma sürelerinin ise sırasıyla 10 ve 30 dakika olduğunu göstermiştir. McCabe – Thiele diyagramları yardımıyla, yükleme adımında A/O = 2/3 oranında 3 kademede molibdenin % 98,5'inin organik faza, sıyırma adımında ise A/O = 3/2 oranında 2 kademede organik fazdaki molibdenin % 95'inin sulu faza geçirilebileceği belirlenmiştir. Liç deneylerinden elde edilen verilerden yararlanılarak MoO3, CoO ve Al2O3 bileşiklerinin liç reaksiyonlarını açıklamak için en uygun kinetik modelin Avrami Kinetik Modeli olduğu belirlenmiştir. Bu model kullanılarak liç reaksiyonları için kinetik parametreler hesaplanmış ve fraksiyonel dönüşümün süreye bağlı değişimini veren model kinetik bağıntılar türetilmiştir. Görünür aktivasyon enerjileri MoO3, CoO ve Al2O3 bileşiklerinin liç reaksiyonları için sırasıyla 34.7, 17.09 ve 81.84 kJ mol-1 olarak hesaplanmıştır.
İmplant uygulamaları için metal matrisli kompozit biyomalzemelerin üretilmesi
Bu tez çalışmasında, geçici biyomedikal implant (sert doku) uygulamalar için biyobozunur (biyoçözünür) özellikte yenilikçi parçacık takviyeli Fe, Zn, Mg metal matrisli kompozit malzemelerin üretilmesi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında Mg, Zn ve Fe esaslı TCP, TiO2, karbon nanotüp ve bor tozu katkılı metal matrisli kompozit numuneler üretilmiştir. Tez kapsamında, Mg, Zn ve Fe esaslı TCP, TiO2, bor ve karbon nanotüp tozu katkılı kompozit numuneler geleneksel toz metalurjisi (presleme-sinterleme) yöntemi ile üretilmiş olup; alaşım tozları elementel metal tozları kullanılarak mekanik alaşımlama (bilyeli değirmen) yöntemi ile hazırlanmıştır. Toz karışımlarının hazırlanmasının ardından, presleme ile ham numuneler üretilmiştir. Daha sonra Fe alaşımları 1250 °C, Zn alaşımları 320 °C, ve Mg alaşımları 500 °C sıcaklıkta 1 saat süre ile vakum atmosferinde sinterlenmiştir. Tez kapsamında, Fe, Mg ve Zn tozu içerisine ilave edilen alaşım elementlerinin ve parçacık katkı tozlarının malzemenin özelliklere etkileri karşılaştırmalı olarak incelmiştir. Üretilen malzemelerin mikroyapısı tahribatlı (aşınma, sertlik) ve tahribatsız (ultrasonik test) testler ile araştırılmıştır. Fe, Mg, Zn matrisli metal matrisli kompozit malzemelerin biyobozunurluk (ağırlık değişimi) davranışları pH 6.6 değerindeki yapay vücut sıvısı (SBF) çözeltisi içerisinde statik daldırma testi ile araştırılmıştır. Ayrıca Fe, Mg, Zn matrisli kompozit malzemelerin elektrokimyasal korozyon davranışları pH 6.6 değerindeki yapay vücut sıvısı (SBF) çözeltisi içerisinde açık devre potansiyel, Tafel, lineer polarizasyon direnci yöntemleri kullanılarak araştırılmıştır. Ayrıca Fe, Zn ve Mg esaslı alaşımları biyouyumlulukları (sitotoksisiteleri) karşılaştırmalı olarak araştırılmıştır. Tez kapsamında çalışılan Fe, Mg, Zn matrisli parçacık takviyeli kompozit malzemelerin çeşitli özellikleri hesaplamalı malzeme bilimi esaslı yazılımlar (CASTEP, LAMMPS ve ThermoCalc) kullanılarak teorik olarak incelenmiştir. Mekanik özellikler için Kuantum mekaniği yasalarını kullanan ilk prensipler temelli yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) esaslı CASTEP yazılım programı ve Newton yasalarını kullanan moleküler dinamik esaslı LAMMPS yazılım programı kullanılmıştır. İlk prensipler yaklaşımı sadece çekirdek ve elektronları dikkate almakta ve etkileşimleri sadece atom altı ölçeğinde araştırmaktadır. Moleküler dinamik temel parçacık olarak atomları göz önüne almakta, çekirdek ve elektronları göz ününe almamaktadır. Moleküler dinamikte atom-atom etkileşimleri yer almakta olup Newton hareket yasaları kullanılmaktadır. Faz diyagramları için ise hesaplamalı faz diyagramları (CALPHAD) esaslı Thermo-Calc yazılım programı kullanılmıştır
TNTZ atıklardan üretilen TiZrCrNb0.3Ta0.07 yüksek entropi alaşımının biyoaktivite özelliklerinin incelenmesi
Bu tez çalışmasında, Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr (TNTZ) bileşimine sahip biyomalzeme atıkları hammadde olarak kullanılmıştır. Bu atıklar kullanılarak TiZrCrNb0.25Ta0.05 bileşimine sahip yüksek entropili alaşım üretilmiştir. Çok bileşenli veya diğer adıyla Yüksek Entropili Alaşımların keşfi, alaşımların gelişiminde önemli bir kilometre taşı olarak kabul edilmektedir. Son yıllarda, yüksek entropili alaşımlar üzerinde dünya çapında geniş çaplı araştırmalar gerçekleştirilmiştir ve bu çalışmalar giderek artmaktadır. Havacılık, uzay, otomotiv ve makine imalat gibi pek çok sektörde güçlü bir alternatif olma potansiyeline sahip olan bu alaşımlar için önemli uygulama alanlarından birisi de biyomalzeme alanıdır. Bu kapsamda, bu tez çalışmasında, toksik etki göstermeyen Ti, Nb, Ta, Cr ve Zr elementleri kullanılarak geliştirilen yüksek entropi alaşımlar, in-vitro degradasyon, iyon salınımı ve biyoaktivite özellikleri bakımından ticari TNTZ alaşımları ile karşılaştırılmış ve alternatif biyomalzeme olma potansiyeli tartışılmıştır.
AISI 1045 çeliğinin termoreaktif difüzyon (TRD) yöntemi ile tic kaplanabilirliğinin araştırılması
Bu tez çalışmasında, AISI 1045 (C45) imalat çeliğine, Termoreaktif Difüzyon (TRD) kaplama yöntemi kullanılarak TiC kaplama yapılmıştır. Kaplama işlemi 1000, 1050 ve 1100 oC'lik sıcaklıklarda, 1, 2 ve 3 saat bekleme sürelerinde gerçekleştirilmiştir. Kaplanacak malzemeler öncelikli olarak istenilen ebatlarda hazırlanmış ve yüzeyleri parlatılmıştır. Daha sonrasında belirlenen parametrelerde kaplama işlemi uygulanmıştır. Kaplama yapılan malzemelerin tüm yüzeylerine zımparalama işlemi yapılarak numuneler bakalite alınmıştır. Bakalite alınan numunelere parlatma ve dağlama işlemleri uygulanarak testlere hazır hale getirilmiştir. Analiz için hazır hale getirilen numuneler ışık mikroskobu, SEM, XRD ve sertlik analizlerine tabi tutulmuştur. Morfoloji incelemelerinde, 6-21 mikron aralığında kaplama kalınlığı tespit edilmiş olup oluşan kaplamanın homojenlik gösterdiği tespit edilmiştir. Kaplamanın bulunduğu yüzey bölgeden gerçekleştirilen XRD analizinde Ti kaynaklı fazlar görülmüştür. Vickers sertlik analizinde ise ana malzeme sertliği 230 HV civarı iken kaplama sonrası en yüksek sertlik 2300 HV değerlerine kadar yükselmiştir. Yapılan analizler ve değerlendirmeler sonucunda TRD tekniği ile kaplanan, AISI 1045 (C45) imalat çeliğinde en uygun TiC kaplama parametresi belirlenmiştir.
Yeni nesil sfero dökme demir kullanılarak üretilen araç poryasının mikroyapı ve mekanik özelliklerinin araştırılması
Bu çalışmada, otomotiv sektöründe kullanılan ve porya olarak adlandırılan parçanın küresel rekabet ve ürün kalitesini artırmak için, malzeme olarak eski nesil küresel grafitli dökme demir yerine yeni nesil küresel grafitli dökme demirden imal edilmiş ve karşılaştırılmıştır. Standartlara uygun yeni nesil sfero dökme demir malzemeden porya üretimini gerçekleştirebilmek için oluşturulan üç farklı kimyasal kompozisyonla ayrı ayrı döküm denemesi yapıldı. Üç farklı kimyasal kompozisyonlardan üretilen malzemeler üretimin uygunluğunu test etmek için sertliklerine, spektrometre analizlerine, çekme test sonuçlarına ve mikro yapılarına bakıldı. Test sonuçları karşılaştırılarak yeni nesil sfero dökme demir standartlarını en iyi şekilde karşılayan kimyasal kompozisyon ile porya dökümü yapıldı. Poryaların dökümü tamamlandıktan sonra her birinin imalat süreçleri, imalat sarfiyatları takip edilerek karşılaştırılma yapılabilinmesi için incelendi. İmalatı biten ve montaja hazır haldeki poryalardan alınan numuneler üzerinden sertlik, çekme testi, kimyasal analiz ve mikroyapı analizi yapıldı. Yapılan çalışmalar neticesinde, yeni nesil sfero dökme demir malzemenin içyapısının homojenliği sayesinde taşlama ve talaşlı imalat gibi proseslerde çok daha iyi sonuçlar verdiği görüldü. Mekanik testler sonucunda ise yeni nesil sfero dökme demir, eski nesil sfero dökme demire göre çok daha üstün uzama ve akma dayanımı sergilediği ve bu sayede porya gibi kalın kesitli parçalarda parça kesitinin küçültülebileceği sonucuna varıldı.
Çinko metal cürufunun uçucu kül esaslı geopolimer harçların mekanik ve mikroyapı özelliklerine etkisinin araştırılması
Çinko metalinin saflaştırılması sırasında oluşan cüruf atığı çevre kirliliği, depolama gibi çeşitli sorunlara neden olmaktadır. Etkin bir yönetim için bu atıkların farklı alanlarda değerlendirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, çinko üretim tesislerinden çıkan cürufun, geopolimerler de uçucu kül yerine ağırlıkça %10, %20, %30, %40 ve %50 oranlarında katkılanarak harç numunelerinin mekanik ve mikroyapı özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Harç karışımları işlenebilirlik, eğilme dayanımı, basınç dayanımı, su emme ve boşluk oranı gibi çeşitli testlere tabi tutulmuştur. Aktivatör olarak NaOH ve Na2SiO3 kullanılmıştır. Sıvı/bağlayıcı oranı 0,40 olan NaOH içeren harç karışımları, Na2SiO3 içeren harç karışımları 90°C'de 24 saat termal kürlemeye tabi tutulmuştur. Eğilme ve basınç dayanımı testleri 7 ve 28 günlük numunelerde gerçekleştirilmiştir. 28 günlük numuneler 400°C, 600°C ve 800°C'de yüksek sıcaklık deneylerine tabi tutulmuştur. Cüruf atıklarının geopolimer harçlardaki etkisini değerlendirmek üzere seçilen numuneler üzerinde faz analizi ve mikroyapı analizleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan testler sonucunda cüruf ile üretilen sodyum hidroksitli harçların eğilme dayanımlarının 28 gün sonra 3,0 MPa ile 5,8 MPa arasında, basınç dayanımlarının ise 28,2 MPa ile 45 MPa arasında değiştiği, sodyum silikatlı harçların eğilme dayanımının 1,7 MPa ile 4,9 MPa arasında, basınç dayanımı ise 4,9 MPa ile 14 MPa arasında değiştiği belirlenmiştir. Yüksek sıcaklık testleri (400, 600, 800 °C), %30'a kadar cüruf içeren harç karışımlarının cüruf içermeyen harca göre daha yüksek eğilme ve basınç dayanımlarına ulaştığını ortaya koymuştur. Harçtaki cüruf miktarı arttıkça su emme ve boşluk oranları da artmıştır. Bu sonuçlar, cüruf atığının %30 kullanıma kadar geopolimerlerin mikroyapı ve mekanik özelliklerini geliştirebildiğini göstermektedir.
Al 8062 matrisli alaşıma farklı oranlarda B4C-TiB ilave edilerek üretilen kompozitlerin mikroyapısı ve mekanik özellikler üzerine etkisi
Bu çalışmada, 6082 alüminyum alaşımına farklı oranlarda B4C tozu ve Al-Ti-B alaşımı ilave edilerek kompozit malzeme üretilmiştir. Matrisi Alüminyum olan 6082 Al, 6082 Al+Al-Ti-B, 2 farklı oranda 6082 Al+B4C, 2 farklı oranlarda 6082 Al+Al-Ti-B+B4C olmak üzere toplamda 6 farklı kompozit numuneler üretilmiştir. Elde edilen bu numunelere Spektro analiz, Optik inceleme, Mikro ve makro sertlik ve SEM analizleri yapılmıştır. Elde edilen spektro analizlerde başlıca Al, Ti, B, C elementler görülmüştür. Matris malzeme olan Aluminyum ile elde edilen diğer Al kompozitler makro ve mikro sertlik değerleri karşılaştırılmış ve elde edilen kompozit malzemelerde Alüminyuma göre sertlik değerlerinde belirgin artışlar gözlenmiştir. Yapılan Optik ve SEM incelemelerinde Al-Ti-B ve B4C partikülerinin Alüminyum içerisinde heterojen bir şekilde dağıldığı gözlenmiştir. Başarılı bir şekilde elde edilen kompozit malzemelerin deney sonuçları literatür ile tartışılarak değerlendirilmiştir.
Yeni nesil küresel grafitli dökme demirin termo-reaktif difüzyon yöntemiyle WC kaplanabilirliğinin araştırılması
Bu tez çalışmasında, yüksek silisyum içeriği ve özelliklerinden dolayı tercih edilen yeni nesil GGG70 küresel grafitli dökme demirin yüzeyinin termo reaktif difüzyon metodu kullanılarak WC kaplanabilirliği incelenmiştir. Kaplama tozu olarak %45 Al2O3 + %45 FeW ve %10 NH4Cl karışımı kullanılmış ve altlık malzemesi olan GGG70 küresel grafitli dökme demirin yüzeyi termo reaktif difüzyon metoduyla kaplanmıştır. 1000 °C'de 4 saat ve 1100 °C'de 1saat, 2 saat, 3 saat, 4 saat ve 6 saat süreyle başarılı bir şekilde kaplanmış numunelerden kesitler alınarak kaplama morfolojileri, kalınlıkları ve mikrosertlikleri incelenmiştir. Malzemelerin kaplama yüzeyleri optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımı X ışın spektrometresi (EDX) ve X-Işını kırınımı (XRD) yöntemiyle incelendiğinde; altlık yüzeyinde Fe, W ve C bakımından zengin bir morfolojiye sahip kaplama tabakası oluştuğu görülmüştür. En düşük kaplama kalınlığı 1000 °C'de 4 saat süreyle kaplanan örnekte gözlemlenmiştir. En yüksek kaplama kalınlığı ise 1100 °C'de 6 saat süreyle kaplanan numunede gözlensede kaplamalarda dökülmeler meydana gelmeye başlamıştır. Mikrosertlik analizi sonucunda kaplama tabakasının sertliğinin, altlık malzemenin sertliğine göre yaklaşık 8 kat (2400 HV) arttığı görülmüştür.
Endüstriyel seramik atıklarının geopolimer harç üretiminde kullanılabilirliğinin incelenmesi
Seramik endüstrisi ülkemizin ekonomisinde büyük bir rol oynamaktadır ve bu sektörde hammadde arama ve çıkarma işlemleri zayıf olduğu için uzun vadede dezavantajlara yol açabileceği bir dönemden geçmektedir. Seramik üretiminde dünyada söz sahibi olan ülkemiz genelinde yıllık yaklaşık 320 bin ton seramik atığı oluşmaktadır. Bu atıkların çevre üzerinde olumsuz etkileri bulunmaktadır. Bu çalışma, seramik atıklarının geri dönüşümü ve yeniden değerlendirilmesi konusunda bir çözüm sunmaktadır. Seramik atıklarının çimentosuz harç üretiminde kullanılabilirliği araştırılmaktadır. Bu yaklaşım, seramik atıklarının sürdürülebilir bir şekilde kullanılmasını ve çevresel etkilerinin azaltılmasını hedeflemektedir. Çalışma, farklı seramik atıklarının (filter-pres kek atığı, vitrifiye atıkları ve çömlek atıkları) çimentosuz harçlarda nasıl kullanılabileceğini ve bu kullanımın fiziksel ve mikroyapısal özelliklere olan etkilerini incelemektedir. Bu çalışmada hazırlanan geopolimer harçlarında seramik atıkları farklı kütle oranlarında (100/0; 75/25; 50/50; 25/75; 0/100) çalışılmış ve aktivatör olarak sodyum hidroksit ve sodyum silikat kullanılmıştır. Geopolimerler 90°C'de 6 ve 24 saatlik iki farklı termal kürleme periyoduyla üretilmiştir. Harçların 400, 600 ve 800°C'ye maruz bırakılmadan önce ve sonra eğilme ve basınç dayanım değerleri ayrı ayrı kaydedilmiştir. Ayrıca, yüksek sıcaklığa maruz kalmadan önce ve sonra seçilen harçlar üzerinde kristal faz (XRD), mikroyapı analizi (SEM/EDX) yapıldı. 24 saatlik termal kürleme ile üretilen geopolimerlerin başlangıç mukavemet değerleri daha yüksek çıkmıştır fakat 6 saatlik termal kürleme değerlerine yakın tespit edilmiştir bu durum zaman ve enerji tüketimi açısından avantaj sağlayacaktır. Bu çalışmada, çimentosuz harçlarda kullanılan uçucu kül yerine seramik atıklarının kullanılmasının maliyeti düşüreceği ve seramik fabrikalarının atık sorununa çözüm sunacağı vurgulanmaktadır. Ayrıca, sanayi-üniversite işbirliğini teşvik ederek, akademik ve endüstriyel bakış açılarını birleştirmeyi hedeflemektedir.
Aljinat matrisli mineral katkılı hidroksiapatit ile zenginleştirilmiş kemik skafoldları
Doku mühendisliği ve yenileyici tıp alanında, hasar görmüş kemik dokularının onarım ve yenilenmesi uygulamaları için yenilikçi biyomimetik ve biyoaktif biyomalzemelere olan ihtiyaç giderek artmaktadır. Bu amaçla kullanılan biyomalzemeler arasında doğal polimer bazlı hidrojeller ve skafoldlar, biyouyumlu ve biyobozunur olmaları aynı zamanda hücre proliferasyonu ve doku bütünlüğünü destekleyici özellikleri sayesinde ön plana çıkmaktadır. Üretilen skafoldların hücrelerin tutunması, çoğalması ve kan akışı gibi yaşamsal devamlılığa uygun, gözenekli ve doğal kemik dokusuna benzer yapıda olması gereklidir. Kemiğin inorganik bileşiminde bulunan kalsiyum fosfat bileşiği olan hidroksiapatit (HA), biyouyumluluğu ve biyoaktif özellikleri nedeniyle kemik dokusunun onarımı ve yenilenmesi için dolgu malzemesi ve skafold olarak sıklıkla kullanılan biyoseramik bir malzemedir. Ancak sentetik olarak üretilen HA'nın yüksek kristalin stabiliteye sahip olması biyoçözünürlüğünü kısıtlayarak doku onarımının uzamasına neden olmaktadır. Bu nedenle HA'nın biyoçözünürlüğünü arttırıcı, doğal kemik yapısında yer alan iyonları içeren çeşitli iyon katkılı HA formları araştırılmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında uygun matris malzemesi olarak biyouyumlu yapısı, ekstraselüler matrise (ECM) benzer morfolojisi ve jel oluşturabilme yeteneği nedeniyle doğal bir polisakkarit olan aljinat (Alg) temelli hidrojel skafoldlar kemik yenilenmesi ve ilaç salınım uygulamaları için araştırılmıştır. Aljinat polimer matrisli skafoldlar hidroksiapatit temelli biyoseramikler ile katkılandırılmıştır. Hidroksiapatitin biyoçözünürlüğünü ve biyoaktivitesini arttırmak için içeriğinde zengin silikat iyonları içeren bir alümina silikat minerali doğal pomza (PM) minerali HA'nın içerisine katkılanarak skafold formlarında kullanılmıştır. %7,5 PM katkılı HA ve saf HA tozlarının sentezi yapılarak 1100℃'de sinterlenmiştir. Sinterlenen biyoseramik tozları, freeze-gelation metoduyla aljinat polimer matrisi ile birleştirilerek çapraz bağlı poroz skafoldlar sentezlenmiştir. PM katkılı HA ile entegre edilmiş skafoldlara antibakteriyel ajan olarak Teikoplanin etken maddesini içeren Targocid ilacı entegre edilmiştir. Bu Teikoplanin yüklü Aljinat matrisli mineral katkılı skafoldlar aşamalı ilaç salınım mekanizmasıyla kemik rejenerasyonları ve tedavisi için antibakteriyel özellikte geliştirilmiştir. Geliştirilen kompozit skafoldlar; morfolojik, kimyasal, termal ve biyolojik (in-vitro şişme davranışı, biyoaktivite, antibakteriyel etkinlik ve biyouyumluluk) analizleri ile karakterize edilmiştir. Aljinat matrisli pomza katkısı yapılmış hidroksiapatit (Alg-HA-PM) skafoldlarda hücresel aktiviteleri destekleyici birbirlerine bağlı gözenek yapısı gözlemlenmiştir. Pomza ilavesi, HA'nın yüksek kristalin stabilitesini azaltarak yeniden mineralleşme yeteneğini arttırmıştır. Teikoplanin entegre edilmiş skafoldlar disk difüzyon yöntemi ile gerçekleştirilen antibakteriyel testlerde gram negatif: Escherichia coli (E.coli) ve gram pozitif: Staphylococcus aureus (S. Aureus) bakteri türlerine karşı antibakteriyel etkinlik göstermiştir. Geliştirilen bu skafoldlar, yüksek biyoaktivite, uygun morfolojik yapı düşük sitotoksisite ve antibakteriyel etkinlikleri nedeniyle kemik enfeksiyonları tedavisinde ilaç salınımı gerçekleştirerek doku yenilenmesini teşvik edici uygulamalarda yüksek kullanım potansiyeline sahip olacağı öngörülmektedir.
S235JR çeliğinde galvaniz kaplamanın korozyon direncine etkisi
S235JR çeliğinin, sıcak daldırma galvaniz yöntemiyle kaplanıp, korozyona karşı mukavemeti ve kaplamanın korozyon ortamında malzemeye etkisi araştırılmıştır. Galvaniz kaplama işlemi 445-465 °C yapılmıştır. Kaplanan numunelerin metalografik olarak hazırlanması sonrasında kaplama tabakası kesiti optik mikroyapı ve mikrosertlik analiz yöntemleri kullanılarak karakterize edilmiştir. Optik mikroskop analizine göre kaplama tabakası kalınlığı işlem sıcaklığı ve süreye bağlı olarak artış göstermiştir. Mikrosertlik analizleri sonucunda ise kaplama tabakası yüzey sertliği maksimum 458 HV olarak tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar neticesinde yapılan kaplama işleminin sıcaklık ve süre parametrelerine bağlı olarak malzeme yüzey özelliklerini iyileştirdiği sertlik değerlerinin arttığı görülmüştür.
Soğuk şekillendirme yöntemi ile 27MnB4, 41Cr4 ve 42CrMo4 çeliklerinden bağlantı elemanları üretimi ve karakteristik davranışlarının incelenmesi
Bu çalışmada, soğuk şekillendirme yöntemi ile 27MnB4, 41Cr4 ve 42CrMo4 çeliklerinden üretilen bağlantı elemanlarının özellikleri ve karakteristik davranışları incelenmiştir. Soğuk şekillendirme işlemi, malzeme üzerinde önemli mekanik özellik değişikliklerine yol açarak, üretilecek bağlantı elemanlarının dayanım, sertlik ve şekil değiştirme kapasitelerini etkileyebilir. Çalışma kapsamında, farklı çelik türlerinin soğuk şekillendirme işlemi sonrasında elde edilen mikro yapısal değişiklikler, mekanik testler (çekme, sertlik, darbe testi vb.) ve yorulma davranışları detaylı bir şekilde değerlendirilmiştir. Ayrıca, her bir çeliğin soğuk şekillendirme sürecindeki tepkileri ve bu çeliklerin bağlantı elemanları üretiminde kullanılabilirliği üzerinde durulmuştur. Elde edilen bulgular, farklı çelik türlerinin mekanik performanslarını karşılaştırarak, bağlantı elemanlarının tasarımında optimal malzeme seçiminde rehberlik sunmayı hedeflemektedir. Bu çalışma, otomotiv, inşaat ve makine sanayi gibi endüstriyel uygulamalarda kullanılan bağlantı elemanlarının tasarım süreçlerine katkı sağlamayı amaçlamaktadır.
Grafen oksit ve CVD temelli yüzey zenginleştirilmiş raman spektroskopisi uygulamalarında kullanılacak alttaşların aktivitelerinin kıyaslanması
Yüzey Geliştirilmiş Raman Spektroskopisi, icat edildiğinden beri bilimsel araştırmalar için, kimyasal ve biyolojik moleküleri saptama konusunda etkili bir analitik karakterizasyon yöntemi olarak ilgi konusu olmuştur. Ayrıca, spesifik ve eser miktarda moleküleri saptayabilmek için uygun SERS substratlarının seçimi her zaman zor bir nokta olmuştur. İstikrarlı ve güvenilir sinyal gelişimleri elde etmek için etkili SERS substratlarının üretimi önemlidir. Bu çalışmada, iki farklı türde grafen temelli SERS substratının üretimini gerçekleştirerek bunların SERS aktivitelerini karşılaştırdık. Burada prob molekülü olarak Rhodamine 6G (R6G) kullandık. Kimyasal buhar biriktirmeli yöntemi ile üretilen grafen (CVDG) SERS substratlarımız, 10-13 M'lik mükemmel tespit limiti (LOD) gösterdi. Bugüne kadar, 10-13 M, R6G molekülleri için büyütülmüş grafen bazlı SERS substratında ulaşılan en düşük konsantrasyon seviyesidir. Bu sonuçlar, herhangi bir soy metal veya diğer malzemeler kullanılmadan büyütülen CVDG SERS substratımızın oldukça hassas olduğunu gösterdi. Geniş yüzey alanına sahip esnek ve şeffaf bir SERS substratı istendiğinde, CVD grafen (CVDG) SERS substratları daha uygun olurken, toz, kolloid ve ince film SERS uygulamalarında modifiye grafen oksit (MGO) tercih edilebilir. MGO, yüksek konsantrasyonda R6G çözeltisinde CVDG ve SiO2 referans substratlarına kıyasla daha iyi sinyal yükseltme performansıgösterdi. Substratların SERS aktivitelerindeki farklılıklar, CVDG ve MGO arasındaki kimyasal, elektriksel, optik ve yüzey özelliklerindeki farklılıklar açısından ayrıntılı olarak tartışıldı. Rezonant olmayan grafen bazlı SERS substratların aktivitelerini anlamak, yeni nesil Raman spektrometre cihazları açısından çok önemlidir. Üretilen malzemelerimiz, diğer rezonant metal nanopartiküller ile modifiye edilebilir ve belirli moleküllerin hassas tespitinde güvenilir SERS substratları olarak kullanılabilir.
Sol-jel yöntemi ile üretilen LiMn2-xMxO4 (M = Li, Co) tozundan laminasyon yöntemi ile lityum iyon piller için katot üretilmesi ve karakterizasyonu
Günümüzde tekrar şarj edilebilir depolama sistemlerinin (ikincil lityum iyon pillerin) kullanımında önemli bir artış gözlenmektedir. Tüm dünya genelinde mobil elektronik cihazların kullanımının ve elektrik ile çalışan arabaların sektörde yaygınlaşmasıyla pil sistemleri daha çok önem kazanmıştır. Hafiflik, en iyi elektrokimyasal potansiyele ve yüksek enerji yoğunluğuna sahip olma bu sistemlerin başlıca tercih nedenleri arasındadır. İkincil lityum iyon pillerin diğer pil sistemlerine kıyasla yüksek enerji yoğunluğuna ve tekrar şarj edilebilir özelliğe sahip olması çok tercih edilmesine sebep olmaktadır. Günümüzde mevcut teknolojiyi daha ileriye götürmek adına ikincil lityum pillerin enerji yoğunluğunun ve çevrim ömrünün arttırılması, güvenli kullanımlarının geliştirmesi alanında oldukça fazla çalışmalar yapılmaktadır. Mobil elektronik cihazların, elektrikli araç teknolojisinin var olmasında ikincil lityum iyon pillerin katkısı olsa da teknolojinin çok hızlı ilerlemesi lityum iyon pillerden gelen performans beklentisini de arttırmaktadır. Araştırmacılar bu beklentiyi karşılamak için pil bileşenleri üzerinde (katot, anot, seperatör, elektrolit) çalışmalar yapmaktadır. Sistem bileşenleri temel olarak negatif elektrot (anot), pozitif elektrot (katot), içerisinde lityum tuzları içeren bir elektrolit ve iki elektrodu birbirinden ayıran seperatörden meydana gelmektedir. İkincil lityum iyon pillerin çalışması esnasında elektrot yapısından kurtulan lityum iyonları pozitif ve negatif elektrotlar arasında sürekli gidip gelmektedirler. Şarj esnasında lityum iyonları pozitif elektrodun yapısından ayrılarak iki elektrodun arasında bulunan lityum iyonlarına geçirgenlik özelliği sergileyen seperatörün içerisinden geçerek negatif elektrodun yapısına girmektedir. Tersinir olarak deşarj esnasında ise lityum iyonları negatif elektrodun yapısından kurtularak seperatörün içerisinden geçerek ve pozitif elektrodun yapısına girmektedir. Aynı esnada serbest kalan elektronlar dış devreyi tamamlayarak pilin kullanıldığı sisteme enerji sağlamaktadır. Lityum iyonlarının bu hareketi esnasında kritik olan lityumun elektrot yapısına giriş ve çıkış esnasında elektrot yapısına zarar vermemesidir. Ancak bu koşullarda uzun çevrim ömürleri sağlanabilmektedir. Temel olarak araştırmacıların yoğun olarak çalıştığı konu elektrot yapısın uzun çevrimler boyunca korumak üzerinedir. Katot malzemeleri, genellikle spinel veya tabakalı kristal yapıya sahip malzemelerden oluşmaktadır. Katotlar, yapısında çevrimler esnasında elektrolit içerisinde, elektrotlar arasında hareket eden lityum iyonlarının kaynağını oluştururlar. Dolayısı ile bir ikincil lityum iyon pilin kapasitesi ve çevrim ömrü katota çok bağlıdır. Ticari olarak LiCoO2, LiMn2O4 ve LiFePO4 gibi katotlar kullanılmaktadır. Ticari katotların daha düşük maliyetli, çevreye daha az zararlı, daha yüksek kapasite ve çevrim ömrüne sahip olabilmesi için çalışımalar sürdürülmektedir. Katotların belirtilen özelliklerini geliştirmek amacıyla uygulanan bazı temel yöntemler bulunmaktadır. Bu yöntemler tane boyutu küçültme, kompozit malzeme, katkılama, morfoloji kontrolü, kaplama, elektrolit modifikasyonudur. Katot aktif malzemesinde küçük tane boyutları elde etmek katotun reaksiyon yüzey alanını ve buna bağlı olarak kapasite değerini arttıracağından dolayı uygulanmaktadır. Kompozit katotlar iki malzemenin pozitif özelliğinin tek bir yapıda toplanmak istenmesi nedeni ile tercih edilmektedir. Katkılama, ana yapıda bulunan elementin negatif etkilerini kompanse etmek amacıyla farklı elementlerin sistem içerisine düşük miktarlarda ilavesi ile işleyen bir geliştirme yöntemidir. Kaplama ile katotun yapısının çevrimler sonucu bozulmasını önlemek amacı ile yüzeyine daha dayanıklı karaktere sahip farklı bir malzeme ile film tabakası oluşturmak amaçlanır. Morfoloji kontrolü aktif malzemenin tane şekil ve homojenliğini kontrol etmek amacı ile kullanılır. Yeni elektrolit araştırmaları ise katot malzemesine zarar vermeyecek ve onun ile etkileşime girmeyecek bir sistem geliştirmek için sürdürülmektedir. Katot malzemelerinin hazırlanma teknolojisi ve elektrokimyasal performansları konusunda çeşitli çalışmalar bulunmaktadır. Sol-Jel yöntemi oldukça fazla tercih edilen hazırlama teknolojileri arasında yer almaktadır. Sol-Jel yönteminin tercih edilmesindeki temel nedenler homojen kimyasal kompozisyon ve partikül boyutunun elde edilebilmesi, düşük sıcaklıklarda ve kısa sürelerde üretim yapılabilmesidir. Bu üretim yöntemi ile beraber katot malzemesinde kullanılan elementlerin pozitif özelliklerinin tek bir malzemede toplanması da elektrokimyasal performansı geliştirmek açısından tercih edilmektedir. Bu çalışmada Sol-Jel yöntemi ile farklı bileşimlere sahip yedi adet aktif malzeme üretilmiştir: LiMn2O4, LiCo0.2Mn1.8O4, LiCo0.4Mn1.6O4, LiCo0.6Mn1.4O4, LiMn1.9Ni0.1O4, LiMn1.7Ni0.3O4, LiMn1.5Ni0.5O4. Her bir toz için 100 ml Sol-Jel çözeltisi hazırlanmış, 250 rpm karıştırma hızı, 7 pH değeri ve 80 °C çözelti sıcaklığında ve 4 saat süren proses sonucunda gel yapısı elde edilmiştir. Elde edilen gel yapıları 100 °C sıcaklıkta 24 saat kurutmaya bırakılmış, ardından belirli ısıtma rampası ile 800-850 °C sıcaklığa çıkılarak kalsinasyon ve kristalizasyon işlemi uygulanmış ve nihai krisal yapıya sahip tozlar elde edlmiştir. Bu sıcaklığın altında kalsinasyon ve kristalizasyon yapıldığında elde edilmek istenen stokiyometrik bileşimin ve kristal yapının tam olarak elde edilemediği gözlenmiştir. Seçilen toz bileşimlerinin amacı ana yapı olarak LiMn2O4'ya kobalt ve nikel ilavesi ile katyon miktarına bağlı olarak elektrokimyasal kapasite ve çevrim ömrünün incelenmesidir. Üretilen farklı aktif malzemelerin şarj/deşarj performanslarının değerlendirilmesi için XRD, SEM ve EDS tekniklerinden faydalanılmıştır. XRD grafikleri incelendiğinde üretilen 7 farklı aktif malzemenin çevrimler esnasında kapasite düşüşüne neden olacak empürite fazları içermediği, temel LiMn2-xMxO4 spinel fazının elde edildiği görülmüştür. SEM görüntülerinde üretilen tozların tane boyutları 100 nm-1000 nm arasında değişmektedir. Morfoloji tam küresel veya keskin köşeli olmayıp düz yüzeye sahip ve yuvarlak köşeli tanelerden oluşmaktadır. EDS grafikleri incelendiğinde tozlara ait kimyasal bileşimin başlangıçta teorik olarak hesaplanan stokiyometriye uygun olarak üretilebildiği görülmektedir. Laminasyon işlemi öncesi, tozlara bağlayıcı (%10) ve karbon siyahı (%10) eklenerek %80 aktif malzeme içeren toz karışımı oluşturulmuş ve 19 µm alüminyum folyo altlık malzemesi üzerine 500 µm kalınlığında kaplamalar yapılmıştır. Kaplamalar için laminasyon (doctor blade) yöntemi kullanılmıştır. Bağlayıcı oranının belirlenen orandan az kullanılmasının kaplamalarda kalkmalara sebep olduğu gözlenmiştir. Ayrıca kaplamalara iki kez uygulanan haddeleme işleminin aktif tozun altlık malzemesine mekanik olarak daha iyi bağlanmasına katkı sağladığı tespit edilmiştir. Bunun yanı sıra uygulanan hadde işleminin yüksek akım yoğunluklarında çevrim ömrüne katkı sağlayacağı düşünülmektedir. Kaplama görüntülerinin incelenmesi için stereo mikroskop cihazından faydalanılmıştır. Stereo Mikroskop görüntülerine bakıldığında aktif malzemeler ile yapılan kaplamaların hepsinde homojen olarak dağılmış çatlaklar görülmektedir. Ancak şarj/deşarj çevrimleri yapılan kaplamaların EDS analizlerinde altlık malzemeden gelebilecek alüminyum pikine rastlanmamıştır. Kaplamalar lityum iyon pil hücresi ölçülerinde kesilerek yarı pil hücresi oluşturulmuş ve sırasıyla 25, 50, 100 mA/g akım yoğunluğunda katot malzemelerinin şarj/deşarj performansları incelenmiştir. Şarj/deşarj performansları incelendiğinde Ni katkılı aktif malzemesi ile daha yüksek şarj kapasite değerlerine ulaşılmıştır. LiMn1.9Ni0.1O4 bileşimindeki aktif malzeme ile 25 mA/g akım yoğunluğunda 126 mAsa/g spesifik şarj kapasite değerine ulaşılmıştır. Bu değer LiMn2O4 malzemesinin teorik kapasite değerinin (148 mAsa/g) %85'idir. Ayrıca 30 çevrim sonrasında %85 kapasite korunumu elde edilmiştir. Aynı bileşimdeki aktif malzeme en yüksek kapasite değerini gösterdiğinden dolayı 50 mA/g ve 100 mA/g akım yoğunluklarında da elektrokimyasal testlere tabi tutulmuştur. Yapılan elektrokimyasal testler sonucunda sırası ile 118 ve 68 mAsa/g'lık spesifik şarj kapasite değerleri ve 50 çevrim sonrası sırası ile %89, %99'luk kapasite korunumu elde edilmiştir. Yüksek akım yoğunluklarına ve buna bağlı olarak yüksek çevrim hızlarına çıkıldığında kapasite korunumu olarak pil hücresinin yüksek performans gösterdiği tespit edilmiştir. Bu durum pil hücresinin uzun çevrimler boyunca stabil olarak çalışması açısından olumlu bir özelliktir. Kapmaların şarj/deşarj performanslarının detaylı olarak incelenmesi için SEM, EDS, CV karakterizasyon yöntemlerinden faydalanılmıştır. Şarj/deşarj çevrimleri sonrası yapılan SEM analiz görüntüleri incelendiğinde yapısında daha fazla ve büyük boyutlu çatlaklar barındıran kaplamaların kapasite performanslarının daha düşük olduğu gözlenmiştir. EDS grafiklerinde şarj/deşarj çevrimleri sonucunda yapıdaki bileşimin genel olarak korunduğu görülmektedir. Sadece LiNi0.1Mn1.9O4 bileşimindeki kaplamanın kompozisyonunun tüm kaplama yüzeyinde homojen olmadığı görülmektedir. Bu durum sol-jel prosesi esnasında bu bileşimdeki toz için parametrelerin iyi kontrol edilemediğini göstermektedir. Buna rağmen en yüksek kapasite değeri bu numune ile elde edilmiştir. CV testleri sonucunda katılan metal miktarı arttıkça kademeli reaksiyonların gerçekleşmediği ve kapasite değerlerinde düşüş olduğu gözlenmiştir.
Lantan zirkonat esaslı termal bariyer kaplamaların üretimi ve karakterizasyonu
Termal bariyer kaplamalar (TBK), enerji ve uçak-uzay sanayisine ait gaz türbinlerinde yapısal bileşenlerin yüksek sıcaklığa karşı korunmasında çok geniş uygulama alanına sahiptir. Bununla birlikte, güç üretici motorların yüksek verimliliğe sahip olması operasyon sıcaklığının artması olarak düşünülebilir. Termal bariyer kaplama kavramı; soğutulan metalik malzeme ile sıcak gaz katmanı arasına, iş parçasına ısı transferini engelleyecek\yavaşlatacak termal yalıtım yeteneği yüksek malzeme katmanını içermektedir. Günümüzde geliştirmiş en iyi ve yaygın Termal Bariyer Kaplama malzemesi %8 İtriyum ile stabilize edilmiş zirkonyum (YSZ) dur. TBK, seramik bir kaplama olup, oda sıcaklığından 1200 °C'ye kadar kullanılabilir ve bu kaplamalar düşük termal iletkenliğe, yüksek termal şok dayanımına sahiptir. Zirkonya oda sıcaklığından 1170 °C'ye kadar monoklinik kristal yapıdadır ve artan sıcaklıklarda tetragonal (1170-2370°C) yapıdan kübik kristal yapıya (>2700°C ) allotropik dönüşümler gösterir. Bu dönüşümler % 3-5'lik hacim değişimini de beraberinde getirdiğinden kaplamaların bütünlüğü ve servis ömrü kısalır. Kullanımda olan mevcut kaplama malzemeleri yerine termal, mekanik ve kimyasal özellikleri daha üstün malzemeler; türbinlerin daha güvenli şekilde çalışmasını, türbin veriminin artmasını, türbin bakım aralıklarının uzamasını ve son derece pahalı olan sıcak kısım parçalarının ömürlerinin artmasını sağlayacaktır. Bu çalışma havacılık endüstrisinde kullanılan gaz türbin motorların bileşenlerinden olan türbin kanatlarının ve yanma odalarının yüksek sıcaklıkta oksidasyon ve korozyondan korumak amacıyla kaplanmasında kullanılan Y2O3 (yttria) ile stabilize edilmiş ZrO2 (YSZ) yerine, daha üstün termofiziksel özellikleri ile kullanılması muhtemel malzemelerden olan La2Zr2O7 (LZ) ve molar olarak %30 Gd2O3, Yb2O3 gibi nadir toprak elementleri ile modifiye edilmiş LZ esaslı kaplamalar amorf ve kristallin tozlar kullanılarak literatürde ilk defa üretilmiştir. Kaplamaların üretilmesi amacıyla paslanmaz çelik, aluminyum ve Inconel super alaşım altlık malzemeler üzerine öncelikle HVOF (High Velocity Oxygen Fuel) işlemi ile bağ katman kaplamalar (NiCoCrAlY) üretilmiş, daha sonra seramik üst katman kaplamalar APS (Atmospheric Plasma Spray) işlemi kullanılarak kaplamaların üretim işlemi yapılmıştır. Karakterizasyon çalışmaları kapsamında kaplamaların mikroyapısal özellikleri, yapışma mukavemetleri, termal iletkenlik, termal çevrim, termal şok ömürleri ve optimum lazer yüzey modifikasyon parametreleri belirlenmiştir. Termal çevrim ve termal şok testleri sonrasında kaplamalarda meydana gelen hasarların sebepleri araştırılmıştır. Lazer yüzey modifikasyonu için 4 farklı parameter belilenmiş ve bu parametreler ile modifiye edilen kaplama yüzeylerindeki mikroyapısal değişimler SEM ile incelenerek intersept metodu ile tane boyutu hesaplanmış ve bu yüzeylerin sertlik değerleri ölçülmüştür. Karakterizasyon çalışmaları neticesinde tüm kaplamaların başarılı şekilde üretildiği, termal bariyer kaplamaların karakteristik mikroyapı özelliklerini gösterdiği, tüm kaplamaların faz yapısının düzensiz florit yapı olduğu, yapışma mukavemeti ve termal iletkenlik değerleri acısından ise YSZ ve CYSZ' ya göre üstün özelliklere sahip olduğu görülmüştür. Ayrıca Gd ve Yb ile modifiye edilmiş kaplamaların termal çevrim ömürlerinin YSZ ve CYSZ'ya yaklaştığı belirlenmiştir. Termal şok testlerinde ise tüm kaplamalar YSZ ve CYSZ kaplamalara nazaran daha kötü performans göstermiştir. Termal çevrim ve termal şok testleri neticesinde oluşan hasarların sebepleri incelendiğinde ise seramik üst katman kaplamaların sinterlenmesi ile mikroyapının değişmesi, termal genleşme katsayısı uyumsuzlukları ve üst katman ile bağ katman arasında termal olarak büyüyen oksit tabakası (TGO) oluşumu sonucu oluşan gerilmeler ve bu gerilmelerin oluşturduğu kılcal çatlaklar gibi etmenlerin kaplamaların hasar görmesine sebep oldukları sonucuna varılmıştır. Termal çevrim ve termal şok testleri sonrasında kaplamalar faz stabilitelerini korumuştur. En yüksek termal çevrim performansına sahip olan LYZA ve LYZC kaplamalar için optimum lazer yüzey modifikasyon parametreleri ile yapılan işlem neticesinde 25-40 µm kalınlığında porozitesiz, az pürüzlü ve yoğun bir tabaka başarı ile elde edilmiştir. Lazer ile modifiye edilmiş bölgelerin ortalama tane boyutunun artması ile sertlik değerinin azaldığı sonucuna varılmıştır.
Fonksiyonel derecelendirilmiş Al2O3/CYSZ termal bariyer kaplamaların üretimi ve karakterizasyonu
Termal bariyer kaplamalar (TBK) uçak ve endüstriyel gaz türbin motorların yanma odası, türbin kanatçığı, yönlendirici gibi bazı yüksek sıcaklığa maruz kalan parçalarda metalik altlığı korumak, termal yalıtımı sağlamak ve verimliliği arttırmak amacıyla kullanılmaktadır. TBK sistemleri temel görevi altlık metali üzerine etkiyen sıcaklığı düşürmek amacıyla uygulanan seramik üst katman, altlık ile seramik üst katman arasındaki termal genleşme katsayısı (CTE) uyumsuzluklarını azaltan metalik bağ katmanından (MCrAlY) meydana gelir. Bu çalışmada seramik üst katman malzemesi olarak CYSZ (seryum-itriya stabilize zirkonya) ve Al2O3 tozları kullanılarak tek katmanlı CYSZ, çift katmanlı CYSZ / Al2O3 ve 4, 8 ve 12 katmanlı fonksiyonel derecelendirilmiş (FD) termal bariyer kaplamalar üretilmiştir. Altlık malzemesi üzerine HVOF (High Velocity Oxygen Fuel) prosesi ile bağlanma katmanı (NiCoCrAlY) kaplanmıştır. Seramik üst katman üretilmesi için APS (Atmospheric Plasma Spraying) prosesi kullanılmıştır. Üretilen numunelere mikroyapı karakterizasyonu, ısıl iletkenlik testi, ısıl çevrim dayanımı testi ve yapışma mukavemeti testi yapılmıştır.
Soda kireç camların ergimiş tuz banyosu ve tuz pastası uygulamaları kullanılarak iyon değişimiyle mukavemetlendirilmesi
Cam malzemelerin günlük yaşamda kullanım alanları gün geçtikçe genişlemekte ve önemi artmaktadır. İnsan hayatının önemli bir parçası haline gelmesinin doğal bir sonucu olarak, cam malzemeler üzerinde yapılan çalışmalar artmış ve cama farklı özellikler kazandırılması konuları önem kazanmıştır. Cam bilimi ve cam endüstrisinde en önemli problemlerden bir tanesi, yapısı gereği kırılgan ve mekanik tokluğu düşük olan camın mekanik mukavemetinin arttırılmasıdır. Kusursuz camların ağ yapılarındaki güçlü kovalent bağlar sebebiyle teorik mukavemetleri yüksek olması gerekirken, camın üretimi ve endüstriyel olarak işlenmesi aşamalarında camlarda meydana gelen kusurlardan dolayı mukavemetleri teorik mukavemetin çok fazla altına düşmektedir. Bu yüzden yapılan çalışmalar teorik ve gerçek mukavemet değerleri arasındaki farkı azaltma yönündedir. Camların mekanik mukavemetlerinin iyileştirilmesi adına uygulanan yöntemler kısaca cam üretim prosesinin geliştirilmesi, cam yapısındaki kusurların giderilmesi, cam yüzeyinde koruyucu kaplama tabakasının oluşturulması ve yüzeyde basma gerilmesi meydana getirilmesi bu teknolojiler arasındadır. Bu teknolojik yöntemler arasında en çok yapılan çalışmalar yüzeyde basma gerilmesi oluşturarak camların mukavemetlendirilmesidir. Yöntemin amacı yüzeyde basma gerilmeleri oluşturarak yüzeyde bulunan mikro çatlakları etkisiz hale getirmek veya kontrol altına almaktır. Cam yüzeyinde basma gerilmeleri ısıl mukavemetlendirme ve kimyasal mukavemetlendirme ile oluşturulur. Camların kimyasal mukavemetlendirilmesi ısıl genleşme farkı etkisi ve iyonik çap farkı etkisi gibi iki farklı iyon değişim mekanizması ile gerçekleştirilebilir. İyonik çap farkı etkisi ile kimyasal mukavemetlendirme prosesi, cam geçiş sıcaklığının altındaki sıcaklıklarda oksit esaslı silikat camların ağ yapısında bulunan küçük çaplı hareketli alkali iyonların dış kaynakta yer alan daha büyük çaplı hareketli alkali iyonlarla difüzyona bağlı olarak yer değiştirmesi prensibine dayanır. Küçük çaplı iyonların yerini dolduran büyük çaplı iyonlar camın ağ yapısında sıkıştırma etkisi yaratarak yüzeyde basma gerilmelerini meydana getirir. Literatürde ve endüstriyel alanlarda kimyasal mukavemetlendirme için en çok Na+ - K+ iyon değişim çifti üzerine çalışmalar yapılmakla birlikte, ergimiş tuz banyosu, tuz pastası ve tuz buharı uygulamaları gibi farklı pratik uygulamalar ile iyon değişimi gerçekleştirilmektedir. Bu çalışma kapsamında iyon değişimi yöntemiyle yüzeyde basma gerilmeleri yaratılarak camın mukavetlendirilmesi çalışılmıştır. Deneysel çalışmalarda ucuz ve üretiminin kolay olması, aynı zamanda kullanım alanının geniş olması sebebiyle soda kireç camlar tercih edilmiş, ergimiş tuz banyosu ve tuz pastası uygulamaları kullanılarak Na+ - K+ iyon değişimi ile mukavemetlendirilmiş ve ardından elde edilen camların karakterizasyonu yapılmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlardan yararlanarak üretilecek camların özellikle çamaşır makinesi kapaklarında kullanılmasının uygun olup olmadığı belirlenecektir. Deneysel çalışmalarda molce % 72,50 SiO2 % 12,97 Na2O % 9,21 CaO % 1,32 MgO % 2,26 Al2O3 % 1,50 K2O bileşiminde, 50*50 mm boyutlarında 3 ve 6 mm et kalınlığında ticari soda kireç camlar kullanılmıştır. Ergimiş tuz banyosu uygulamalarında yüksek saflıkta potasyum nitrat (KNO3) tuzu kullanılarak, 3 ve 6 mm kalınlığındaki cam numuneler 450°C sıcaklıktaki ergimiş KNO3 banyosuna daldırılmış ve numunelere 6, 12 ve 24 saat süre ile iyon değişimi uygulanmıştır. Tuz pastası uygulamalarında ise yüksek saflıkta potasyum nitrat (KNO3) ve potasyum klorür (KCl) tuzları kullanılarak ağırlıkça (%) KNO3:KCl (2:1) ve KNO3:KCl (1:2) bileşimlerini oluşturmak için tuzlar, saf su ilave edilerek pasta haline getirilmiş ve 80°C'ye ısıtılmıştır. Isıtılan tuz pastaları 3 ve 6 mm kalınlığındaki cam numunelerin yüzeylerine spatula ile kaplanmıştır. Ağırlıkça (%) KNO3:KCl (2:1) tuz bileşimine ağırlıkça % 5-10-20 oranlarında kaolin kili katkılandırılması ve ağırlıkça (%) KNO3:KCl (1:2) içeren tuz bileşimine ağırlıkça % 10 oranında kaolin katkılandırılması yapılarak toplam dört tuz pastası hazırlanmıştır. 80°C'ye ısıtılan kaolin katkılı pastalar, 6 mm kalınlığındaki cam numunelerin yüzeylerine spatula ile kaplanmıştır. Katkısız ve katkılı tuz pastalarıyla kaplanan tüm cam numuneler fırına şarj edilerek mukavemetlendirilmesi için 450°C sıcaklıkta 6, 12 ve 24 saat süre ile iyon değişimi uygulanmıştır. Referans (işlem görmemiş) cam numuneye diferansiyel termal analiz cihazı (DTA) ile ısıl analiz uygulanarak kimyasal mukavemetlendirilecek camlar için gereken proses sıcaklığı belirlenmiş, iki farklı uygulama kullanılarak mukavemetlendirme sonucu elde edilen tüm numunelerin eş iki eksenli eğme mukavemeti (Ring-on-ring) testi ile mukavemetleri tespit edilmiş, micro Vickers sertlik cihazı ile sertlikleri ölçülmüş ve SEM/EDS kesit analizi ile difüzyon derinlikleri tayin edilmiştir. Referans numuneye uygulanan ısıl analiz sonucunda elde edilen cam geçiş sıcaklığı 549°C olup, proses sıcaklığı 450°C olarak belirlenmiştir. Ergimiş tuz banyosu ve tuz pastası uygulamalarıyla işlem gören 3 ve 6 mm kalınlığındaki camların mukavemet değerleri, referans cama göre artış göstermiş, artan proses sürelerinde mukavemet değerlerinin arttığı tespit edilmiştir. 24 saat iyon değişim süresi sonunda ergimiş tuz banyosu uygulamasıyla mukavemetlendirilen 3 ve 6 mm kalınlığındaki camların mukavemetleri referans numunelere göre 5 ile 6 kat arasına, tuz pastası uygulamalarıyla ise 2 ile 3 kat arasına çıktığı tespit edilmiştir. İki farklı uygulama ile işlem gören 3 ve 6 mm kalınlığındaki camların ölçülen sertlik değerleri referans cama göre artış göstermiş ve artan işlem sürelerinde sertlik değerlerinin arttığı tespit edilmiştir. İki farklı uygulama ile mukavemetlendirilen tüm numunelerin sertlik değerleri 510-515 HV'den artan işlem süresine göre artarak 560-590 HV arasında değiştiği ölçülmüştür. İki farklı uygulamayla mukavemetlendirilen tüm numunelerin iyon değişim süresi arttıkça iyonların difüze olduğu derinliğin arttığı tespit edilmiştir. 24 saat iyon değişim sürelerinde ergimiş tuz banyosu uygulamasıyla işlem gören numunelerde yaklaşık 35 µm difüzyon derinliği elde edilirken tuz pastası uygulamalarında 25-30 µm arasında difüzyon derinliği elde edilmiştir.
Buzdolabı kompresör yataklarında modifiye edilmiş B390 alüminyum alaşımlarının dökme demir yerine kullanılabilme potansiyeli
Birbirleri ile sürtünme halinde olan parça ve yatakların tribolojik özelliklerini geliştirerek hem kullanım ömrünü hem de sistemin çalışma verimini arttırmak, günümüzde hızla tükenen enerji kaynakları göz önüne alındığında, araştırılması gereken en önemli konular arasındadır. Hareketli sistem yataklarının tribolojik özellikleri, malzeme değişimi yaparak veya mevcut malzemeler üzerine çeşitli modifikasyonlar yaparak geliştirilebilir. Bu modifikasyonlar direk taban malzeme yüzeyine uygulanabilirken, taban malzeme üzerine uygulanacak bir kaplama ile de sağlanabilmektedir. Buzdolabı temel soğutma elemanı olan kompresörler incelediğinde de, bu sistemde çalışan yatakların aşınma dayanımlarının kompresör verimini ve enerji kaybını doğrudan etkilediği görülmektedir. Mevcut hermetik tip buzdolabı kompresörlerinde krank mili ve gövde malzemesi olarak dökme demir kullanılmaktadır. Dökme demir krank mili yüzeyine ise, mangan fosfat kaplama uygulanmaktadır. Yağ tutucu özelliği olan bu kaplamalar yatak yüzeylerini belirli bir süre aşınmadan korur, fakat zamanla aşınarak taban malzemeden mekanik kayıplara sebep olmaktadır. Dolayısıyla kompresör verimi (soğutma performans katsayısı) düşmektedir. Kompresör veriminin düşmesi ise buzdolabı enerji tüketiminin artmasına neden olmaktadır. Bu çalışmada, buzdolaplarında kullanılan hermetik kompresörde gövde malzemesi olarak dökme demir yerine, ötektik üstü Al-Si alaşımı olan B390'ın kullanım potansiyeli araştırılmıştır. Al-Si alaşımları; hafiflik, mükemmel dökülebilirlik, yüksek aşınma direnci ve yüksek korozyon direnci sayesinde en çok tercih edilen alüminyum döküm alaşımları arasındadır. Bu özellikleri ile son zamanlarda uçak ve otomotiv endüstrisinde, demir esaslı malzemelerin yerini almaya başlamıştır. Tercih edilmesinin asıl sebebi ise, yapısında bulunan ana alaşım elementi silisyum sayesinde yüksek mukavemet ve yüksek aşınma direncine sahip olmasıdır. Ayrıca alüminyumun yoğunluğu 2,7 g/m3 olup, demirden 3 kat daha hafiftir. Bu da hacimsel üretim miktarı baz alındığında, aynı kütleye sahip bir hammaddeden daha fazla parça üretilebileceği anlamına gelir. Al-Si alaşımlarının kullanımının diğer bir avantajı ise basınçlı döküme uygun olmasıdır. Böylece dökme demir yatakların üretiminde kullanılan birçok talaşlı imalat aşaması ortadan kalkacaktır. Çünkü basınçlı döküm yöntemi ile kompleks şekilleri genellikle tek kademede veya dökme demire göre daha az sayıda talaşlı imalat adımıyla elde etmek mümkündür. Yapılan öncül deneysel çalışmalarda, mevcut dökme demir/dökme demir çiftinin tribolojik davranışları incelenmiştir. Ardından dökme demir/B390 tribo-çifti, B390 alaşımına çeşitli modifikasyonlar uygulanarak test edilmiştir. Bu modifikasyonlar; döküm alaşımına fosfor ilavesi, döküm sonrası soğutma hızı, ısıl işlem (çökelme sertleşmesi), NaOH ile yüzeyi kimyasal olarak dağlama olarak sıralanabilir. Bu çalışmaların genel amacı; B390 yapısındaki primer Si plakaların boyutlarının, yapıdaki homojenitesinin, sertliğinin ve kimyasal dağlama ile alüminyum matrisi tercihli çözüp Si plakalarının yüzeye çıkarılmasının aşınmaya olan etkisinin detaylı olarak incelenmesidir. Krank mili - gövde yatağının çalışma şartlarını simüle etmek amacıyla dökme demir pim ve B390 diske yağlı ortamda ve 80 °C sıcaklıkta pim/disk(pin-on-disc) triboloji testi uygulanmıştır. Sınır yağlama koşullarının tespiti amacıyla stribeck eğrileri oluşturulmuş ve 8 saatlik deney parametreleri bu eğrilerden yararlanılarak seçilmiştir. Çünkü buzdolabı kompresörleri baz alındığında, yüzeylerde oluşan en kritik aşınma kompresörün dur-kalk yaptığı, yatak malzemeleri arasında rijit bir yağ tabakasının oluşmadığı sınır yağlama koşullarında gerçekleşmektedir. Aşınma sırasında malzeme kaybını önlemek amacıyla B390 disklere çökelme sertleşmesi ısıl işlemi ve farklı sürelerde %10'luk NaOH çözeltisi ile kimyasal dağlama uygulanmıştır. Dağlama sırasında yüzeyde oluşan alkali oksitler, işlem sonrasında %10'luk nitrik asit çözeltisiyle ile temizlenmiştir. Çökelme sertleşmesi sonrasında en yüksek sertlik değeri 5 saat yaşlandırılan numunede görülmüş, bu numuneye kimyasal dağlama işlemi de uygulanıp 8 saatlik tribolojik testler yapılmıştır. Deneyler sonrasında diskte meydana gelen aşınma derinliği ile pimde oluşan iz çapı analizleri, optik profilometre, XRD ve SEM-EDS kullanılarak incelenmiştir. Diskteki aşınma derinlikleri ve pimdeki iz çapları ölçülüp, pim üzerinde meydana gelen aşınma değerlerinden yola çıkılarak özgül aşınma hızı katsayıları hesaplanıp birbirleri içerisinde karşılaştırılmıştır.
Spark plazma sinterleme yöntemi ile ışık geçirgenliğine sahip magnezyum alüminat spinel seramiklerinin üretimi ve karakterizasyonu
Bu çalışmada optik, medikal ve balistik amaçlı kullanımlara uygun saydam MgAl2O4 seramiklerinin MgO ve Al2O3 karışımlarından hareketle Spark Plazma Sinterleme yöntemiyle eldesinde sinterleme sıcaklığı, kalıp içi eleman olarak kullanılan molibden kaplı grafit folyonun ve SiC disklerin saydamlığa etkisi, ve B2O3 katkısının malzeme üzerindeki etkisi incelenmiştir. Spark Plazma Sinterleme yöntemi ile yapılan deneylerde başlangıç spinel tozu eldesi için MgOve Al2O3 tozu kullanılmıştır. Birinci grup deneyler katkısız MgO + Al2O3 tozlarıyla 1200 – 1400 °C arasında iki basamaklı basınç profili (oda sıc – 1000 °C arasında 40MPa, 1000 °C – sinterleme sıc. arasında 80 MPa) uygulanarak 20 dk bekleme süresiyle gerçekleştirilmiştir. Mo kaplı grafit folyo ve SiC disk ile yapılan deneyler ise karbon kirlenmesinin malzeme üzerindeki etkisini belirleyebilmek için aynı spark plazma sinterleme parametreleri ile gerçekleştirilmiştir. Katkılı deneylerde B2O3, MgO + Al2O3 karışımına ağırlıkça % 0,15 oranında H3BO3 asidik formunda katılmıştır. Bu grup deneyler 1250 – 1400 °C arasında gerçekleştirilmiştir. Tüm deneyler karşılaştırıldığında en yüksek rölatif yoğunluk değeri 1350 °C'de sinterlenmiş katkılı numuneye ait olup % 99,7 olarak ölçülmüştür. Bu numune aynı zamanda 550nm dalga boyunda % 65 ışık geçirgenliği ile en yüksek ışık geçirgenliğine sahiptir. Yapılan deneylerde ışık geçirgenliğinin sıcaklığa bağlı olarak arttığı ancak 1300 °C'nin üzerinde tane boyutunun irileşmesi nedeniyle azalmaya başladığı belirlenmiştir. En yüksek sertlik değeri 1200 °C'de sinterlenen katkısız magnezyum alüminat spinel numunesinden 15,74 GPa olarak ölçülmüştür. Sıcaklık arttıkça tane büyümesiyle sertlik değerlerinde de azalma gözlenmiştir.
Farklı yöntemlerle titanyum alüminyum intermetalik kaplama oluşturulması
Titanyum ve alaşımları sahip oldukları yüksek dayanım/ağırlık oranı, düşük sıcaklıklarda korozyona karşı mükemmel direnç göstermeleri ve oldukça yüksek tokluk sergilemeleri nedeniyle otomotiv, .havacılık, denizcilik, kimya vb. pek çok sektörde geniş ölçüde kullanım alanı bulmaktadır. Ancak, yüksek sıcaklıklarda oksidasyona karşı yeterli direnç gösterememeleri ve yüksek sürtünme katsayıları ile adhesif karakterde aşınma sergilemeleri, titanyum ve alaşımlarının mühendislik uygulamalarını kısıtlamaktadır. Bu nedenle aşınma özeliklerinin iyileştirilmesi ve oksijen absorbsiyonunun azaltılması için titanyum ve alaşımlarına çeşitli yüzey modifikasyon işlemleri uygulanmaktadır. Ti-Al sistemindeki intermetalik fazların koruyucu kaplamalar olarak kullanılabileceği literatürde bulunan çalışmalar tarafından desteklenmektedir. Yüksek sıcaklıklarda titanyum ve alaşımlarından çok daha üstün oksidasyon direnci ve mekanik özellikler sergilemeleri nedeniyle Ti-Al bazlı intermetalikler, yüksek sıcaklık uygulamalarına aday malzemeler olarak görülmektedir. Çalışmamızda titanyum altlık üzerine, soğuk gaz dinamik püskürtme (SGDP) yöntemiyle, saf alüminyum ve titanyum-alüminyum toz karışımı kullanılarak iki farklı kaplama yapılmış ve bu kaplamalarda ısıl işlem ve lazer yüzey ergitme uygulamaları ile titanyum-alüminyum intermetalikleri oluşturulması hedeflenmiştir. Isıl işlem 10-3 bar vakum altında ve 750oC'de 24 saat süreyle uygulanmış ve numuneler fırında soğutulmuştur. Lazer ergitme için 77W güç, 5Hz frekans, 100mm/s hız parametreler seçilerek numunelere 6 paso sürekli CO2 lazer uygulanmıştır. Çalışma kapsamına hazırlanan 6 grup numuneden Al kaplama sonrası lazer ergitme uygulanacak numunelerde, SGDP uygulaması ardından, kaplamalarda atma olması sonucu çalışmanın ilerleyen aşamalarında bu numuneler kullanılamamıştır. Ayrıca Ti-Al kaplama sonrası ısıl işlem ve lazer yüzey ergitme uygulanan numuneler de lazer uygulaması sonrası yoğun çatlak oluşumu ile kaplamaların altlıktan çatlak bölgelerinde ayrılması sonucu deneysel çalışmalarda kullanılamamıştır. Kaplamalar mikroyapı incelemeri, XRD analizleri ve sertlik ölçümleri ile karakterize edilmiştir. Ayrıca aşınma testi uygulanarak kaplamaların tribolojik özellikleri karşılaştırılmıştır. Uygulanan testler ve yapılan analizler sonucu tüm kaplamalarda intermetalik dönüşümün gerçekleştiği görülmüştür. Isıl işlem numunelerinde %100 TiAl3 fazı elde edilirken lazer uygulanan numunelerde TiAl3 fazına ek olarak düşük şiddetli piklerde TiAl, TiAl2, Ti3Al ve Ti3Al2 fazlarına da rastlanmıştır. Bu fazların, lazer uygulaması sırasında çıkılan yüksek sıcaklıklar sonucu oluştuğu düşünülmektedir.
Bakır/gümüş/çinko oksit (CuAg/ZnO) partiküllerinin ultrasonik sprey piroliz yöntemiyle üretimi
Çağımızın en gözde teknolojilerinden biri olan nanoteknoloji, malzemelerin yapısında atomik boyuta inmemizi ve nanobilim ile farklı özelliklerin tanımlanmasını ve elde edilmesini sağlamaktadır. Özellikle son dönemde yapılan çalışmalar ile insanoğlunun hayatında tekstil, uzay/havacılık endüstrisi, enerji, elektrik/elektronik, yapı ve inşaat, kimya, tıp, çevre ve gıda gibi birçok alanda devrim niteliğinde değişikler sağlayan nanoteknoloji bunu malzemelerin özelliklerine ve fonksiyonlarına atomik boyutta müdahale etme yetisine borçludur. Dünyada gün geçtikçe artış gösteren bir pazara sahip olan naoteknoloji, ülkemizde bireysel çalışmalar ile birlikte devlet katkılı (Kalkınma Ajansı, Tübitak) destekler ile adım adım gelişim göstermektedir. Önümüzdeki yıllarda bu pazarın daha da genişleyerek artması beklenmektedir. Nanopartiküller, ince filmler, nanokompozitler, yarıiletkenler, ileri teknoloji seramik ve polimerler ülkemizde üzerine en çok çalışılan nanoteknoloji uygulama alanlarındandır. 100 nm ve altı skalasında bulunan partikül ve malzemeler nano yapıda bulunmaktadırlar. Nano ölçekte partiküller, makro boyutta partiküllerin tabii olduğu klasik fizik kuralları çerçevesinde değil, kuantum mekaniği kuralları çerçevesinde incelenmektedir. Manyetik, elektronik ve optik gibi birçok özellik bu sayede nano ölçekteki partiküller arasındaki bağların kolayca değişimiyle farklılık gösterebilmektedir. Nanopartiküllerin/malzemelerin üretiminde yukarıdan aşağıya ve aşağıdan yukarıya olmak üzere iki temel yaklaşım bulunmaktadır. Yukarıdan aşağıya yaklaşımında; hacimsel malzemelere mekanik etki uygulanarak malzemeyi nano boyutlara indirgemek esas alınırken, aşağıdan yukarıya yaklaşımında ise atom veya moleküllerden nano boyutlu yapılara ulaşmak temel hedeftir. Bu iki yaklaşım, birden fazla üretim yöntemini kapsamaktadır. Ultrasonik Sprey Piroliz (USP) yöntemi, aşağıdan yukarıya yaklaşımı başlığı altında bulunan bir üretim yöntemidir. Kontinu bir üretim yöntemi olması, multifonksiyonel uygulamalara elverişliliği ve nihai ürün oluşumunda ekonomik açıdan düşük maliyetler gerektirmesi USP üretim yönteminin başlıca avantajlarındandır. USP üretim yöntemi, yüksek saflıkta, dar boyut aralığında, homojen bileşimde, küresel morfolojide ve aglomere olmamış nihai metalik, intermetalik, seramik ve kompozit yapılardaki nanopartiküllerin üretimini sağlamaktadır. Endüstriyel üretime de elverişli olan USP yöntemi; bir reaktörün içinde atomize edilen çözeltinin damlacıklarının kuruması, damlacıkların büzülmesi, termal parçalanma ve redüksiyon, son olarak nihai ürünün sentezlenmesi olmak üzere 4 temel adımdan oluşmaktadır. Aerosol oluşumu adımı üretim sürecinin başlangıç adımı olup büyük bir öneme sahiptir. Bu adımda atomizör içerisinde bulunan çözelti piezoelektrik seramik dönüştürücülerin sağladığı ultrasonik ses dalgaları aracılığıyla aerosol haline geçer. Aerosol formu, termal tepkimelerin yaşandığı fırın ortamına taşınır. Çözeltideki metal için uygun tepkime sıcaklıklarında redüklenme gerçekleşir ve nihai ürün elverişli sıvı içerisinde toplanır. Son yıllarda özellikle günlük hayatımız ve toplu yaşama alanlarında antifungal ve antibakteriyel uygulamalar konusu üzerine bir çok araştırma ve inceleme yapılmaktadır. İnsan sağlığını olumsuz etkileyen bu organizmalara (Bakteri ve Fungiler) karşı özellikle gümüş ve bakır metal iyonlarının etkisi tartışmasız odak noktası olmuştur. Gümüş ve bakır, özellikle bakteri ve fungilerin büyümesini engellemede, onları öldürmede oldukça etkili olduğu bilinen antibakteriyel ve antifungal özelliğe sahip metallerin başında gelmektedirler. Çok eski yıllardan beri gemilerin alt kısmındaki yosunların oluşumunu engellemek için kullanıldığı bilinen bakır, günümüzde özellikle medikal ve tekstil sektöründe mikrobiyal gelişimi önlemek için kullanılmaktadır. Gümüş ise yine benzer özelliklerinden dolayı, tekstil ürünleri, tıbbi cihazlar, ev-elektrik aletleri, kozmetik, spor ürünleri ve metal ve polimer gibi yüzey kaplama alanlarında antibakteriyel ajan olarak sıklıkla kullanılmaktadır. Bakır ve Gümüş'ün yanında çinko oksit, n-tipi yarı iletken oksit olması, fotokatalitik, termal ve kimyasal kararlılık ve antibakteriyel özelliklerinden dolayı (Ag'e iyi alternatif olması nedeniyle) elektronik sektörü, kimya sanayi, kozmetik ve tekstil endüstrisinde geniş kullanım bulmaktadır. Gümüş iyonları bakterinin içine doğru difüze olur ve burada bakterinin enzimiyle reaksiyona girerek enzime bağlanır. Bu şekilde bakterilerin büyümesi ve çoğalması engellenmiş olur. Yine buna benzer şekilde bakır iyonlarının, mantar ve bakterilerin hücre duvarlarına saldırmasıyla da bu etki sağlanabilir. Bu olumsuz etkiler göz önünde bulundurulduğunda bakteri ve mantar etkilerini kontrol etmek ve bu etkileri incelemek ihtiyacının olduğu açıktır. Bu nedenle bakır ve gümüş nano partiküllerinin kullanılmasıyla geliştirilmiş antimikrobiyel yüzeyleri elde etmek için bir çok yaklaşım öne sürülmüştür. Bu çalışmada; yüksek safiyetteki metal tuzlarının çözeltilerinden hareketle küresel morfolojiye sahip, gümüş oranı REACH (Registration, Evaulation, Restriction and Authorisation of Chemicals, EC1907/2006) yönetmeliği çerçevesinde gümüşü azaltılmış CuAg/ZnO nanokompozit partiküllerinin Ultrasonik Sprey Piroliz ve Hidrojen Redüksiyonu (USP-HR) yöntemi ile tek adımda nano boyutta üretimi ve yapısal karakterizasyon çalışmaları ile birlikte antifungal ve antibakteriyel özelliklerinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Deneysel çalışmalarda, CuAg/ZnO nanokompozit partiküllerinin üretimi için başlangıç çözeltisinin hazırlanmasında yüksek safiyette gümüş nitrat (AgNO3), bakır nitrat [Cu(NO3)2.3H2O] ve çinko nitrat [Zn(NO3)2.7H2O] tuzları kullanılmıştır. Partikül boyutu üzerinde etkin olan farklı konsantrasyonlardaki Bakır-Gümüş-Çinko nitrat başlangıç çözeltileri, saf su kullanılarak hazırlanmıştır. Sıcaklık, çözeltilerdeki bileşenlerin molar oranları ve sıcaklık parametresi değiştirilerek 4 farklı grupta toplanmak üzere toplamda 14 adet numune elde edilmiştir. Üretilen tozların toplandığı toplama (gaz yıkama) şişelerinde %99,9 safiyette etanol (C2H5OH) kullanılmıştır. Üretilen nanokompozit partiküllerinin faz analizleri için X-ışınları difraktometresi (XRD), boyut ve morfolojilerinin tespit edilmesi için taramalı elektron mikroskobu (SEM), partiküllerin içerdiği elementlerin oranlarını belirlemek için ise enerji dağılım spektroskopisi (EDS) kullanılmıştır. Üretilen CuAg/ZnO nanokompozit partiküllerinin küresel morfolojide birincil ve ikincil partiküllerden oluştuğu SEM incelemeleri sonucunda belirlenmiş olup, EDS analizleri sonucunda yapının Cu, Ag ve O'den oluştuğu tespit edilmiştir. Yapılan XRD faz analizleri sonucunda elde edilen XRD paternlerinden nanokompozit partiküllerin yapısında Ag, Cu ve ZnO fazları tespit edilmiştir. XRD ve SEM analizleri sonucunda Ag, Cu ve ZnO kristalin yapılarının kompozit partikülleri içerisinde bulunabilmesi için USP-HR tekniğinde redüksiyon sıcaklığı 600 oC olarak belirlenmiş ve çözeltideki Zn2+ içeriğinin arttırılmasının uygun olacağı belirlenmiştir. Antibakteriyel aktivite açısından CuAg/ZnO nanokompozit partiküllerinin gelişmiş antibakteriyel (%100) etki gösterdiği ve antifungal özellik açısından da CuAg/ZnO nanokompozit partikülleri gerek "Katı Besiyerine Ekim Yöntemine" göre gerekse "Sıvı Besiyerine Ekim Yöntemine" göre Aspergillus niger'e karşı antimantar özellik gösterdiği belirlenmiştir.
Yerli olivin cevherinden refrakter malzemeye uygun hammadde üretimi
Olivin, yer kabuğunda en fazla bulunan minerallerden biridir. Yer kabuğunda bu kadar fazla bulunmasına rağmen, olivin cevheri içerisindeki demir miktarı nedeni ile refrakter üretiminde hammadde olarak kullanılması tercih edilmez. Önceki çalışmalarda, hammadde olarak MgO ilavesinin, olivinin içerisindeki demirin magnezyoferrit olarak elde edilebilineceği gösterilmiştir. Bu çalışmada ilk olarak, refrakter malzemelerin tanımı yapıldıktan sonra, refrakter malzemelerin genel özellikleri ve sınıflandırılması açıklanmıştır. Daha sonra da refrakter malzemelerin üretim aşamaları anlatılmıştır. Bir sonraki bölümde, olivin cevherinin tanımı yapıldıktan sonra, olivinin kullanım alanları anlatılmıştır. Bölümün sonunda ise olivinden üretilen refrakter malzemelerin özellikleri belirtilmiştir. Dördüncü bölümde olivin cevherinin refrakter malzeme olarak kullanımı için yapılan deneyler açıklanmış ve sonuçlar gösterilmiştir. Son bölümde ise yapılan deneysel çalışmaların sonuçları irdelenmiş ve öneriler sunulmuştur.
Mermer kesme endüstrisinde kullanılan hurda elmas esaslı kesici takım uçlarından elmas ve bakırın geri kazanımı
Sentetik elmas esaslı kesici takım uçları doğal taşların işlenmesi, asfalt kesme, asfalt kaldırma, beton delme, karot alma, cam matkap uçları, sondaj delici uçları gibi birçok endüstriyel uygulamada kullanılmaktadır. Ülkemizde de yaygın olarak kullanılan bu sentetik elmas kesici takım uçları ömürlerini tamamladıktan sonra herhangi bir şekilde kazanılmamaktadır. İçerisinde yüksek miktarda sentetik elmas içeren bu kesici takım uçları kobalt, demir, bronz, bakır ve kalay tozlarının sentetik elmasla karıştırılması ve sıcak presle sinterlenmesiyle üretilmektedir. %1-3 oranındaki sentetik elması tutan matrisin bileşiminde; %30-50 demir (Fe), %20-50 bakır (Cu veya CuSn) ve %10-30 oranında kobalt (Co) esas olarak kullanılıp bunun yanı sıra nikel, grafit, tungsten karbür, kalay tozları istenilen kesici takım özelliğine göre katkı olarak eklenmektedir. İçerisinde yüksek oranda elmas ve metal içeren bu kesici uçlar her yıl yüksek miktarda hurda olarak birikmektedir. Bu tez çalışmasında, hurda durumundaki elmas esaslı kesici takımlarından ekonomik olarak geri kazanılabilecek malzemelerin elde edilmesine yönelik deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Yapılan deneysel çalışmalarda öncelikle hurda soketlerde bulunan elmasların kazanılması hedeflenmiştir. Bu amaçla hurda soketler uygun asitler yardımıyla bir çözümlendirme işlemine tabi tutularak ve matris kısmı oluşturan metaller çözeltiye alınarak saf sentetik elmas parçalar kazanılmıştır. Çözümlendirme deneylerinde kullanılan asit miktarları, katı/sıvı oranı, süre, sıcaklık gibi parametreler incelenerek en uygun şartlar belirlenmiştir. Literatürde atık kesici takımların asit ile çözümlendirmesiyle elmasların geri kazanımıyla ilgili incelemeler yapılmış olsa da çözeltiye alınan metal matris kısmının geri kazanımıyla ilgili çalışmalara rastlanmamıştır. Bu nedenle tez çalışması kapsamında çözümlendirme işlemi sonrası elde edilen çözelti içerisinden değerli metallerin geri kazanımı üzerine deneyler yapılmıştır. Sentetik elmas esaslı hurda kesici uçların çözümlendirme işlemi kral suyu ve belirli oranlarda nitrik asit ve hidroklorik asit içeren çözeltiler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çözeltiye alınan hurda soketlerden çözünmeden kalan elmas taneleri katı-sıvı ayrımı ile çözeltiden ayrıldıktan sonra kalan çözelti atomik absorbsiyon spektrofotometresi ile analiz edilerek tanımlanmıştır. Çözümlendirme sonrası elde edilen çözeltide bulunan metallerin kazanılmasıyla ilgili deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Yüksek oranda Cu, Ag, Ni ve belirli oranda Fe, Co, Zn, Mn içeren karmaşık yapıdaki çözeltide bulunan bakır, iki farklı organik kullanılarak solvent ekstraksiyon tekniği ile ayrıştırılmaya çalışılmıştır.
Niyobyum borür katkılı Al5Si hibrit tozların ve kompozitlerin mekanik alaşımlama ve basınçsız sinterleme yöntemleriyle geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Malzeme tasarımı, son birkaç yıl içerisinde hafif, çevre dostu, düşük maliyetli, kaliteli ve yüksek performanslı malzeme özelliklerini sürdürme yönünde devam etmektedir. Bu doğrultuda, üstün fiziksel ve mekanik özelliklere sahip olan metal matriksli kompozitlere (MMK) artan bir ilgi mevcuttur. Havacılık, otomotiv ve diğer yapısal uygulamalarda ileri mühendislik malzemelerine duyulan ihtiyaç, metal matriksli kompozitlerin büyük bir hızla gelişimine yol açmıştır. Alüminyum ve alüminyum-esaslı alaşımlar da bu noktada, en çok tercih edilen ana metal matriks malzemeleri olmuştur. Bu malzemeler düşük yoğunluk, korozyon direnci, düşük ergime noktası, oldukça yüksek ısıl iletkenlik, ısıl işlem kapasitesi, esnek işlenebilirlik ve düşük maliyet özellikleri ile diğer metal matriks malzemeleri arasında öne çıkmaktadır. MMK malzemeler, genellikle sert ve direngen ikincil fazların, sünek ve tok ana metal veya alaşım matriksi içerisine homojen bir şekilde dağıtılması sonucu üretilirler. Kullanılan ikincil fazlar genellikle bir seramik ya da refrakter malzeme olarak seçilir. Bu şekilde, metalik özellikler (süneklik ve tokluk) ile seramik özellikler (yüksek mukavemet ve modül) birleştirilerek, ana matriks metali veya alaşımına kıyasla daha üstün performaslı malzemeler üretilir. Bunlar çoğunlukla, daha yüksek çekme ve basma mukavemeti, aşınma dayanımı, düşük termal genleşme, yüksek termal ve elektriksel iletkenlik, agresif ortamlara dayanım, iyi darbe ve erozyon dayanımı, iyi yorulma ve kırılma mukavemeti ve yüksek sıcaklıklarda kullanım özellikleri olarak sıralanabilmektedir. Metal matriks içerisine dağıtılmış fazlar genellikle fiber ya da partikül takviyeler olmak üzere iki çeşittir. Fiber takviyeli kompozitlerin yüksek maliyetler ve teknik zorluklar içeren üretimleri, bunların çok fazla uygulamadaki kullanımlarını sınırlandırmaktadır. Son zamanlarda, partikül takviyeli MMK malzemeler, üretim kolaylıkları, oldukça düşük maliyetleri ve karakteristik izotropik özellikleri sayesinde büyük ilgi görmektedir ve fiber takviyeli kompozitlere kıyasla daha uygun bir alternatif oluşturmaktadır. Ayrıca, partikül takviyelei MMK malzemeler, çeşitli otomotiv uygulamaları için büyük bir potansiyel taşımaktadır. Bu malzemeler genellikle SiC ve TiC partikülleri ile takviyeli alüminyum matriks içermektedir ve sahip oldukları iyi özgül modül ve mukavemet onları diskli fren kasnağı, bağlantı çubuğu, silindir gömlekleri ve diğer yüksek sıcaklık uygulamaları için elverişli kılmaktadır. Metal matriksli kompozitlerin bileşenlerinden üretimi için birçok proses geliştirilmiştir. Bunlardan en yaygın olanları katı faz üretim tekniği olan toz metalurjisi (TM) ile üretim ve sıvı faz üretim tekniği olan geleneksel döküm yöntemleridir. Kompozit malzemede, takviye dağılımını kontrol etmekteki ve homojen bir matriks mikro yapısının elde edilmesindeki güçlükler, sıvı faz üretim teknikleri ile ortaya çıkan sorunlardır. Ayrıca, sıvı üretimi kapsayan yüksek sıcaklıklarda matriks ve takviye arasında olumsuz ara yüzey reaksiyonları meydana gelebilmekte ve gerçekleşen bu kimyasal reaksiyonlar, kompozitlerin mekanik özellikleri üzerinde olumsuz bir etkiye sahip olabilmektedir. Geleneksel döküm yöntemleriyle ilgili takviye ayrışması ve kümelenmesi, kimyasal arayüzey reaksiyonu, yüksek oranda bölgesel kalıntı porozite ve zayıf ara yüzey bağlanması gibi teknik zorluklar, bu üretim yollarının yararlılığını kısıtladığından katı fazda üretim teknikleri tercih edilmektedir. En yaygın katı fazda üretim, toz metalurjisi tekniklerine dayanmaktadır. Metal matriksli kompozitler, döküm işlemlerinin tipik segregasyon (ayrışma) olayları olmadan toz metalurjisi ile tüm alaşım bileşimlerinde üretilebilmektedir. Fakat, bu tekniğe özgü temel güçlüklerden biri de, metal matriks içerisinde homojen bir takviye dağılımı elde etmektir. Takviye fazın homojen dağılımı, bir kompozit malzemenin üstün performans göstermesi için gereken ilk şart olmakla birlikte takviye partiküllerin aglomerasyonu (topaklaşma) kompozit malzemenin özelliklerini bozmaktadır. Partikülün içerdiği boyut, yoğunluk, şekil, akış veya elektriksel yük gelişimindeki farklılıkların tamamı partikül aglomerasyonuna katkıda bulunan unsurlardır. Bu noktadan hareketle, matriks boyunca partikül dağılımını geliştirmek için yüksek enerjili bilyalı öğütme kullanılmıştır. Halen yaygın olarak mekanik alaşımlama veya mekanik öğütme olarak bilinen bu teknik, Benjamin tarafından oksit dağılımı ile sertleştirilen nikel süper alaşımlarını üretmek için geliştirilmiştir. Mekanik alaşımlama, toz karışımlarının birlikte öğütüldüğü bir işlemdir. Homojen bir alaşım elde etmek için malzeme taşınmasını içerir. Bu durum ise tekrarlanan plastik deformasyon, kaynaklanma ve kırılma mekanizmaları yoluyla gerçekleşir. MA, diğer yöntemlerle elde edilenlerden daha iyi özelliklerde metal matriks kompozit malzemelerin geliştirilmesi için uygun bir tekniktir. MA kullanılması, takviye partiküllerin aglomerasyonunu önler ve matriks içinde homojen bir takviye dağılımına yol açar. Ayrıca, bu sürekli çarpışma takviye bünyesinde bulunabilecek ve zamanından önce kompozit malzemenin kırılmasına neden olan muhtemel kusurları ortadan kaldırır. Bu tez çalışması kapsamında, mekanik alaşımlama ve sonrası süreçler ile ötektik altı Al5Si bileşimine sahip ana alaşım matriksine yapılan çeşitli borür takviyelerinin fiziksel, mikroyapısal ve mekaniksel özellikler üzerine etkileri incelenmiştir. Başlangıçta laboratuvar ortamında sentezlenmiş NbB-NbB2-Nb3B4 tozları ve ticari kalitede elde edilen NbB2 tozları kullanılmış ve ardından elde edilen sonuçlardan yola çıkılarak farklı borür takviyeleri denenmiştir. Buradaki temel amaç; yumuşak, sünek ve hafif ana matriks metali olan alüminyum ve sert ve mukavetli alaşımlama elementi olan silisyum birlikteliğindeki yapıya sert, direngen ve kararlı seramik pekiştiriciler olan çeşitli borür tozlarının ilavesi ile gelişmiş özelliklere sahip bir hibrit kompozit yapı elde etmektir. Deneysel çalışmalar, alaşım matriksine takviye elamanı olarak ilave edilecek çeşitli borür tozlarının (NbB-NbB2-Nb3B4, VB2-VB-V3B4, LaB6) İTÜ Partikül Malzemeler Laboratuvarları'nda mekanokimyasal sentezlemesi ile başlamıştır. Ticari kalitede kullanılacak olan borür pekiştiricileri (NbB2, VB, LaB6) ise laboratuvar imkanları dahilinde mevcut durumdadır. Ağırlıkça % 5 silisyum içeren Al5Si bileşimine sahip ana alaşım matriksi, ağırlıkça % 2 miktarında ticari kalite ve laboratuvar ortamında sentezlenen borür tozları ile takviyelendirilmiştir. Takviye elamanı olarak öncelikle niyobyum borür tozları, ardından elde edilen sonuçlar doğrultusunda ise vanadyum borür ve lantan borür tozları kullanılmıştır. MA süreleri, ana alaşım matriks bileşimi için 1, 2, 3, 4, 6 ve 8 saat, niyobyum borür takviyeli bileşim için de 1, 4 ve 8 saat olarak seçilmiştir. Vanadyum borür ve lantan borür takviyeli kompozit bileşimleri ile devam eden deneylerde ise, 4 saatlik MA süresi seçilmiştir. Karşılaştırma yapılabilmesi açısından tüm kompozisyonların öğütülmemiş harman karışımları da kullanılmıştır. Planlanan MA işlemleri 1200 rpm'de çalışan SPEXTM 800D Mixer/Mill yüksek enerjili öğütücü ile gerçekleştirilmiştir. Harmanlanmış ve mekanik alaşımlanmış tozların faz ve yapı analizleri için X-ışınları difraktometresi (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. X-ışınları difraktometresine bağlı çalışan TOPAS V3.0 yazılımı kullanılarak da kristalit boyutu ve kafes deformasyonu değerleri belirlenmiştir. Ardından toz kompozitlerin partikül boyut ve BET yüzey alanı ölçümleri gerçekleştirilmiş ve diferansiyel termal analiz tekniği ile de sinter koşulları belirlenmiştir. 450 MPa altında tek eksenli hidrolik pres kullanılarak şekillendirilen ham kompaktlar, 570°C'de 2 saat boyunca Ar atmosferi altında sinterlenmiştir. Sinterlenmiş bünyelerde XRD, SEM ve optik mikroskop analizleri ile faz ve yapı incelemeleri gerçekleştirilmiştir. Sinter yapıların yoğunlukları sıvı etanol ortamında Arşimet prensibi ile belirlenmiştir. Son olarak, kompozit yapıların mekanik özeliklerinin tespiti için sertlik ve aşınma testleri uygulanmıştır. Karakterizasyon çalışmaları sonrasında mekanik alaşımlamanın beraberinde tüm borür pekiştiricilerinin malzemenin fiziksel ve mekanik özelliklerini iyileştirdiği görülmüştür. Ticari kalite VB pekiştiricili 4 saat mekanik alaşımlanmış hibrit tozlardan elde edilen sinter yapı, % 99,4 ile en yüksek göreceli yoğunluk değerine sahiptir. Kompozit yapılar arasında en yüksek sertlik değeri (139.1±12.98 HV0.1) ve buna paralel olarak en dar alanda en az aşınma kaybı (0.072 mm3) sentezlenmiş vanadyum borür pekiştiricili 4 saat mekanik alaşımlanmış hibrit tozlardan elde edilen sinter yapıda mevcuttur.
Characterization of austempered ductile and vermicular graphite high simo and alsimo alloyed cast iron
Every year, tightening emission standards causing a reduction in engine volumes however desire for obtaining high power from an engine does not reduce. All the concepts meet and come up with simple consequence; light-weigthing the vehicle without causing a security flaw. Conventional engine materials such as aluminum alloys and cast irons are already ligther than their stronger steel equivalents however, increasing firing temperatures and pressures make them on the limit of utilization. Besides, not only hot systems of an automobile, but also every other component suffer from emission regulations because they all need to be lighter and lighter every year, including the windows, polymer consoles or any cast parts. Another big fraction of the heaviness of a vehicle comes from power train parts. For the same purpose, they also need to be shrink without creating weakness. Cast stainless steels are too heavy and austenitic cast irons are too expensive for being an automobile material. Briefly, automotive industry needs a new alloy that can satisfy both consumer and producer. The aim of this study is investigating a special kind of heat treatment of a recently very popular alloy, high aluminium added SiMo cast iron or with the other saying high AlSiMo cast iron. This alloy have very wide potential to be used in automotive and many other heavy industries. From previous investigations, it was observed that aluminum give rise to the A1 eutectoid line and thus retard the austenitization transformation. Other from that aluminum forms thermodynamically stable aluminosilicates (Al2SiO5) and ironaluminates (FeAl2O4) at the surface of the material, which provides high temperature oxidation resistance. Theoretical calculations and modellings had a good agreement with the experimental results. This alloying phenomenon is a pre-production treatment to enhance material`s properties in working conditions. However, in this study a post-production treatment is considered, austempering heat treatment of AlSiMo alloy. Nowadays, ADI (austempered ductile iron) is a very popular material in heavy industry. It brings high strength and wear resistance along with the ductility. ADI's specific acicular ferritic bainite structure give rise to the fracture toughness of material. Its tempered martensite relatives suffer from brittleness and require two-step heat treatment for production. Enhanced mechanical properties make high AlSiMo material suitable for being vehicle components. Especially considering the reducible excess weight of components in order to provide enough sectional strength. In the light of such informations, it is decided to investigate microstructural response of the material to the austempering treatment in the presence of aluminum, mechanical properties of aluminum alloyed austempered cast irons and the phase transitions take place during the heat treatment. In consequence of investigations, it is found that aluminum has a bainitic bay expander property and with the gradual addition of aluminum, samples get martempered. 5 % Al (by wt.) addition makes impossible to fully austenitize the sample even at high temperatures as 1100o C, due to its ferrite stabilizer properties and as a result dual matrix microstructures are obtained. Other from that, a new kappa phase suggested according to thermodynamical modellings and also observed in micrographs. High austenitizing temperatures are promoted to dissolve most of the graphite volume in the matrix, in fully austenitized samples. Thus, in some samples high carbon concentration stabilized austenite phase presented which have larger fraction than ausferritic structure. Those are tought to have very high fracture toughness properties. However, in samples that cannot fully austenitize (ie. have less carbon solubility) graphite diffusion along the grain boundaries is observed from one of its kind micrographs.
TS EN ISO/IEC 17025 standardına göre laboratuvar akreditasyonu ve KOBİ'ler açısından önemi
Sanayi ürünlerinin gelişmesi ve çeşitlenmesi aynı zamanda bu ürünlerin belirli standartlara uygun olup olmadığının kontrolünü de gündeme getirmiştir. Endüstrinin gelişimi ile doğru orantılı olarak çok sayıda Uygunluk Değerlendirme Kuruluşu ortaya çıkmış olup bu kuruluşlarının sayısının artması aynı zamanda bu kuruluşların denetlenmesi gerekliliğini doğurmuştur. Bu durum akreditasyon kavramını ortaya çıkarmıştır. Ticarette teknik engellerin kaldırılması çalışmaları kapsamında Dünya Ticaret Örgütü (WTO), Uygunluk Değerlendirmesi yapan laboratuvarların, yararlanıcılarına uluslararası geçerliliği olan tek bir belge düzenlemelerine büyük önem vermektedir. Bu amaçla farklı bölgelerdeki Uygunluk Değerlendirmesi faaliyetlerini yürüten, uluslararası standartlara göre faaliyet gösteren kuruluşlar karşılıklı tanınabilirliği gerçekleştirmek amacıyla akreditasyon birimleri kurmuşlardır. Bu sistem sayesinde dünyanın herhangi bir yerinde faaliyet gösteren akredite olmuş bir değerlendirme kuruluşunun verdiği rapor uluslararası çerçevede saygınlık kazanmış demektir. Akredite laboratuvarların varlığı sayesinde KOBİ'ler test maliyetlerini düşürülebilmişlerdir. Bir kez test edin her yer kabul etsin "Test once, accepted everywhere" mottosu akreditasyonu en iyi şekilde tarif etmektedir. Dört bölümden oluşan bu tez çalışmasında TS EN ISO/IEC 17025 Standardına Göre Laboratuvar Akreditasyon Süreci ve KOBİ'ler Açısından Önemi konusu ele alınmıştır. Çalışmanın birinci bölümünde akreditasyon kavramı incelenmiş olup akreditasyonun önemi, akreditasyonun uluslararası boyutu, uluslararası ve bölgesel kuruluşlar ve Türk Akreditasyon Kurumu hakkında bilgiler verilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde akreditasyon öncesi hazırlıklar ve akreditasyon süreci incelenmiş olup kalite yönetim sisteminin ve ekibinin kurulması, eğitim çalışmaları, akreditasyon başvuru prosesi ve akreditasyon denetimi konuları incelenmiştir. Çalışmanın üçüncü bölümünde deney ve kalibrasyon laboratuvarlarının yeterliliği için genel şartları içeren TS EN ISO/IEC 17025 standardının tarihsel gelişimi ve laboratuvarlara avantaj ve dezavantajları incelenmiştir. Bunun yanında standardın maddelerinin tek tek açıklamaları yapılmaya çalışılmıştır. Bu açıklamalar ile akredite olmak isteyen laboratuvarlar için kılavuz niteliğinde bir çalışma denemesi yapılmıştır. Çalışmanın dördüncü ve son bölümünde TS EN ISO/IEC 17025 standardına göre akredite olmuş 163 işletme ile yapılan anketin analizi gerçekleştirilerek elde edilen sonuçlar doğrultusunda değerlendirmeler yapılmıştır. Ayrıca laboratuvar ve akreditasyon kurulumuna ilişkin devlet destekleri hakkında bilgiler verilmiştir. Son olarak akredite laboratuvarların KOBİ'ler açısından önemi ve KOBİ'lerin karşılaştığı sorunlara değinilmiştir.
Ön deformasyon uygulanmış DP600 kalite çeliklerin punta kaynak özelliklerinin incelenmesi
Yeni nesil yüksek mukavemetli çelikler şekillendirilebilirlik, kaynaklanabilirlik ve araç ağırlığının azaltılmasında avantajlar sağladığı için son zamanlarda otomotiv endüstrisinde kullanımında artış görülmektedir. İleri yüksek mukavemetli çelikler (AHSS) grubunda bulunan çift fazlı DP (Dual Phase) çelikler, ferrit matris içinde dağılmış %15-20 oranında martenzit fazı ile yapısında az miktarda kalıntı östenit içerir. Üst düzey dayanım ve şekillendirilebilme performansına sahip çift fazlı çeliklerin otomotiv endüstrisinde kullanım oranı yüksektir. Otomotiv sektöründe sürtünme kaynağı, oksi-asetilen kaynağı, eriyen elektrotla gazaltı (MIG ve MAG) kaynağı ve direnç nokta kaynağı yöntemleri kullanılmaktadır. Punta kaynak olarakta bilinen direnç nokta kaynağı otomotiv endüstrisinde konvensiyonel çeliklerin ve ileri yüksek mukavemetli çeliklerin (AHSS) birleştirilmesinde en yaygın kullanımı olan kaynak yöntemidir. Punta kaynağı, iki bakır elektrod arasına yerleştirilen kaynaklanabilir malzemeleri, elektrodların uçları arasından geçiren ve elektrik akımının gücüyle birleştiren kaynak tekniğidir. Genelde sac malzemeler için çok eleverişli olduğundan, seri üretim yapan otomotiv fabrikalarında sık kullanılır. Otomotiv gövde üretim proseslerinde parçaların pres hatlarında plastik şekil verme işleminin ardından kaynak ile parçaların birleştirilmesi işlemi yapılmaktadır. Punta kaynak işleminde kaynak akımı, kaynak zamanı, tutma zamanı ve baskı kuvveti parametreleri belirlenir. Minimum akım (Imin) ve maksimum akım (Imax) parametreleri düz sac üzerinden yapılan testler ile belirlenmektedir. Şekillendirilmiş parça üzerinde oluşan deformasyon oranına bağlı olarak mikroyapısal ve mekanik özellikler değişmektedir. Değişen özellikler sac malzemenin punta kaynak akım değerlerinde ve kaynak sonrası mekanik dayanımlarında değişimler oluşturmaktadır. Bu çalışmada, sıcak daldırma yöntemiyle galvaniz kaplanmış ve yüzeyinde kaplama bulunmayan DP600 çelik kaliteleri kullanılmıştır. %7,5 ve %15 oranlarında ön deformasyon uygulanması için yeni bir çekme çubuğu dizayn edilmiştir. Homojen deformasyon bölgesi kontrol edilmiştir. Ön deformasyon işlemi sonrası kesme (tensile shear) ve ayırma (cross tension) testleri için kaynak numuneleri hazırlanmıştır. Kusursuz bir kaynak işlemi için numune geometrilerine uygun kaynak fikstürleri dizayn edilmiştir. Kaynaklanacak malzemeler minimum ve maksimum akım miktarlarında punta kaynak yöntemi ile birleştirilmiştir. Kaynaklanan malzemelerin mekanik dayanımları, kaynak bölgesi ve kaynak ısı tesiri altında kalan bölgesi (HAZ) mikroyapı karakteristikleri incelenmiştir. Kaplamalı ve kaplamasız malzemelere ait kaynak bölgesi iç yapısı ve hasar analizi yapılmıştır. Punta kaynak HAZ bölgesinde yapılan sertlik taramaları ile kaynak mekanik dayanımları ilişkilendirilerek değişen ön deformasyon miktarına göre kaynak bölgesinin süneklik davranışları incelenmiştir. Bu kapsamda yapılan deneysel çalışmalar sonucunda, artan ön deformasyon miktarı ve akım miktarına bağlı olarak punta kaynak mekanik değerlerinde artış görülmüştür. Minimum akım miktarı ile kaynatılan parçalarda kaynak yüzeyi oluşup birleşme sağlanırken maksimum akım miktarı ile kaynatılan parçalarda daha fazla ısı girdisi oluşumuna bağlı olarak kaynak dayanımlarında artış görülmektedir.
Sürekli döküm prosesinde pota nozulu tıkanma probleminin analizi ve azaltılması
Günümüzde, kişi başına düşen çelik kullanımı ülkelerin gelişmişlik düzeylerinin bir göstergesi olarak kabul edilmektedir. Çeliğin kullanıldığı ilk günden bugüne kadar geçen sürede her dönem çeliğe olan ihtiyaç ve talep artış göstermiştir. Bu durumun doğal bir sonucu olarak insanoğlu çeliğin yüksek miktarlarda üretimine odaklanmış ve 60'lı yıllardan itibaren büyük bir gelişim gösteren sürekli döküm prosesi yüksek üretim hızlarına ulaşılabilmesi adına günümüzde çelik üretim prosesinin vazgeçilmez bir parçası olmuştur. Sürekli döküm prosesi, sıvı çeliğin potalar vasıtasıyla sürekli döküm taretine yerleştirilmesi ve potadan tandişe pota ara tüp vasıtasıyla, tandişten kalıba daldırma nozulu vasıtasıyla kontrollü bir şekilde akışını sağlamak suretiyle belirli bir salınım hareketiyle (sinüzoidal ve/veya non-sinüzoidal olarak) hava ve suyla (air-mist) soğutularak sıvı formdan katı forma (slab, kütük vb.) dönüştürülmesi işlemlerini kapsamaktadır. Sürekli döküm prosesinde sıvı çeliğin potadan tandişe aktarılması esnasında, pota iç nozulunda zaman zaman tıkanma problemi yaşanabilmektedir. Tıkanma esnasında nozul çapı daralmakta, çelik akışı yavaşlamakta ve en nihayetinde çelik akışı tamamen kesilmektedir. Bu durum özellikle alüminyum ile deokside edilmiş düşük karbonlu (0,03 – 0,07 %C) çeliklerde yüksek oranda görülmektedir. Sürekli döküm prosesinde pota nozulunun tıkanması kaynaklı akış kesilmesi, proses verimini ve çelik kalitesini etkileyen önemli bir problemdir. Pota nozulu tıkanmasına neden olan başlıca faktörler, çelik sıcaklığı, dizayn parametreleri (tesis, pota, nozul vb.) ve çelik temizliğidir. Bu çalışmada, çelik temizliği kaynaklı pota iç nozulu tıkanma probleminin kaynağının belirlenmesi ve problemin azaltılmasına yönelik yapılan incelemeler ve uygulamalar yer almaktadır. Çalışma Türkiye'deki bir demir-çelik tesisinde alüminyum ile deokside edilmiş düşük karbonlu çelikler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Bahsi geçen çelik grubu sürekli döküm prosesinde en sık nozul tıkanma problemi ile karşılaşılan çelik grubu olup, problemin kök nedenini tespit etmeye ve problemin azaltılmasına yönelik incelemeler ve deneyler yapılmıştır. Bu kapsamda, düşük karbonlu çelikler grubunda nozul tıkanması meydana gelen durumlar analiz edilmiştir. Pota iç nozullarında katılaşan çelikten numuneler alınmış ve alınan numuneler üzerinde kimyasal analizler ile optik mikroskop incelemeleri ve elektron mikroskobu incelemeleri yapılmıştır. Laboratuvar incelemelerinde özellikle nozul duvarına yakın bölgelerde çelik iç yapısında yoğunlukla metalik olmayan Al2O3 tipindeki inklüzyonlar tespit edilmiştir. Ayrıca bu çalışmada aşağıda belirtilen çelik üretim prosesi parametrelerinin çelik temizliğine olan etkilerinin incelenmesi amacıyla Minitab 17 istatiksel veri analizi yazılımı vasıtası ile ikili regresyon analizleri gerçekleştirilmiştir. Pota fırınında %P artışı Pota fırınında kükürt giderme miktarı Pota fırınında briket Al ilavesi Pota ara tüp argon basıncı Pota fırını başlangıç %S miktarı Pota fırını alttan karıştırma süresi Pota fırını üstten karıştırma süresi Pota fırını işlem süresi Pota fırını granüle Al ilave miktarı Pota fırını son %Al miktarı Pota fırını kireç ilave miktarı BOF'tan potaya dökümde kireç ilave miktarı Pota fırını son çelik sıcaklığı Cürufta FeO+MnO miktarı Cürufta Al2O3 miktarı BOF'tan potaya döküm anında ön deoksidasyon işlemi BOF üfleme sonu %C miktarı Belirlenen parametrelerden işletme koşullarında kontrol edilebilir olanlar ile deney tasarımı çalışması yapılarak bir deney seti oluşturulmuş ve bu kapsamda işletme koşullarında 80 adet deney gerçekleştirilmiştir. Laboratuvar incelemeleri, veri analizleri ve deney tasarımı çalışmaları sonucunda çelik temizliğini arttıracak en ideal koşullar belirlenmiştir. Pota fırınında cüruf deoksidasyonu yapılması, çelikte nihai %Al içeriğinin düşük tutulması, pota fırınında işlem süresinin uzun olması ve pota fırınında S giderme oranının düşük olması gibi çelik temizliğine olumlu etkileri olan parametreler uygulamaya koyularak işletme koşullarında 2100 adet döküm takip edilmiştir. Çalışma öncesinde düşük karbonlu çelikler grubunda %6,4 olan nozul tıkanma oranı , bu çalışma kapsamında gerçekleştirilen çelik temizliğini arttırmaya yönelik uygulama ve analiz değişiklikleri ile %2,5 oranına gerileyerek %60 oranında iyileşme sağlandığı belirlenmiştir.
Hidrojen ile redüksiyona uygun akışkan yatak tasarımı ve çelik dekapaj atıklarından metalik demir üretimi
Dünya genelinde gelişmesini sürdüren otomotiv, beyaz eşya ve makine sanayine paralel olarak yassı çeliklere gösterilen talep artarak devam etmektedir. Yassı çelik ürünlerin uzun ömürlü olması ve üzerine yapılacak boya işlemi gerekliliği (otomotiv, beyaz eşya gibi) nedeni ile yassı çelik ürünler genellikle sıcak daldırma galvaniz yöntemi kullanılarak üzerlerine çinko kaplama işlemi yapılarak kullanılmaktadır. Kaplama yapılacak çelik malzemenin üzerinde bulunabilen kir, yağ ve pas gibi kalıntılar yüzünden standart ve başarılı bir kaplama gerçekleştirilememektedir. Bu sebeple her kaplama prosesinde olduğu gibi, galvanizleme işleminde de çelik yüzeylerin temizlenmesi işlemi gerçekleştirilmektedir. Temizleme işleminin ardından oluşan atık asidik çözeltinin rejenerasyonu üzerinde önemle durulan bir konudur. Rejenerasyon işlemi için atık asit konsantrasyonlarına göre farklı yöntemler seçilip, uygulanabilmektedir. Bu tez kapsamında Borçelik Çelik Sanayi Ticaret A.Ş'nin çelik dekapaj atıklarından elde edilen FeCl2'ün pirometalurjik dekompozisyonu sonucu ortaya çıkan FexOy'den direkt redüksiyon yöntemi ile metalizasyon oranı yüksek metalik demir elde edilmesi amaçlanmıştır. Deneysel çalışmalar döner fırın ve akışkan yataklı fırın olmak üzere iki farklı sistem kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ülkemizde hidrojen ile çalışmaya uygun akışkan yatağın bulunmaması sebebiyle öncelikle deneysel çalışmalarda kullanılmak üzere akışkan yatak tasarım ve imalatı gerçekleştirilmiştir. Tasarım ve imalat kısmında yardımcı olması açısından soğuk sistem çalışmaları ve modelleme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. İlk soğuk sistem çalışmalarında 140 mm çaplı pleksiglas(görsel) akışkan yatak tasarlanıp, akışkanlaşma durumlarını kontrol edebilmek için gaz dağıtıcı olarak; farklı nozul sistemleri, sürekli kanallı gaz dağıtıcı ve meş gaz dağıtıcı sistemleri ile 8 kg, 5kg, 3kg ve 1 kg malzemeler ile denemeler yapılmıştır. Yapılan çalışmalarda yeterli gaz hızının sağlanamadığı, çok yüksek gaz hızlarında bile yatak içinde hareketsiz kısımların olduğu gözlemlenmiştir. Daha sonra 80 mm çaplı ikinci bir sistem tasarlanıp burada sürekli kanallı ve meş gaz dağıtıcı sistemleriyle denemeler yapılmıştır. Denemelerde 1,5 kg ve 1 kg numune kullanılarak akışkalaşma koşulları takip edilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda 1 kg numune ile yatağın başarılı bir şekilde akışkanlaştırılması sağlanmıştır. En ideal koşulun meş sistemiyle yapılan çalışmalarda 16m3/sa. debi ve 1 kg numune ile elde edildiği saptanmıştır. Redüksiyon amaçlı akışkan yataklı simülasyonu sayısal analiz yöntemleri kullanılarak, tez kapsamında imalatı gerçekleştirilecek olan sistemi bire bir gerçekleştirmek amacıyla hazırlanmıştır. 70-100 mm çapında 1000-4500 mm boyunda reaktör temel alınmıştır. Öncelikle modelin güvenirliğini test etmek amacıyla, uç şartlarda, yaklaşık 20 farklı reaktör boyutu denemeleri yapılmış, herhangi bir sorun tespit edilmemiştir. Kurulan modelde öncelikle başlangıç şartları kontrol edilmiş daha sonra partikül hızları ve davranışları incelenmiştir. Sistemin rejime girdiği ana kadar hesaplamalara devam edilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda optimize edilen parametrelerle Euler-Euler modeli kurulup, oda sıcaklığında ve 650oC sıcaklıkta akışkanlaşma evreleri takip edilmiştir. Soğuk sistem ve modellemeden elde edilen bilgiler ışığında, sıcak akışkan yataklı fırın tasarımı ve imalatı gerçekleştirilmiştir. İmalat sırasında akışkan yatak çalışmalarında en kritik parametrenin sıcaklık olması sebebiyle termokuplların yerleştirilmesi ve redüksiyon sonrası akışkan yatağın hızlı soğumasını sağlayabilmek amacıyla 3 zonlu ve açılır kapılı konstrüksiyonel fırın tasarlanmıştır. Ayrıca sisteme verilen gazların soğuk olmasının yaratacağı olumsuz etkiyi bertaraf etmek için ön ısıtma fırını ilave edilmiştir. Bütün çalışmalar öncesinde yüksek gaz debilerinde çalışma gerekliliği ve hidrojenin patlayıcı özelliğinden dolayı %100 sızdırmazlık kontrolleri yapılmıştır. Demir oksit partiküllerinin redüksiyon davranışlarını gözlemleyebilmek için döner fırında 850oC' de farklı tane boyutlarında, farklı redükleyici/taşıyıcı gaz oranında denemeler gerçekleştirilmiş olup %99,9 metalizasyon sağlanmıştır. Tasarlanıp imal edilen akışkan yatakta gerçekleştirilen çalışmalar sonucunda düşük sıcaklıklarda redüksiyonun mümkün olduğu gözlemlenmiştir. 725oC' de 16 m3/sa %40 H2 ile gerçekleştirilen deney sonucunda %86 metalizasyona ulaşılmıştır.
Katı hal reaksiyonuyla kordiyerit sentezine çeşitli katkıların selektif etkisi ve oluşan kordiyeritin termal genleşme davranışının incelenmesi
Bir magnezyum alüminyum silikat minerali olan kordiyerit (Mg2Al4Si5O18), doğal olarak bulunan bir mineraldir. Ancak doğada bulunan hali, demir oranının fazla olması sebebiyle ticari kullanıma uygun saflıkta olmamakla birlikte, endüstriyel üretim için de yeterli miktarda değildir. Bu nedenle günümüzde kordiyerit malzemelerin tamamı sentetik yollarla üretilmektedir. Kordiyeritin üstün termal ve elektriksel özellikleri nedeniyle endüstride yaygın kullanım alanı mevcuttur. Genel olarak üç farklı yöntemle sentezlenen kordiyeritin endüstride en çok tercih edilen üretim yöntemi katı hal reaksiyonuyla sinterlenmesidir. Başlangıç malzemesi olarak kil (Al2O3.2SiO2.2H2O) ve talk (3MgO.4SiO2.2H2O) gibi MgO, Al2O3 ve SiO2 kaynakları kullanılabildiği gibi, kordiyeriti meydana getiren elementer oksit tozlar da direkt olarak kullanılmaktadır. Farklı başlangıç malzemesi ve farklı üretim yöntemleri kullanıldığında elde edilen kordiyeritin de özellikleri farklı olmaktadır. Bu nedenle kordiyeritin termal genleşme katsayısı literatürde 0,7x10-6/oC – 2,2x10-6/oC gibi geniş bir aralıkta verilmektedir. Katı hal reaksiyonuyla kordiyerit sentezlenmesinde bazı sınırlamalar bulunmaktadır. Öncelikle reaksiyon difüzyon kontrollü olduğundan reaksiyon hızı oldukça düşüktür. Ayrıca MgO-Al2O3-SiO2 üç bileşenli denge diyagramında stokiyometrik bileşimdeki kordiyerit, müllit fazının ilk kristalleşme bölgesinde yer almaktadır. Bu nedenle kordiyerit 1460oC'de anormal ergiyerek müllit ve sıvı faza ayrışmaktadır. Üçlü denge diyagramında kordiyeritin ilk kristalleşme bölgesine bakıldığında, çevresinde 6 adet sabit nokta (ötektik ve peritektik) ile çevrildiği görülür. Bu noktaların birbirine çok yakın olması da kordiyeritin katı hal reaksiyonu ile sinterlenmesindeki diğer bir zorluğu teşkil eder. Fırın sıcaklığındaki ufak salınımlar bile ani ergimeye ve/veya istenmeyen ikincil ara fazların oluşumuna sebep olmakta, bunların sonucunda da nihai ürünün özelliklerinde değişime neden olmaktadır. Kordiyeritin katı hal difüzyonuyla sentezlenmesinde yaşanan problemleri minimize etmek amacıyla kullanılan çeşitli katkıların, kordiyeritin termal ve elektriksel özellikleri üzerinde olumsuz etkilere sahip olduğundan literatürde bahsedilmektedir. Bu çalışmada, ağırlıkça %2-5 arasında değişen oranlarda ilave edilen ZrO2, TiO2, CeO2, MgF2 katkılarının, spinel (MgO.Al2O3) ve silika (SiO2) başlangıç tozları arasındaki reaksiyonla kordiyerit oluşum hızı ve oluşan kordiyeritin termal genleşme katsayısı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Deneysel çalışmalarda, stokiyometrik bileşimde kordiyerit verecek spinel-silika tozlarının boyutları, bu tozlardan hazırlanan karışımların preslenme basınçları (25 bar) ve sinterlenme sıcaklıkları (1350oC) sabit tutularak katkıların spesifik etkileri belirlenmiştir. Bu amaçla, 1350oC'de 10, 20, 30, 40 ve 50 saat süreyle sinterlenen katkısız ve katkılı ham kompaktlar fırının içerisinde oda sıcaklığına soğutulmuş, daha sonra X-ışınları difraksiyonu ile kalitatif ve kantitatif faz analizleri, dilatometrik analizleri ve Arşimed presibiyle yoğunluk ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda, bu çalışmada kullanılan katkılar arasında kordiyerit oluşum hızını en çok arttıran katkının CeO2 olduğu saptanmıştır. ZrO2 ilavesinde ise kordiyerit oluşum reaksiyonunun katkısız bileşimdeki numunelere göre daha yavaş gerçekleştiği görülmüştür. TiO2 ilavesinde ise yapıda magnezyum titanat bileşiği ile magnezyum alüminyum titanat katı çözeltisi oluştuğu gözlenmiştir. MgF2'nin farklı oranlarda ilavesinde kordiyerit miktarında değişiklikler gözlenmiştir. Kordiyerit miktarındaki salınımların, çalışılan sinterleme sıcaklığında MgF2'nin ergiyerek sıvı faz oluşturmasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Kordiyerit oluşum hızına olumlu etkisi gözlenen CeO2 ve TiO2 miktarları arttıkça kordiyerit miktarının da arttığı ancak bu iki katkının ağ. %4 ve 5 oranlarında ilavesinin önemli derecede bir fark yaratmadığı da görülmüştür. Ayrıca değişen oranlarda TiO2 ilavesinde kordiyerit miktarında bazı salınımların olduğu, bu salınımlara bileşik ve katı çözelti oluşumunun sebep olduğu sonucuna varılmıştır. Genel olarak tüm katkılı bileşimlerde kısa sinterleme sürelerinde elde edilen kordiyerit miktarları tatmin edicidir. Tüm katkılı numuneler için, artan sinterleme süresi ile birlikte kordiyerit miktarında önemli bir artış izlenmemiştir. Dilatometrik analizler sonucunda genel olarak yapıdaki kordiyerit miktarının artışı ile birlikte termal genleşme katsayısının düştüğü gözlenmiştir. Kordiyerit miktarının en yüksek olduğu CeO2 katkılı numunelerin en düşük termal genleşme katsayısına sahip olması beklenirken, en düşük termal genleşme katsayısı değerine TiO2 ilavesinde rastlanmıştır. Bunun sebebi ise magnezyum titanat bileşiği ile magnezyum alüminyum titanat katı çözeltisinin düşük termal genleşme katsayısına sahip olmaları ve yapının termal genleşmesini düşürmeleridir. Numunelerin Arşimed metoduyla ölçülen yoğunluk değerleri kordiyerit miktarı ile ilişkilendirilmiştir. Reaksiyon sinterlenmesi ile kordiyerit sentezinin gerçekleştirildiği bu çalışmada, sinterleme süresine bağlı olarak fazların tür ve miktarlarındaki değişime yoğunluk değişimlerinin eşlik ettiği görülmüştür.
Synthesis & characterization of boron nitride nanostructures and application in nanocomposites
Lightweight, high temperature resistivity and high strength materials are areas of interest in industry and academy for advanced composite applications. Boron Nitride (BN) nanostructures such as nanofibers and nanotubes are very important classes of materials, due to their high surface area, high aspect ratio and extreme material characteristics. BN nanomaterials are promising reinforcement materials for several nanocomposite applications because of their unique properties. This study focuses on the synthesis, optimization, and characterization of advanced BN nanostructures including BN nanotubes, nanofibers as well as fuzzy architectures to develop enhanced polymer nanocomposites. This study can be summarized in two main section; synthesis, optimization and characterization of BN nanostructures fabrication of BN based polymer nanocomposites The first section of this study consists of synthesis of boron nitride nanofibers (BNNFs) and boron nitride nanotubes (BNNTs) by using different boron precursors and methods on various substrates. To achieve BNNFs, electrospinning method is used and followed by a nitriding process, respectively. Electrospinning solution was prepared with polyvinlybutyral (PVB) as polymeric material, boric oxide (B2O3) as boron source and ethanol as solvent. Nanofibers containing of boron source, labelled as BOFs, were obtained by conventional electrospinning set-up. Then, in NH3, O2, N2 atmosphere, heat treatment process was applied to BOFs and BNNFs were produced, respectively. Optimization studies of time durations of process and wt. % of boron source and polymer were performed and parameters were optimized within the existing system. In parallel to BNNFs studies, BNNTs were synthesized by a chemical vapour deposition (CVD) method under Ar and NH3 atmosphere. Process parameters and precursor amounts were optimized for fabrication of advanced nanostructures. Synthesis of fuzzy BNNTs on different substrates such as BNNFs and single ceramic fibers was performed to achieve more surface area and increase laminar strength in the existing CVD system. For fabrication of fuzzy BNNTs, catalysis studies were done and an optimized process was applied to the substrates. In the second section of this study, BN based polymer nanocomposites were fabricated. Regarding the lack of the researches about the BNNF/polymer nanocomposites, BNNFs were used as reinforcement material and epoxy sheet as matrix material. In literature, chemical or physical functionalization process is applied to the BN's to increase wettability since BN nanomaterials have low wettability and are super hydrophobic. The aim of the polymer nancomposites section in this study is to increase conjunction between the reinforcement surface and the matrix material by using mechanical force instead of functionalization process, which is done in other BN material/polymer nanocomposites studies and resulted as poor property nanocomposites. The polymer nanocompsoites were fabricated by hot press moulding and vacuum infusion methods, respectively. Scanning electron microscopy (SEM) was performed to investigate the morphological properties of BN nanostructures. Fourier transformation infrared ray spectrum (FTIR) was performed to investigate bonding nature of the materials. Thermal gravimetric analysis (TGA) was used to investigate the thermal properties and oxidation resistance properties of BN nanostructures.
Characterization investigations of W-xTi alloys and W-xTi/2 WT% LaB6 composites fabricated by mechanical alloying and sintered using pressureless sintering or spark plasma sintering techniques
Composites are materials composed of two phases: first phase is matrix and second phase is reinforcement. First phase is classified in itself into metal matrix, ceramic matrix, and polymer matrix. Metal matrix composites are categorized as high technology materials. These composites are generally used for high temperature applications. Various particulate reinforcements such as oxides, borides, and nitrides are used in this group of composites. Particulate reinforcement powders (second phase) used in metal matrix composites (MMC) can be produced easily. Meantime, powder metallurgy has various advantages. Because of these advantages, MMCs reinforced by particulate material is usually categorized as a specific group. High elastic modulus, low density, high electrical and thermal conductivity, and etc. are some of main specifications of these composites. Particulate reinforced metal matrix composites (PRMMC's) have both metal and ceramic characteristics. Elements are homogeneously dispersed in PRMMC's. These composites have lower density and outstanding mechanical properties like higher wear resistance, hardness, or etc. compared to unreinforced matrixes. Generally, powders used in PRMMC's are produced by mechanical alloying (MA). By this technique, very fine sized (even nano sized) and brittle powders with homogeneous compositions can be fabricated. Based on MA, some solid solutions which are not possible to be produced thermodynamically in equilibrium condition can also be obtained. Tungsten (W), being the densest (19.25 g/cm3) and having one of the highest melting point (3422˚C) among other elements, is used as matrix material. W is a transition element located in VI group. W and its alloys have high melting temperature and high elastic modulus. These materials are used for developing matrix materials utilized at high temperatures due to their superior properties. Tungsten (W) and tungsten alloys have high melting temperatures, high thermal shock resistances, low thermal expansion coefficients which make them suitable for high temperature applications. However, production processes of W and its alloys are rather challenging, due to their high melting temperature and low ductility. Production of W powders with high density by utilizing powder metallurgy (PM) and mechanical alloying (MA) needs high temperature conditions (1650˚C-1770˚C). Sintering temperature of these elements are decreased with addition of small amounts of transition metals such as Pd, Pt, Ni, Co, and Ti into matrix (1300˚C ~1500˚C). Oxides, nitrides, borides and carbides like ZrC, TiN, Y2O3, LaB6 powders are used in aid of developing high temperature characteristics of W powders. These reinforcements are located in grain boundaries therefore prevent grain growth and dislocation movements, ensuring material properties to increase at high temperatures. W and its alloys are used in turbines, automobile production and electronic industry. Furthermore, these products are utilized in heavy materials, balance weigth, and some parts of motors as heavy alloys. Other applications of these products are electrode scrapers and electrodes of arc furnaces. The combination of W with various second phase particles of different ratios expands the appropriate function range of these composites. According to the mentioned points, this PhD thesis is divided into two main parts. First part is based on MA, powder processing and powder characterization of W-Ti-LaB6 powder composite, and second part consists of sintering produced composite powders. In powder processing part, MA is applied in room temperature via high energy milling. Based on this method, W nano composite powders are produced. In second part, sintering were achieved by two different methods: pressureless sintering (PLS) and spark plasma sintering (SPS). The main aim of this study is to fabricate W-xTi-2.0LaB6 composite with the highest density, high hardness, high strength and high thermal shock resistance at lowest sintering temperature. Ti was used as activator and LaB6 as reinforcement element. This proposed research shows that mechanical alloyed tungsten (W) based matrix systems have nanostructure at room temperature by means of production via high-energy milling. The reason of using milling processes in general is to synthesize composite structures via mechanical alloying and to provide hybridization of ductile W-Ti matrixes in particular by reinforcing them with brittle and hard secondary particles (LaB6). In spite of their superior properties such as high hardness, high thermal and wear resistance and good thermal values, there is no universal literature on the utilization of Ti as transition metal and LaB6 as reinforcement in the W matrix. During powder characterization examinations, Ti solution in the W structure in non-equilibrium condition was measured by Vegard law, amount of Ti and effect of MA time on crystallite size and lattice internal strain were studied by W-H and Lorentzian methods. Tungsten based hybrid composites were manufactured by pressureless sintering (PLS) and spark plasma sintering (SPS) and characterized. Final composite material consists of elements which are W as matrix, Ti as activator, and LaB6 as reinforcement. Nano composite powders were produced by mechanical milling using different durations and a high-energy mill at room temperature which is one of the original approaches of this research. Investigations and resultant publications regarding the synthesis and characterization of W-Ti hybrid composites manufactured via these conditions will be the pioneering examples in the scientific literature. Furthermore, performing two different sintering methods (PLS and SPS) is the next priority of this thesis study. Microstructural and phase characterization investigations of the synthesized powders and sintered products were carried out by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) whereas thermal characterization investigations were conducted by using differential thermal analysis (DTA) and differential scanning calorimetry (DSC). In the light of data obtained from microhardness measurements mechanical tests (wear resistance and microhardness) were also performed.
Structural investigations of thin lustre layers developed by ion-exchange mechanism on lead alkali glazes
Unique ceramic objects with a range of rich under glaze decoration were produced between the 15th and the 17th century in the times of Otttoman Empire in İznik. These ceramic objects had high quartz content in their structure and they also went through difficult processing steps. Traditional Iznik tiles contain four different layers known as: body, engobe, decor and glaze. Typically Iznik ceramic bodies were produced from a mixture of quartz, clay and frit. Iznik glazes contain both lead and alkali fluxes in their structure and they are very pure containing little amount of potash, lime, alumina, magnesia and iron oxide. These glazes are more distinct than other glazes because they are transparent enough to reveal the underglaze decoration. Lustre was first produced in early Islamic times during the 9th century AD in Iraq. This decoration spread throughtout the Mediterranean basin together with the expansion of the Islamic culture. In the 10th century the technique used in Egypt. Between the 11th and the 12th century potteries with lustre decoration were produced in Syria. During the 14th and the 15th century lustre technique was used in Spanish ceramics and this technique reached its maximum development. Between the 15th and the 16th century lustre was used to decorate the polychrome pottery of the Italian Renaissance. Lustre is a metal-glass nanocomposite thin layer (100 nm to 1 µm) with 2-50 nm sized metallic silver and/or copper nanoparticles in its structure. These metallic nanoparticles give metallic shine (golden, coppery, bluish, purplish, pinkish) and coloured iridescence to the lustred object. The most striking property of thin lustre layer is to reflect light like a continuous metallic surface. Several different lustred objects were produced during the medieval times. Physical and chemical properties of lustred objects vary according to the region of production. Lead glazes, high alkali glazes, mixed alkali glazes were used in ancient times for ceramic glazing. Different lustre paste compositions were applied over the ceramic objects with these different glazes. Ion-exchange mechanism is responsible to obtain a thin lustre layer over glazed ceramic objects. During ion-exchange mechanism, silver and/or copper ions (Ag+ and/or Cu+) diffuse into the glaze from the lustre paste. On the other side, sodium and/or potassium ions (Na+ and/or K+) diffuse out from the glaze. Following that mechanism, a reducing atmosphere is introduced in the furnace and the silver and copper ions (Ag+ and Cu+) are reduced to their metallic state. Since the decor layer in Iznik tiles has its own colour, there is no need and demand for lustre decoration over Iznik tile surfaces. In this dissertation, lustre technique was applied over reproduced Iznik tile surfaces without the decor layer in laboratory-controlled conditions and advanced characterization techniques were carried out on the lustred samples. Firstly, the physical and chemical compositions of the raw materials that compose the body, engobe and two different glaze layers were determined. The production of Iznik tiles involves grinding of raw materials, preparation of the body mixture, shaping the body in the form of plates using dry press and drying, preparation and mixing the engobe, applying the engobe mixture to the dried body, firing of the body and engobe layer together (bisque firing), preparation and mixing the glaze, glazing the previously fired body and glost firing steps. Glazes which were used in this dissertation comprise different amounts of alkalis and lead (as PbO) as 30.5 wt% and 63.2 wt%), respectively. To obtain thin lustre layers by ion-exchange mechanism on the surfaces of the Iznik tiles, six different lustre pastes consisting of silver compounds (silver sulphate, silver chloride, silver carbonate and silver nitrate) and copper compound (copper sulphate) in a clay carrier media (kaolinite and ochre) with some amount of water were applied by brushing. Kaolinite and ochre were calcined to remove molecular bound water and ground before their addition to the lustre paste. After application of lustre pastes over glazes, lustre firing was performed at the different firing temperatures. The furnace was heated slowly to previosly determined temperatures, where the glaze partly softened. During cooling down strong reducing atmosphere was introduced into the furnace. The effects of glaze compositions, lustre paste compositions and lustre firing conditions were investigated using several advanced characterization techniques. The characterization of the thin lustre layers were carried out using scanning electron microscopy, wavelength dispersive X-ray fluorescence, X-ray diffraction spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, ultraviolet-visible spectroscopy, high resolution transmission electron microscopy-electron dispersive spectrometry and Raman spectroscopy. Glaze composition, lustre firing regimes, lustre paste compositions are important process parameters to obtain thin lustre layers. By changing these parameters physical and chemical properties of the final lustre layer also change. In other words, process parameters effect formation and final state of the nanoparticles in the thin lustre layer. Changing the process parameters in a controlled manner provides to obtain thin lustre layers with diverse physical, chemical and optical properties. To investigate the lustre firing regime effect on the thin lustre layer formation, different lustre paste compositions and firing regimes were used. Since reducing silver is easier than copper in the reducing atmosphere during the lustre firing, silver was found in metallic state but copper was dissolved in the glaze in ionic form. In addition, cuprite phase was observed. Increasing the lustre firing temperature caused increase in nanoparticle sizes. Nanoparticle sizes range between 3-5 nm and 7-9 nm in low firing temperature and 5-8 nm and 9-11 nm in high firing temperature. In addition, using different lustre paste compositions on same glaze effected the nanoparticle sizes even the same lustre firing regime. In case of using kaolinite in the lustre paste resulted forming smaller silver nanoparticles in both firing regimes. Applying different lustre pastes over a same high lead content glaze resulted in the formation of metallic silver nanoparticles with different crystallites. Investigations after lustre firing process revealed silver chloride in the lustre paste which caused higher crystallinity than silver carbonate. Although metallic silver was observed in both samples, copper was in ionic and oxide form and dispersed in the glaze. In addition, the chemical composition of the lustre pastes effected the final colour of the thin lustre layer. Silver chloride in lustre paste caused golden colour. On the other hand, silver carbonate caused purple colour with golden spots. Increase in nanoparticle size was observed in purple coloured sample over same glaze composition due to using different lustre paste composition. Silver nanoparticle radius changed with the silver source of the lustre paste. Silver carbonate in the lustre paste caused formation of the bigger nanoparticles than silver chloride. Silver nanoparticle sizes were found approximately 6 nm and 12 nm. Raman investigations of the lustred samples were carried out to compare the reproduced tiles and traditional Iznik ceramics and to observe the silicate network modification. Peaks obtained in the reproduced tiles with lustre decoration were similar to the traditional tiles. However, the peak intensities of the reproduced samples with lustre decoration were lower than traditional tiles. Lustre layer with metallic nanoparticles in its structure on the surface of the glazes caused decline of the Raman peak intensities of the investigated samples.
Sn esaslı anotların elektrokimyasal yöntemlerle üretilmesi ve lityum iyon bataryalarda kullanımlarının değerlendirilmesi
Çağımızda değişen yaşam anlayışı ile beraber çevreye duyarlı, yüksek enerji yoğunluğuna sahip, hafif, uzun ömürlü, kısa sürede şarj edilebilen enerji depolama kaynaklarına ihtiyaç artmaktadır. Bu ihtiyacı karşılamak amacıyla tasarlanmış enerji depolama sistemleri içerisinde yeralan bataryalar elektrikli araçlar, sağlık, askeri vb. alanlarda yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bataryalar elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürerek, gerektiğinde kimyasal enerjiyi tekrar elektrik enerjisine çevirebilen akım toplarlar olarak adlandırılmaktadır. Tekrar şarj edilebilen ikincil bataryalar son yıllarda pekçok alanda tercih edilmektedirler. İkincil bataryaların başlıcaları gümüş-çinko, nikel-çinko, nikel-hidrojen, nikel kadmiyum, nikel metalhidrid ve lityum iyon pillerdir. Lityum iyon piller uzun ömre, geniş çalışma sıcaklık aralığına, çabuk şarj olabilme kabiliyetine, düşük hafıza etkisine ve yüksek enerji yoğunluğuna sahip olmaları nedeni ile alternatifleri arasından sıyrılmaktadırlar. Lityum iyon piller; anot, katot, seperatör ve elektrolit olmak üzere temel olarak 4 ana bileşenden oluşmaktadır. Araştırma, geliştirme faaliyetleri pil kapasitesine doğrudan etki eden bileşenler olarak değerlendirilebilecek anotlar ve katotlar üzerine yoğunlaşmıştır. Lityum iyon pillerde ilk anot malzemesi olarak lityum metali kullanılmıştır. Ancak lityum metalinin hava ve su ile teması durumunda yanıcı özelliğe sahip olması, bu metalin anot olarak kullanımını kısıtlamıştır. İlk ticari anot olarak doğada bol ve ucuz olan grafit kullanılmıştır. Teknolojinin ilerlemesi ile beraber 372 mAsa/g teorik deşarj kapasitesine sahip grafitin depolama kapasitesi yetersiz kalmıştır. Buna bağlamda; Li+ ile alaşım oluşturabilen ve teorik kapasitesi grafitten yüksek, yeni metalik bazlı (LixM) anot malzeme arayışına girilmiştir. Yeni nesil anot malzemelerinin başlıcaları kalay (Sn), alüminyum (Al), antimon (Sb), silisyum (Si), magnezyum (Mg) olarak söylenebilmektedir. Bu malzemeler arasından Sn; 993 mAsa/g değerinde yüksek teorik deşarj kapasitesine sahip olması, doğada bol bulunuyor olması, yüksek Li+ taşımakapasitesi ( birim Sn atomu başına 4.4 Li+ ) nedeniyle ön plana çıkmaktadır. Sn esaslı anotlar, sahip oldukları bu avantajlarının yanı sıra lityum iyon pil uygulamalarında çeşitli dezavantajlara da sahiptirler. Buna göre; Sn esaslı anotların 1.deşarjından sonra yapıya giren lityum iyonları nedeni ile %260 mertebelerinde hacim değişimi yaşanmakta ve bu ise Sn elektrodun altlıktan soyulmasına ve kalkmasına neden olmaktadır. Öte yandan Sn'ın 9,17×106 Sm-1mertebesinde sahip olduğu düşük elektrik iletkenliği (C elektrik iletkenliği: 1,00×108Sm-1) lityumla alaşımlama reaksiyonları sırasında elektron alış verişininetkin bir şekilde gerçekleşmesi için yeterli olamamakta ve buna bağlı olarak düşük kapasite eldesine neden olmaktadır. Ayrıca Sn'ın düşük Li+ difüzyon katsayısına (10-16-10-13cm2s-1) sahip olması nedeni ile lityumun yapıya giriş çıkışı yavaş olmaktadır.Bu durum ise pilden yeterli verimin alınamayarak Kulombikverimliliğin düşmesine neden olmaktadır. Son olarak oda sıcaklığında Sn esaslı malzemelerin tane sınır difüzyonu hacimsel difüzyonundan daha yüksek olduğu için, tane sınırlarında gereğinden fazla büyüyen Sn partikülleri sütunsal yapıları (whisker) oluşturmaktadır. Oluşan bu yapılar elektron geçişleri için engel teşkil ederek reaksiyon verimini azaltmaktadır. Sn esaslı anot malzemelerinde yaşanan bu problemleri çözmek adına çeşitli yaklaşımlar benimsenmiştir. Bu yaklaşımlar temel olarak kompozisyonel ve morfolojik olarak iki ana başlık altında toplanmaktadır. Kompozisyonel yaklaşımlarda temel olarak yapı içerisine bir başka metal ilavesi yapılarak, elektrodun elektrik iletkenliğinin arttırılması amaçlanmıştır. Aynı zamanda yapılan bu metal ilavesi ile yapı içerisinde intermetalik fazlar oluşturularak, bu fazların Sn'ın hacimsel genleşme problemi karşısında tamponlama etkisi yapması beklenmiştir. Bu amaçla yapıya ilave edilen metallerin başında Ni, Cu, Ag, Co ve Fe gelmektedir. Bir diğer çözüm yöntemi olan morfoloji üzerine yapılan iyileştirmelerde ise; elektrot malzemesinin tane boyutu küçültülmekte veya porlu yapı eldesi yapılmaktadır. Bu iki morfolojik yaklaşımın amacı; yapı içerisinde daha fazla boşluklu alan meydana getirerek hacisel genleşmeler için yeterli alanı sağlamak ve Li+ giriş çıkışlarının daha rahat olabilmesine yardımcı olmaktır. Bu çalışmada, tek katmanlı Sn filmi üretilip, ardından Sn esaslı anot malzemelerinde yaşanan problemleri çözmek adına M/Sn/M, M/MSn/M ve porlu yapıda M/MSn/M çok katmanlı filmler üretilecektir (M: Cu, Ni). Sn bazlı anot yapısında Cu ve Ni'nin kullanılmasının sebebi, lityuma karşı inaktif davranış sergilemeleri ve yüksek elektrik iletkenliğine sahip olmalarıdır. Üç katmanlı M/Sn/M anot yapısında; alt katman yapısı ile Sn'ın altlığa daha çok yapışması ve elektrodun elektrik iletkenliğinin arttırılması amaçlanmıştır. Üst katman ile çevrim sırasında oluşan hacimsel genleşmelere karşı mekanik toleransın sağlanması hedeflenmiştir. M/MSn/M yapısında orta katmanda metal ilavesi ile Sn'ın elektrik iletkenliği arttırılarak yapıda gerçekleşen reaksiyonların daha verimli gerçekleşmesi amaçlanmıştır. Porlu yapıda M/MSn/M yapısı ile yapıda yeterli boş alanın sağlanması ile çevrim sırasında oluşan hacimsel genleşmenin zararlı etkilerinin önüne geçilmek istenmiştir. Numuneler elektrokimyasal kaplama yöntemi ile üretilmiştir. Elektrokimyasal kaplama yöntemi düşük sıcaklıklarda bile hızlı üretimin gerçekleştirilebilmesi, üretimin ucuz olması ve kolay uygulanabilir olması nedeni ile seçilmiştir. Porlu yapıda anot üretimi için kimyasal aşındırma tekniği kullanılmıştır. Ayrıca ısıl işlemin elektrokimyasal performans üzerine etkisini gözlemlemek amacı ile; CuSn ve NiSn bazlı numuneler sırasıyla 200ºC' de ve 215ºC'de 24 saat bekletilmiştir. Üretilen numunelerin test öncesi ve test sonrası yüzey görüntüleri, XRD analizleri, 50 çevrim kapasite-çevrim eğrileri, 3 çevrim çevrimsel voltametreleri ve Nyquist eğrileri alınmıştır. Sonuçlar incelendiğinde; tek katmanlı Sn filmi 2.çevrim sonrasında 40mAsa/g kapasite değerlerine ani bir düşüş gerçekleştirerek bozulduğu gözlenmiştir. Öte yandan CuSnbazlı anotlarda 50 çevrim sonunda en iyi elektrokimyasal performans 395mAsa/g deşarj kapasitesi ileısıl işlem uygulanmış porlu yapıda Cu/CuSn/Cu filminden sağlanmıştır. NiSn bazlı anot filmlerinde ise en iyi elektrokimyasal performans 445 mAsa/g deşarj kapasitesi ile ısıl işlem uygulanmış porlu yapıda Ni/NiSn/Ni filmi ile elde edilmiştir. Çok katmanlı yapıile hacimsel genleşmenin bastırıldığı,Sn bazlı filmlerin altlığa yapışma kabiliyetinin ve elektrik iletkenliğinin arttığı; boşluklu yapı ile hacimsel genleşmenin zararlı etkilerinin giderildiği; ısıl işlem ile yapıda oluşan intermetaliklerin hacimsel genleşmeye karşı tamponlama etkisi yaptığı görülmüştür.Buna bağlı olarak çok katmanlı porlu yapı ve ısıl işlemin kapasite korunumu ve yüksek kapasite eldesinde iyileştirme sağladığı saptanmıştır.
Akımsız Ni-P ve Ni-B kaplı karbonfiberlerin elektromanyetik kalkanlama özellikleri ve W katkılamanın etkileri
Teknolojinin gelişmesinin bir sonucu olarak elektronik cihaz kullanımının hızla artışı elektromanyetik dalgaların yayılımında artışı beraberinde getirmiştir. Hem canlılar üzerinde hem de diğer elektronik cihazlar üzerinde olumsuz etkileri bulunması nedeniyle elektromanyetik dalgalara karşı önlemler alınmaya başlanmıştır. Elektromanyetik etkileşim problemine çözüm olarak üretilen elektromanyetik kalkanlama yöntemleri de teknolojinin gelişmesi ile birlikte şekil değiştirmektedir. Elektromanyetik kalkanlama işlemi kaynak ile alıcı arasına yerleştirilen kalkanlama malzemesinin yayılan elektromanyetik dalgayı alıcı kurban malzemeye ulaşmadan sönümlemesi veya azaltması olarak tanımlanmaktadır. Bu kalkanlama malzemeleri çoğunlukla metallerdir. Ancak kütlesel olarak kullanılan metal malzemelerin ağırlıklarının fazla olması ve maliyetlerinin yüksek olması, bunun yanı sıra işleme ve korozyon problemlerinin ortaya çıkması nedeniyle yeni nesil malzemeler üzerine çalışılmaktadır. Hafifliklerinin avantaj oluşturması nedeniyle polimerlere çeşitli iletken katkılandırmalar ile iletken polimerler veya polimer matrisli kompozitler üretilmesi veya iletken kaplama çalışmaları günümüzde üzerinde durulan araştırma konularındandır. Katkılandırma malzemeleri olarak karbonfiberlerin tercih edilmesinde iletken olmaları, yüksek mukavemetli olmaları, korozyon dayanımlarının iyi olması gibi özellikleri etkindir. Karbonfiberlerin iletkenliklerini artırmak amacıyla akımsız kaplama yöntemi ile metalik kaplama uygulanmaktadır. Böylece daha yüksek iletkenliğe sahip, mukavemeti yüksek ve hafif malzeme elde edilmektedir. Metalik kaplama malzemesi olarak ise birçok metal kullanılmaktadır ancak nikel karbon fibere tutunması ve oksidasyon direncinin yüksek olması gibi özellikleri nedeniyle üretim için uygun bulunmuş ve üzerine birçok çalışma yapılmıştır. Akımsız kaplama yöntemi havacılık, otomotiv, polimer, elektronik, kimya ve makine gibi birçok uygulama alanında tercih edilmektedir. Temel sebep olarak ise yalıtkan yüzeyler dahil tüm yüzeylere uygulanabilir olması, karmaşık geometride cisimleri dahi homojen bir biçimde kaplayabilmesi, yüksek korozyon direnci ve sertlik gibi özelliklere sahip olması sıralanabilir. Akımsız kaplama yöntemi ile saf nikel kaplanabileceği gibi fosfor, bor veya üçüncü bir element (Sn, W, Mo vb.) ilavesi ile üstün özelliklere sahip alaşım kaplama da sağlanabilmektedir. Akımsız nikel kaplama bir redükleyici ajan etkisi sonucu banyo içerisinde bulunan nikel iyonlarının katalitik etkisi olan yüzeyde redüklenerek nikel metaline dönüşmesi sonucu elde edilir. Nikel metalinin de katalitik özelliğe sahip olması sonucu reaksiyon nikel birikim yüzeyinde devam eder. Banyo içeriğine bağlı olarak gerçekleşen reaksiyon sırasında fosfor veya bor alaşım kaplama oluşturacak biçimde yapıya dahil olur. Yapılan tez çalışması kapsamında karbon fiber üzerinde akımsız nikel-fosfor, nikel-bor, nikel-tungsten-fosfor ve nikel-tungsten-bor kaplamaları elde edilmiştir. Kaplama öncesi karbon fiber yüzey aktifleştirme ve hassaslaştırma uygulaması dağlama (20 dk 65 °C), nötrleştirme (2 dk, oda sıcaklığı), ön daldırma (1 dk, oda sıcaklığı), aktivasyon (4dk, oda sıcaklığı) ve hızlandırma (2 dk, 50 °C) olmak üzere beş farklı ön işlem banyosu uygulanarak gerçekleştirilmiştir. Uygulanan her bir ön işlem banyosunun akabinde numune saf suya daldırılarak temizlenmiştir. Yüzey aktifleştirme işlemlerinden sonra hazır hale gelen fiber demetleri ve keçeler manyetik karıştırıcı üzerine yerleştirilen sirkülator yardımıyla istenilen sıcaklığa ısıtılan su ceketli banyoya daldırılmıştır. Kaplama banyoları Ni-P banyosu için NiKlad ELV 811; Ni-B banyosu için ise NiKlad 752 banyoları MacDermid firmasından temin edilmiştir. Ni-W-P ve Ni-W-B banyoları oluşturmak için ise belirtilen banyolara 5 g/L sodyum tungstat tuzu (Na2WO4.2H2O) ilavesi yapılmıştır. Ni-P kaplama işlemi banyo kullanım reçetesinde belirtilen pH 4.8 değerinde 75 °C, 85 °C ve 95 °C sıcaklıklarında 10 dk ve 20 dk süreler ile gerçekleştirilirken Ni-B kaplama işlemi banyo reçetesinde belirtilen pH 6.5 değerinde 65 °C, 75 °C, 85 °C sıcaklık değerlerinde 10 dk ve 20 dk süreler ile gerçekleştirilmiştir. Ni-W-P kaplama işlemi, 75 °C sıcaklıkta 20 dk süre ile kaplamaya giren W oranının etkisini ölçmek için pH 4.8, pH 6, pH 7 değerlerinde kaplama işlemi gerçekleştirilmiştir. Ni-W-B kaplama işlemi ise 65 °C sıcaklıkta 20 dk süre ile kaplamaya giren W oranının etkisini ölçmek için pH 6, pH 6.5, pH 7 değerlerinde kaplama işlemi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen Ni-P ve Ni-B kaplamalara 200 °C, 300 °C, 400 °C sıcaklıklarda açık atmosferde; 300 °C ve 400 °C sıcaklıklarda ise vakum şartlarında ısıl işlem uygulanmıştır. Ni-W-P ve Ni-W-B kaplamalarına ise 300 °C ve 400 °C sıcaklıklarda açık atmosfer ve vakum şartlarında ısıl işlem gerçekleştirilmiştir. Kaplanan ve kaplanmayan fiber ve keçelere elektromanyetik girişim kalkanlama değerlerini belirlemek için koaksiyel iletim hattı yöntemi ile 1 MHz ve 8 GHz aralığında ölçüm yapılmıştır. Yapılan çalışma sonucu Ni-B ve Ni-P kaplamalarının artan sıcaklık ve süre ile kaplama kalınlıklarının arttığı görülmüştür. Ni-W-P ve Ni-W-B kaplamaları ise sabit sıcaklık ve sürede farklı pH uygulanarak elde edilmiştir ve artan pH ile Ni-W-P kaplamalarında kaplama kalınlığının arttığı görülürken Ni-W-B kaplamasında böyle bir genelleme yapılamamaktadır. Ni-P ve Ni-B kaplamaları hem karbon fiber demetleri üzerine hem de keçeler üzerine uygulanmıştır ve keçe numunelerinin EMI ölçümlerinin fiber demetlerine kıyasla daha iyi olduğu görülmüştür. Fiber demetlerine uygulanan kaplamalardan elde edilen EMI sonuçları incelendiğinde en iyi sonucun Ni-B 75 °C 10 dk pH 6.5 kaplamasından elde edildiği görülmüştür. Bu örneğin EMI değeri 1-5 GHZ frekans aralığında ortalama 30 dB'dir. Keçe üzerine gerçekleştirilen kaplamalardan ise Ni-P 75 °C 20 dk pH 4.8 şartlarında elde edilen kaplamanın EMI kalkanlama etkinliği değerinin 1-5 GHz frekans aralığında ortalama 35±2 dB olduğu, Ni-B 65 °C 20 dk pH 6.5 kaplamasının ise aynı frekans değerlerinde ortalama 40±2 dB olduğu görülmüştür. Ni-B kaplamasına W etkisi incelendiğinde ise EMI kalkanlama etkinliği üzerinde olumsuz etkisi olduğu görülmektedir. En iyi EMI kalkanlama etkinliği değeri pH 6 ile uygulanan kaplama sonucu 0-1 GHz frekanslarında ortalama 30 dB, daha yüksek frekanslarda ise ortalama 20 dB olarak ölçülmüştür. Ni-P kaplamasına W etkisi incelendiğinde ise pH 4.8 de uygulanan kaplamanın EMI kalkanlama etkinliğini düşürdüğü fakat pH 6 ve 7 değerlerine artırdığı görülmüştür. Özellikle 0-1 GHz aralığında (pH 7 değerinde yapılan kaplamalar için) EMI kalkanlama etkinliğini değeri 50 dB civarındadır. 1-5 GHz frekans değerlerinde ise en iyi EMI kalkanlama etkinliği pH 6 değerinde yapılan kaplamadan 40 dB olarak edilmiştir. Elde edilen kaplamaların yansıma değerleri ASTM D4935-10 standardı kapsamında hesaplandığında ise kalkanlama mekanizmasının Ni-B kaplamalarında için en fazla ortalama 20% emilim kaybı mekanizması ile çalıştığı; Ni-P kaplamaları için ise ortalama 40% emilim kaybı değerine ulaşıldığı görülmüştür. Artan W miktarına bağlı olarak Ni-W-P kaplamalarında emilim kaybı mekanizmasının daha aktif çalışmakta olduğu ve yaklaşık olarak 50% değerlerine ulaştığı görülmüştür. Elde edilen kaplamalara ısıl işlem uygulanarak kristalizasyonun EMI kalkanlama etkinliği değeri üzerinde etkisi incelenmesi amaçlanmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda Ni-B ve Ni-P kaplamalarına uygulanan açık atmosfer ısıl işlem sonucu EMI kalkanlama etkinliği değerinde büyük oranda düşüş görülmüştür. Ni-W-B ve Ni-W-P kaplamalarında pH değerine bağlı olarak EMI kalkanlama etkinliği değerinde değişim gözlenmektedir fakat genel olarak değerlendiğinde kalkanlama etkinliği değerinde düşüşe neden olmaktadır. EMI kalkanlama etkinliği değerinin Ni-B kaplaması için özellikle 1-5 GHz artan sıcaklıkla birlikte 10 dB değerine kadar; Ni-P kaplaması için ise 20 dB değerine kadar düştüğü görülmüştür. EMI kalkanlama etkinliği değerindeki bu düşüşün açık atmosfer ısıl işlemi sırasında gerçekleşen oksit oluşumunun hem yüzey özelliklerini olumsuz etkilemesi hem de metalik nikelin oksitlenerek kalınlığını azalması sonucu olduğu düşünülmektedir. Bu nedenle vakum şartlarında ısıl işlem uygulamaya karar verilmiştir. Gerçekleştirilen vakum ısıl işlemi genel olarak EMI kalkanlama özelliklerini olumlu etkilemiştir. EMI kalkanlama etkinliği Ni-B kaplaması için 0-1 GHz frekans değerlerinde 400 °C sıcaklıkta uygulanan vakum ısıl işlemi ile birlikte ortalama 50±5 dB değerine, Ni-P kaplaması için 40±3 dB değerine ulaşmaktadır. Daha yüksek frekanslarda Ni-B kaplaması için 40 dB değeri; Ni-P kaplaması için 35 dB değeri elde edilmektedir. Ni-W-B kaplaması için ise 0-5 GHz frekans aralığında pH 6.5 kaplaması için 400 °C sıcaklıkta uygulanan vakum ısıl işlemi ile 60±2 dB kalkanlama değerine ulaşılmıştır. Ni-W-P kaplaması için ise uygulanan 400 °C vakum ısıl işlemi ile birlikte 0-1 GHz frekans aralığında 55 dB kalkanlama etkinliği, 1-5 GHz aralığında 45 dB kalkanlama etkinliği değeri pH 7 kaplaması ile elde edilmiştir. Vakum ortamında gerçekleştirilen ısıl işlem sonucu elde edilen kalkanlama mekanizması incelendiğinde Ni-B ve Ni-P kaplamaları için artan sıcaklıkla birlikte yansıma kaybı oranlarında büyük bir artış gözlenirken emilim kaybı oranları aynı şekilde düşüş göstermektedir. Ni-W-B kaplamalarında ise artan sıcaklığa bağlı olarak emilim mekanizması 300 °C sıcaklıkta düşüş gösterirken 400 °C sıcaklıkta artış göstermiş ve ortalama 30% oranında emilim mekanizmasının etkili olduğu görülmüştür. Ni-W-P kaplamalarında ise artan sıcaklıkla birlikte emilim kaybı artmış ve kalkanlama mekanizması ortalama 50% emilim kaybı mekanizması ile çalışmıştır. Tüm kaplamalar ve uygulanan ısıl işlemler değerlendirildiğinde 0-5 GHz frekanslarında en iyi EMI kalkanlama etkinliği değerinin (60±2 dB) karbon fiber keçe üzerine yapılan ve 400 °C vakum atmosferinde ısıl işleme tabi tutulan Ni-W-B kaplamasında elde edildiği belirlenmiştir. Kalkanlama mekanizmasının ise 30% emilim kaybı ve 70% yansıma kaybı mekanizması ile çalıştığı hesaplanmıştır.
Y2O3 ve Yb+3:Y2O3 partiküllerinin üretimi ve karakterizasyonu
Mikron-altı ve nano boyutta metal, alaşım ve metaloksit partikülleri, ileri teknoloji malzemelerinin vazgeçilmez hammaddeleridir. Geniş yüzey hacim oranına bağlı olarak metal oksit partiküllerinin küçük boyutları onları birçok alanda çekici hale getirmektedir. Günümüzde elektronik sektörü başta olmak üzere tıp, kimya, optik, haberleşme gibi çok çeşitli sektörlerde üretilen partiküller kullanılmaktadır. Üretilen tozların yalıtkan ve iletkenler, ilaçlar, bilgi depolama araçları, su arıtma sistemleri, katalizörler, sensörler, kendi kendini temizleyen boyalar ve antimikrobiyal malzemeler gibi uygulama alanları vardır. Bu tez kapsamında üretilecek olan mikron-altı boyuttaki itriyum oksit (Y2O3) yüksek ergime sıcaklığı, yüksek refrakterlik indeksi (∼2), yüksek termal iletkenlik (13,6Wm−1 K−1), yüksek bant genişliği (5,72eV) ile geniş transmisyon aralığına (280–8000 nm) sahiptir. Bu özellikleri sayesinde lazer, projeksiyon tüpleri, fiber optik kablolar, ultra hızlı sensörler, geçirimli elektron mikroskobu flüoresanları ve yüksek sıcaklık kaplamaları gibi uygulamalarda kullanılmaktadır. Y2O3 partiküllerinin üretimi konusunda literatüre de değişik yaklaşımlar bulunmaktadır. Aşağıdan yukarı yaklaşımı içerisinde tanımlanan ultrasonik sprey piroliz (USP) ve Sol-Jel yöntemleri çalışma süresi, düşük sıcaklık, homojen bileşim ve geniş kimyasal bileşim aralığında üretimin gerçekleştirilebilmesi ile diğer toz üretim teknikleri karşısında önemli avantajlar sağlamaktadır. USP tekniği küresel ve aglomere olmamış, çok geniş bir aralıkta değişen kimyasal bileşime, boyuta ve morfolojiye sahip nano boyutlu partiküllerin üretilmesine imkan veren çok yönlü bir yöntemdir. Bu yöntemde yüksek safiyette metal tuzlarının ve ikincil hammaddelerin temizlenmiş liç çözeltileri kullanılmaktadır. USP yöntemi dört aşamada gerçekleşmektedir. Öncelikle ultrasonik dalgalar yardımı ile başlangıç çözeltisinden oluşan aerosol damlacıkları taşıyıcı gaz yardımıyla fırına taşınır ve termal parçalanma yada redüksiyon yardımıyla partikül oluşumu gerçekleşir. Sol-jel yönteminde ise çözünecek olan öncü madde hidrolize uğrayarak kolloidal parçacıklar halinde ayrışması sonucu sol oluşur ve çöktürücü ajan sayesinde çeşitli reaksiyonlar gerçekleşerek ağ yapısının (jel) meydana gelmesi gözlemlenir. Jel formu ısıl işlemden sonra istenilen özellikte malzeme elde edilir. Her iki teknikte yüksek safiyette metal tuzlarının veya ikincil hammaddelerin temizlenmiş/saflaştırılmış liç çözeltileri kullanılabilmektedir. Bu tez çalışmasında; Y2O3 ve Yb dop edilmiş Y2O3 partiküllerinin yüksek safiyetteki tuzlarından hareketle USP ve Sol-Jel tekniği ile üretimi ve üretim koşullarının optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon yapılabilmesi için öncelikle Y2O3 ve Yb+3: Y2O3 partiküllerinin üretim parametreleri belirlenmiştir. USP tekniğinde farklı çözelti konsantrasyonlarında (0,1 – 0,4M) başlangıç çözeltileri hazırlanmıştır ve bu konsantrasyondaki çözeltiler farklı sıcaklıklarda (700 – 900 oC ) üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen nano partiküllerin karakterizasyon çalışmalarında boyut, morfoloji, kristal yapı ve kristal boyutu gibi partikül özelliklerinin üretim parametrelerine bağlı olarak değişimi araştırılmıştır. X ışınları ile faz analizi sonucu Y2O3 ve Yb+3:Y2O3 partikülerinin yapısının C-biksibit kübik olduğu belirlenmiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile morfoloji ve boyut analizi gerçekleştirilmiştir. Çözelti konsantrasyonunun artmasıyla birlikte ortalama partikül boyutunda artma gözlenmiştir. Raman analizi sonucu kübik Y2O3'e ait karakteristik raman pikleri elde edilmiştir. X-ray difraksiyon analizleri ile elde edilen pikler üzerinden Williamson- Hall analizleri gerçekleşmiştir. Williamson - Hall analizlerinde üniform deformasyon modeli (UDM), üniform gerilim deformasyon modeli (USDM) ve üniform deformasyon enerji yoğunluğu modeli (UDEDM) kullanılmıştır. Artan sıcaklık ve çözelti konsantrasyonu ile kristalit boyutu, kafes gerinimi ve enerji yoğunluğu artmıştır. Sol-Jel yöntemi ile farklı çözelti konsantrasyonları (0,1M – 0,4M) ve farklı kalsinasyon sıcaklıklarında (700 – 900 oC ) partiküller üretilmiştir. Farklı çöktürücü ajanlar (NaOH, NH4OH) kullanılarak üretilen tozların morfolojileri ve yapıları incelenmiştir. Başlangıç çözelti molaritesinin ve kalsinasyon sıcaklığının artmasıyla birlikte partikül boyutlarında büyüme meydana gelmiştir. Wiliamson- Hall analizleri ile artan kalsinasyon sıcaklığı ve çözelti konsantrasyonu ile kristalit boyutu, kafes gerinimi ve enerji yoğunluğu da artmıştır. Farklı çöktürücü ajan kullanılarak üretilen partiküllerin ise kristalit boyutlarında farklılık görülmüştür. Yb dop edilen Y2O3 partiküllerinde ise iterbiyumun kafes parametresinin itriyumdan düşük olması sebebi ile kristalit boyutunda, kafes gerilmesinde ve enerj yoğunluğunda azalma gözlenmiştir. Farklı çöktürücü ajanları da tozların morfolojilerinin değişmesine de sebep olmuştur. NaOH kullanılması üretilen tozların küresel yapıda oluşmasını sağlarken, NH4OH ile üretilen tozların süngerimsi yapıda oluştuğu gözlenmiştir.
Beyaz eşya uygulamalarında enerji tasarrufu amacıyla faz değiştiren malzeme hazırlanması ve karakterizasyonu
Termal enerji depolama sistemleri arasında faz değiştiren malzemeler (FDM) son dönemde ön plana çıkmaktadır. Faz değiştiren malzemeler, ortam sıcaklığı maddenin erime sıcaklığına yükseldiğinde erimeye başlayan ve hal değişim prosesi boyunca ortamdan ısı absorbe edebilen, tam tersi durumda sıcaklık maddenin katılaşma noktasına kadar düştüğünde ise katılaşma prosesi boyunca depoladığı bu ısıyı ortama geri verebilen maddelerdir. Faz değişimlerini sabit sıcaklıkta gerçekleştirmeleri, -20°C ile +150°C gibi geniş bir aralıkta hem soğutma hem de ısıtma uygulamaları için kullanılabilir olmaları dikkat çeken özellikleridir. Bu çalışmada beyaz eşya uygulamalarında kullanıma yönelik 25°C ile 40°C sıcaklıkları arasında faz değişimi gösteren faz değiştiren malzeme formülasyonlarının geliştirilmesi ve uygun olanların bulaşık makinesi prototipi üzerinde uygulanması hedeflenmiştir. Faz değiştiren malzemelerin bulaşık makinesi uygulamasında kullanımı sayesinde enerji tüketimini en çok etkileyen faktörlerden biri olan ısıtıcının mevcut durumdan daha az kullanımının FDM kullanımı yoluyla sağlanması ve buna bağlı olarak bulaşık makinasında tüketilen enerji miktarlarının azaltılmasına olanak sağlayacaktır. Bu amaç doğrultusunda FDM, 1. aşamada tahliye edilecek ana yıkama suyunun üzerindeki enerjiyi depolayacak ve bu enerjiyi bir sonraki aşamada sıcak periyot olan 2. durulama için şebekeden alınan soğuk suya aktararak enerji tasarrufu sağlayabilecektir. 2. Durulama adımında makineye alınan şebeke suyunun ısıtılmasının FDM kullanılarak sağlanmasının müşteriye maliyet avantajı getireceği öngörülmüştür Beyaz eşya uygulamalarında faz değiştiren malzemelerin kullanılmasıyla birlikte çeşitli elektronik cihazların sıcaklık kontrolü (kurutucu, fırın vs.), evaporatör ve kompresör çevresinde açığa çıkan atık ısının geri kazanılmasıyla enerji verimliliği arttırılabilir. Ayrıca buzdolabı uygulamasında kullanılması, elektrik kesintisi durumunda sıcaklık kontrollerinin faz değiştiren malzemeler aracılığıyla yapılması, kabin içi sıcaklıklarını uzun süre uygun değerlerde tutulmasına ve böylelikle gıdaların raf ömrünün arttırılmasına olanak sağlayacaktır. FDMlerin uygulama içerisinde yüksek performans gösterebilmesi için dikkat edilmesi gereken bir diğer önemli özellik de donma sırasında çok az aşırı soğuma gösteriyor olmalarıdır. Kimyasal özellikleri değişmemeli, faz ayrışmasına uğramamalı, korozif, yanıcı, zehirli ve patlayıcı olmamalıdır. İnorganik FDMler arasında tuz hidratları ön plana çıkmaktadır. İnorganik tuzların erime ısıları ve ısı depolama kapasiteleri yüksektir. Genellikle suda çözünebilen tuzlar ısı depolama amacıyla kullanılabilir. Dezavantajları arasında ise faz ayrışması ve aşırı soğuma göstermeleri ile korozif etkiye sahip olmaları gösterilebilir. Organik bileşikler ısı depolama malzemesi olarak çeşitli önemli özelliklere sahiptir. Fiziksel ve kimyasal olarak kararlı yapıda olmaları, aşırı soğuma göstermemeleri ve çoğunluğunun korozif olmamaları ön plana çıkmaktadır. Organik faz değiştiren malzemeler içerisinde parafinler yaygın kullanıma sahiptir. Parafinler petrol türevleri olup, genel olarak CnH2n+2 şeklinde belirtilen ve alkanlar olarak adlandırılan önemli bir bileşen içerirler. Saf parafinler, sadece alkanları içerir. Alkanların erime sıcaklığı karbon atomu sayısının artmasıyla artar. Karbon atomu sayısı 14 - 40 arasında olan alkanların erime sıcaklığı, 6 - 80°C aralığındadır. Parafinlerin katı durumdaki ısıl genleşme katsayıları tuz hidratlarına oranla düşüktür. Parafin olmayan organik materyaller arasında yağ asitleri ve polietilen glikol grupları ön plana çıkmaktadır. Yağ asitleri, genel olarak CH3(CH2)2nCOOH seklinde belirtilir. Yağ asitlerinin erime ısıları parafinlerle karşılaştırılabilir değerlerdedir. Yağ asitleri; termodinamik, kinetik, ısıl ve kimyasal kararlılık, emniyet ve maliyet bakımından, tuz hidratları, parafin ve diğer kimyasal maddelere kıyasla üstün özelliklere sahiptir. Hiç aşırı soğuma olmadan donma özelliğine sahip olduklarından, FDM olarak uygun özelliklere sahiptir. En önemli olumsuzlukları, maliyetlerinin parafinlerden 2 – 2.5 kat daha yüksek olmasıdır. Diğer bir olumsuz özellikleri de kötü kokulu olmaları ve korozif olmalarıdır. OH- ile sonlandırılmış polietilen glikoller (PEG), tekrar eden bir -CH2-CH2-O- birimi ile önemli bir yarı-kristalimsi polimerlerdir. PEGler aynı zamanda yüksek kristallilik derecesine karşılık gelen yüksek erime ısısına sahip olduklarından dolayı TED sistemleri için FDM olarak kullanılmaktadırlar. PEG'in molekül ağırlığındaki bir artış hem erime sıcaklığını ve hem de faz geçiş ısısını arttırmaktadır. Literatürde hem organik hem de inorganik faz değiştiren malzemelerin kullanıldığı pek çok çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmalar genel olarak uygun FDM'nin seçimi, termal özelliklerinin iyileştirilmesi, sentezlenmesi ve ömür testlerinin değerlenririlmesi yönünde olmuştur. Bu çalışmada, yağ asitleri, polietilen glikol (PEG) serileri ve tuz hidratları kullanılarak hedeflenen çalışma aralığı içerisinde hal değişimi gösteren 44 farklı faz değiştiren malzeme formülasyonu geliştirilmiş, termal karakterizasyonları yapılmıştır. Tuz hidratların literatürde belirtilen problemlerine çözüm bulunduğu ömür testleri yapılarak desteklenmiştir. Bunlara ek olarak, PEG formülasyonlarının termal performanslarının geliştirilmesi ve ısı alışveriş hızlarının grafit katkısı kullanılarak arttırılmasının prototip üzerinde şebeke suyunun depoladığı enerjileri nasıl etkilediği araştırılmıştır. Faz değiştiren malzeme sentez çalışmaları temelde dört grupta yürütülmüştür. İlk grupta, farklı karbon sayılı 6 farklı yağ asidinin, katı-sıvı faz değişim sıcaklıkları göz önünde bulundurularak toplam 26 farklı faz değiştiren malzeme hazırlanmıştır. İkinci grup çalışmada; PEG300–PEG1500 ve PEG400–PEG1500 çifleri ile geliştirilen 10 farklı formülasyon, üçüncü grup çalışmada; 2 farklı tuz hidratına katkı olarak ilave edilecek çekirdeklendirici ajan oranları değiştirilerek geliştirilen 8 farklı formülasyon incelenmiş, beyaz eşya uygulamalarına uygunluğu değerlendirilmiştir. Son grup çalışmada ise yapılan literatür araştırması kapsamında belirlenen 2 adet PEG formülasyonuna yüksek iletkenlikli grafit parçalarının ilavesi yapılarak termal performanslarının geliştirilmesi sağlanmış ve prototip üzerinde şebeke suyunun depolayacağı enerji miktarlarını nasıl etkileyeceği araştırılmıştır. Çalışmanın son kısmında ise bulaşık makinesine uygulanabilecek yağ aside, PEG ve tuz hidrat formülasyonları seçilerek, bunların performans ölçümleri yapılmış, enerji verimliliği hesaplamaları sürdürülmüştür. Değerlendirmeler: Bu tez kapsamında yapılan çalışmalar aşağıdaki şekilde özetlenebilir; • Yapılan detaylı literatür araştırması sonucunda organik kaynaklı faz değiştiren malzemelerin inorganiklere göre daha kararlı olduğu ve yüksek performans gösterdiği belirlenmiştir. Fakat düşük kullanım ömürlü ve yapısal olarak kararsız olduğu bilinen tuz hidrat FDM'lerin de yapılan formülasyonlar aracılığıyla stabilizasyonları ve ömür süreleri geliştirilmiştir. • Bu doğrultuda özellikle beyaz eşya uygulamalarında kullanabilecek 25°C ile 40°C sıcaklıkları arasında 44 farklı faz değiştiren malzeme geliştirilmiştir. Sentezlenen FDMler yağ asitleri, tuz hidratları ve PEG esaslıdır. • Bunların yanı sıra FDMlerin termal performanslarına yüksek iletkenlikli katkının etkisi incelenmiş karakterizasyon analizleri yapılmıştır. • YA_12 – YA_14 numuneleri 18oC/40oC, YA_15 numunesi ise 40oC/65oC aralığında geniş bir katı-sıvı faz geçişine sahiptirler. Yayvan piklerden kaynaklı, bu formülasyonlar ev aletlerinde kullanım için uygun değildirler. • PEG_4 ve PEG_9 formülasyonu hariç tüm PEG300 karışımları PEG1500 içinde düzenli erime davranışına sahiptir. PEG_9 ayrıca Terime_0 ve Tdonma_0 sıcaklıklar için çok yayvan piklere sahiptir. • PEG400-PEG1500 ikili karışımlarından PEG_3, PEG_7 ve PEG_8 kodlu numunede daha göze çarpan büyüklükteki yayvan piklerin başlangıç ve bitiş sıcaklıkları limit değerleri aştığı için bulaşık makinesinde kullanıma uygun değildir. • Prototiplerde yapılan benchmark analizlerinden yola çıkılarak uygun sıcaklık aralıkları belirlenmiş ve buna uygun FDM'ler yağ asitleri, PEGler ve tuz hidratları arasından seçilmiştir. Formülasyonların 25-40°C arasında faz değişimi göstermeleri sebebiyle bulaşık makinası gibi yüksek çalışma sıcaklıklarına sahip beyaz eşya uygulamaları için kullanılabileği görülmüştür. • YA_15 kodlu %20 Kaprik Asit-%80 Stearik Asit karışımı, YA_6'dan YA_9'a kadar değişen laktik-palmitik asit karışımları, YA_10 ve YA_11 kodlu palmitik-stearik asit karışımları 50oC ve üstünde faz değişim gösterdiklerinden dolayı yüksek sıcaklık uygulamalarında ve fırın, kurutucu gibi ev aletlerinde kullanım için uygun görülmüştür. • YA_18'den YA_22'ye kadar olan kaprilik-stearik asit ötektik karışımı olan formülasyonlar yaklaşık 10oC faz değişim sıcaklıklarına sahip olduklarından dondurucu bölmesinde tamamen dondurulduktan sonra elektrik kesintisi sırasında buzdolabı kabinlerinde kullanım için uygundur. Yiyecek ve içeceklerin bozunma süresinin uzatılmasına yardımcı olabilirler. • Deney düzeneklerinin karşılaştırması yapılacak olursa geliştirilmiş prototip yardımıyla en az %50 performans artışı sağlanmıştır. Testler sırasında sıcak su boşaltılıp soğuk şebeke suyu doldurulurken bekleme süresinden kaynaklanan ısı kayıpları oluşmaktadır. • Benchmark analizi sonuçları değerlendirilirken ana yıkama suyundan FDM üzerine depolanan enerjiyi şebeke suyuna aktarabilme süreleri göz önüne alındığında yağ asidi ve esteri esaslı Croda_21 ve Croda_29 numuneleri daha iyi performans göstermiştir. Süreden bağımsız olarak depolanan enerji miktarları değerlendirildiği koşulda ise 30oC civarlarında faz geçişine sahip olan Croda_29 ve kaprik asit ticari FDMleri daha yüksek enerji tasarrufu sağlamaktadır. • Grafit katkılı PEG formülasyonları seçilen PEG_1 ve PEG_6 formülasyonu ile karşılaştırıldığında erime entalpisi ve erime sıcaklıklarında düşüş gözlenmesine rağmen depolanan enerji miktarlarında bir artış sağlanmaktadır. Grafit katkısı sebebiyle termal enerjinin gizli ısı olarak soğurulmasından sorumlu olan FDMlerin formülasyon toplam kütlesi içerisindeki yüzdesi azaldığı için formülasyonların hem erime entalpisinin hem de erime sıcaklıklarının düştüğü bilinen bir gerçektir. • Grafit katkısı sayesinde ısı iletim katsayılarında artış sağlanarak kinetik etki yaratılıp şebeke suyunun FDM'deki enerjiyi depolama süresi kısalmış ve uzun süreli deneylere kıyasla enerji kayıplarının minimize edilmesi sağlanmıştır. • Geliştirilmiş prototip üzerinde en yüksek enerji tasarrufu YA_23 kodlu formülasyona aitken, minimum tasarruf PEG_6 kodlu numuneye aittir (Enerji miktarları deney süresinden bağımsız hesaplanmaktadır). • Aynı sıcaklıkta (~31,5oC) faz değiştiren PEG_1/GF, PEG_6/GF ve TH_7 kodlu numuneler arasında erime entalpisi diğerlerine göre daha yüksek olan TH_7 kodlu formülasyon, üç formülasyon arasında en yüksek enerji depolama miktarına sahiptir. • Yağ asitleri ve tuz hidratları korozif yapıda olmaları, birkaç tekrarlı deney sonrasında yapıştırıcıları kaldırarak, bakır plakayı aşındırarak prototip üzerinde kalıcı hasarlara neden olmalarından dolayı bu sistemde korozif olmayan, düşük maliyetli PEGlerin kullanımı birincil önceliğe sahip olarak görülmektedir. • Performans ölçümleri sonucunda en yüksek enerji değerleri elde edilen YA_23, YA_25 gibi yağ asidi formülasyonları tercih edilebilir fakat yağ asitleri ve tuz hidratların prototip üzerindeki olumsuz, korozif etkileri düşünüldüğünde grafit katkılı PEG_1/GF formülasyonu hem deney süresi hem depolanan enerji miktarları bakımından tercih edilmiştir. Aynı zamanda bu formülasyonların yağ asitlerine oranla maliyet avantajları da bulunmaktadır. • Bulaşık makinesinin bir yıkama çevriminde 923 Wsa (113,9 kJ) enerji sarfiyatı yapılmaktadır. Öncül çalışmalar sonucu seçilen PEG_1/GF formülasyonu ile büyük hacimlerde denemeler sonucu sisteme alınan şebeke suyunun aynı sıcaklık değerlerine ulaşması durumunda yaklaşık %2,5 enerji tasarrufu sağlanması mümkün olacaktır.
Grafen nano plaka takviyeli alümina-zirkonya kompozitlerinin spark plazma sinterleme yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Alüminyum oksit (Al2O3) en çok kullanılan oksit seramiklerden biridir. Yüksek korozyon direnci, yüksek sertlik, kimyasal inertlik, düşük elektriksel/termal iletkenlik, iyi biyouyumluluk gibi özellikleri sayesinde bu seramikler mühendislikte ve biyomedikalde geniş uygulama alanları bulmuştur. Ancak düşük kırılma tokluğu değeri alumina seramiklerinin kullanımını sınırlamaktadır. Düşük kırılma tokluğunun üstesinden gelmenin bir yolu malzemeyi kompozit halinde üretmektir. Bu amaçla alüminaya MgO, SiC, ZrB2, ZrO2 gibi nano ve mikronaltı ilaveler yapılabilir. Bu ilaveler matrisin tane sınırlarına yerleşerek anormal tane büyümesini önleyip Al2O3'ün dayanımını arttırırlar. Zirkonyum oksit (Zr2O), alüminanın kırılma tokluğunu arttıran en önemli bileşenlerden biridir. Zirkonyanın kullanımı yeni implant tasarımlarının da yolunu açmıştır. Ancak zirkonyanın ortopedide 20 yıldan uzun kullanılması tartışmalı sonuçlar doğurmuştur. Zirkonya faz dönüşümü (tetragonal-monoklinik) gösteren bir seramiktir. Tetragonal-monoklinik faz dönüşümü tersinir bir dönüşümdür. Bu dönüşüm sırasında gerçekleşen % 4-5 oranındaki hacim değişikliği, % 14-15 oranında kayma gerilimine neden olmaktadır. Faz dönüşümü ilerleyen bir çatlağın dolaylarında gerçekleştiğinde faydalıdır ancak implantın vücut sıvılarıyla temas halindeki yüzeyinde gerçekleştiğinde mikroçatlak oluşumuna ve yüzeyin pürüzlenmesine sebep olduğundan, bu dönüşüm malzemenin mukavemetini azaltır. Zirkonya'ya stabilizatör olarak bilinen oksitler (MgO,CaO,Y2O3) eklenerek sinterleme sıcaklığı-oda sıcaklığı aralığında faz dönüşümü önlenir. Tetragonal faz dönüşebilirliğinde olumlu etkiye sahip olması ve tokluğu sebebiyle itriyum oksit (Y2O3) en sık kullanılan stabilizatördür. Sahip oldukları üstün özellikleri bir araya getirilen alümina ve yttria ile stabilize edilmiş zirkonya (YSZ) seramikleri pek çok yapısal uygulamada monolitik alümina ve zirkonya seramiklerine tercih edilmektedir. Son zamanlarda değişik karbon kaynaklarının kompozitler için takviye malzemesi olarak kullanımı ile ilgili birçok çalışma yapılmaktadır. Yapılan bu çalışmalar karbon kaynaklarının Al2O3-YSZ kompozitlerinin kırılma tokluğunu arttırdığını göstermiştir. İki boyutlu grafen tabakalarının, boyutsuz nanoparçacıklar ve tek boyutlu karbonnanotüp (CNT)'lerin sağlayamadığı matris-takviye malzemesi arayüzey etkileşimlerini sağlayacağı düşünülmektedir. Yapılan son çalışmalarda grafen ilaveli nanokompozitlerde elktriksel ve mekanik iyileşmeler gözlenmiştir. Bu çalışmada Al2O3-YSZ kompozitlerine GNP (hacimce %1,3,5,7) takviye malzemesi ilave edilerek GNP ilavesinin densifikasyon davranışı, mikroyapı, mekanik özellikler ve biyouyumluluk üzerine etkisi incelenmiştir. Hacimce %70 alumina ve %25 yttria ile stabilize edilmiş zirkonya içeren bileşime hacimce %5 oranında GNP ilave edilerek hazırlanan kompozitlerin en yüksek kırılma tokluğu değerine sahip olduğu, artan GNP oranının sertlik değerlerinin düşmesine neden olduğu görülmüştür. Monolitik Al2O3'e değişen oranlarda YSZ eklenerek (hacimce %10-20-30), değişen YSZ ilavesinin mekanik özellikler üzerindeki etkisi incelenmiştir. Üretim için spark plasma sinterleme (SPS) tekniğinin kullanıldığı bu çalışmada en yüksek kırılma tokluğu değerinin elde edildiği hacimce %70 oranında alümina ve %30 oranında yttria ile stabilize edilmiş zirkonya içeren bileşim optimum kabul edilerek, bu bileşime ağırlıkça %2 oranında eklenen değişik karbon kaynaklarının (karbon nanotüp, karbon karası ve grafen nanoplaka) mikroyapı ve mekanik özellikler üzerindeki etkisi incelenmiş ve kıyaslanmıştır. Çalışmada matris takviye malzemesi olarak kullanılan bütün karbon kaynaklarının kırılma tokluğunu arttırdığı , kırılma tokluğundaki en büyük artışın ise ağırlıkça %2 oranında eklenen grafen nanoplaka (GNP) ile sağlandığı görülmüştür. Hücre canlılığı testi (XTT) uygulanarak, mekanik özellikleri incelenen kompozitlerin in vitro ortamda biyouyumlulukları incelenmiştir. Test kapsamında 7 gün süreyle numuneler üzerine insan osteoblast hücreleri (hOB) ekilerek bu hücrelerin canlılığı kontrol edilmiştir. Yapılan incelemeler sonucunda CNT, CB ve GNP içeren kompozitlerin bu süre zarfında herhangi bir toksik etkiye neden olmadığı ve hücrelerin kompozit malzemeler üzerinde canlılıklarını sürdürdükleri belirlenmiştir.
Çözelti yanma senteziyle üretilen vanadyum oksitlerin ince film kaplanması ve optik ve elektrokimyasal karakterizasyonu
Vanadyum, +2'den +5'e kadar birden fazla değerlik alabilen ve bu sebeple farklı oksit bileşikleri oluşturabilen bir metaldir. Geçiş metalleri arasında oldukça sık olarak kullanılan vanadyum oksit, farklı değerlikte bileşikler oluşturabilmesi sebebiyle farklı özellikler kazanmaktadır. Ayrıca vanadyum oktahedral, tetrahedral, kare piramit gibi pek çok oksijen koordinasyon geometrisine sahiptir. Bu özellikleri sayesinde, vanadyum oksitler ileri malzeme uygulamalarında kendine geniş bir yer bulabilmektedir. En sık kullanılan bileşikleri VO2 ve V2O5'tir. Bu oksitler birçok teknolojik uygulamada kullanılabilmektedir. VO2 optik, elektriksel, elektrokimyasal, termokromik ve ısıl şalter malzemesi olarak kullanılabilmektedir. Düşük sıcaklıkta, 68 C, yarı iletken-iletken geçişi göstermesi en önemli özelliğidir. Ayrıca sıcaklık ve basınç gibi termodinamik koşullara bağlı olarak farklı polimorfik fazlara sahiptir. Bu farklı polimorfik fazlar kararlı ve yarı kararlı fazları ortaya çıkarmaktadır. Örneğin, monoklinik yapıdaki yarı kararlı fazlardan olan VO2 özellikle lityum iyon pillerinde katot malzemesi olarak kullanılmaktadır. Vanadyum pentoksit ise tabakalı yapısı sebebiyle interkalasyon için oldukça uygun bir malzemedir. Özellikle ince filmleri, elektrokromik ve termokromik cihazlarda, soğutmasız bolometrik detektörlerde, lazer korunumunda, güneş pillerinin pencerelerinde, yüksek kapasiteli lityum pillerinin elektrotlarında, elektrik ve optik anahtarlama cihazlarında, ışık modülatörlerinde kullanılmaktadır. Bu tez kapsamında vanadyum pentoksit üretimi çözelti yanma sentezi yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. Yanma sentezi kendiliğinden ilerleyen bir yüksek sıcaklık sentezi olup, seramik, intermetalik, kompozit ve fonksiyonel malzemelerin toz ya da son ürüne yakın ürünleri içeren ileri malzemelerin üretiminde kullanılmaktadır. Yanma sentezi türlerinden biri olan çözelti yanma sentezi, birçok nano boyutlu malzemenin üretimine olanak veren kolay, basit ve hızlı bir yöntemdir. Bu yöntem farklı oksitleyici ile yakıtların homojen çözeltilerinin kendiliğinden ilerleyen reaksiyonunu içermektedir. Tez kapsamında, literatürde kullanılan yakıtlardan farklı olarak sitrik asit ve sitrik asit-glisin karışım yakıtı denenmiştir. Deneyler süresince farklı yakıtlar kullanılarak farklı fiziksel özelliklere sahip vanadyum pentoksit üretilmiştir. Ayrıca deney setlerinde farklı oksitleyici-yakıt karışım oranı denenerek farklı tane boyutunda vanadyum pentoksit üretilmiştir. Tezin ikinci aşamasında ise, çözelti yanma senteziyle üretilen vanadyum pentoksitlerin hammadde olarak kullanılarak ıslak kaplama tekniklerinden biri olan döndürmeli sol-jel kaplama metodu ile ince film kaplanması çalışılmıştır. Elde edilen farklı kalınlıktaki ince filmlerin karakterizasyonları gerçekleştirilerek optik ve elektrokimyasal özellikleri incelenmiştir. Çözelti yanma sentezi deneyleri sonucunda kullanılan tüm yakıtlar ve değişen tüm O/Y oranlarında saf V2O5 üretildiği görülmüştür. Elde edilen tozun morfolojisinin kullanılan yakıt türüyle değişiklik gösterdiği tespit edilmiştir. Glisin ve sitrik asit kullanılan çözelti yanma sentezi deneyleri sonucunda kolonsal morfoloji elde edilirken, karışım yakıt ile üretilen V2O5 tozlarının küresele yakın bir morfolojide olduğu görülmüştür. Elde edilen tozların sol-jel ile kaplanabilirliği tespit edilmiştir. İnce filmlerin karakterizasyonu ile elde edilen sonuçlar doğrultusunda kaplamaların fonksiyonelliğine bağlı olarak uygun kullanım alanları araştırılmıştır. Örneğin, çevrimsel voltametri analizi sonucunda ince film kaplaması gerçekleştirilen V2O5'in lityum iyon pillerinde karşıt elektrot olarak kullanılabileceği tespit edilmiştir.