English

Haberler

 
Saf Magnezyumun Sıcak Pres ile Yoğunlaştırılması / 23.12.2014

Saf Magnezyumun Sıcak Pres ile Yoğunlaştırılması / 23.12.2014

Rıdvan YAMANOĞLU, Erdem KARAKULAK, Muzaffer ZEREN ryamanoglu@gmail.com, erdemkarakulak@kocaeli.edu.tr, zeren@kocaeli.edu.tr Kocaeli Üniversitesi, Umuttepe Kampüsü, Metalurji ve Malzeme Müh. Bölümü, 41380 Kocaeli 

Bu çalışmada saf magnezyum tozları vakum altında basınç destekli sinterlenmiştir. Sinterleme parametrelerinin belirlemesi için numuneler 550 oC\\\'de üç farklı süre ve 2 farklı basınç altında yoğunlaştırılmıştır. Deneylerin ardından sinterlenen kompaktların yoğunlukları ve mikroyapıları incelenmiştir. Artan sinterleme süresi ve basıncı ile malzemenin yoğunluğunda artış görülmüştür.

 

1. Giriş
Günümüzde özellikle otomotiv ve havacılık endüstrisinde ağırlık kazancı ve dolayısıyla yakıt tüketiminin azaltılması amacıyla yeni, düşük ağırlıklı mühendislik malzemelerinin geliştirilmesi üzerine birçok çalışma yapılmaktadır. Bu alanda ilk akla gelen metallerden birisi düşük yoğunluğu ile (aluminyumdan % 35, titanyumdan % 65 daha hafif) magnezyumdur. Bu avantajların yanında mühendislik uygulamalarında tam anlamıyla yararlanılabilmesini zorlaştıran düşük elastik modülü ve sınırlı sıcaklıklarda kullanılabilmesi gibi dezavantajlara da sahiptir. Bu doğrultuda magnezyum için en önemli çözüm yolu seramik partiküller ile takviye edilerek kompozitlerin oluşturulmasıdır [1-6]. Bu çalışmada magnezyum matrisli kompozit malzeme üretimi için bir ön hazırlık niteliğinde deneyler yapılarak sonuçlar paylaşılmıştır. 
 
Özellikle kolay oksitlenen malzemelerin üretimi ve ikincil işlemlere gerek kalmaksızın parça dizaynı nedeniyle toz metalurjik yöntemler oldukça dikkat çekmektedir [7-9]. Magnezyum için en önemli zorluklardan birisi şid-
 
detli oksidasyonu ile yüzeyinde oluşan oksit tabakasıdır. Oluşan bu oksit tabakası toz metalurjik proses – sinterleme sırasında bir bariyer gibi hareket ederek difuzyon ile yoğunlaşmanın gerçekleşmesini engelleyecektir. Bu nedenle üretimin vakum destekli bir ortamda yapılması gerekmektedir. Bu çalışmada Kocaeli Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü’nde bulunan vakum destekli sıcak pres yöntemi ile saf magnezyum tozları sinterlenerek kompozit üretimi için gerekli optimum sinterleme sıcaklığı, süresi ve basıncı belirlenmiştir. 
 
Deneysel Çalışma
Çalışmada kullanılan magnezyum tozları MME Magnezyum ve Metal Tozları Endüstri ve Ticaret A.Ş’den temin edilmiştir (+45-150 µm). Kullanılan tozların tarama elektron mikroskobu görüntüleri Şekil 1’de verilmiştir.
 
Küresel olmayan yuvarlak ve kısmen köşeli şekle sahip tozlar vakum altında sıcak pres tekniği ile yoğunlaştırılmıştır (Şekil 2). Bu yöntemde grafit kalıplar arasına yerleştirilen metal veya seramik tozları, grafitin yüksek ısıl iletkenliği nedeniyle ısınarak sinterlenirler. Geleneksel yöntemlerle üretimdeki şekillendirme basınçlarıyla karşılaştırıldığında 40-50 MPa gibi düşük basınç değerlerinde neredeyse teorik yoğunluğa yakın parçaların üretimi bu yöntemin en önemli avantajlarındandır. Bu avantaj, basınç ile sıcaklığın aynı anda uygulanmasından kaynaklanmaktadır. 50 MPa ve kalıbın hazırlanışı ile kalitesine bağlı olarak bu değerin biraz üzerindeki basınç değerleri ile çalışıldığında mekanik özelliklerin zayıf olmasından dolayı grafit kalıp hasara uğrayacak ve kırılacaktır. Daha yüksek basınç değerlerine ihtiyaç duyulduğunda farklı kalıp malzemelerinin kullanımı gerekir [10-11].
 
\"\\"\\"\"
 
DIEX marka sıcak pres ile yoğunlaştırma işleminde sinterleme sıcaklığı 550 oC seçilmiştir. Sinterleme süresi olarak 5, 10 ve 15 dakika, sinterleme basıncı için ise 35 ve 40 MPa değerleri seçilmiştir. Şekil 3’te 15 dakika bekleme süresi için sinterleme çevrimi gösterilmiştir.
 
\"\\"\\"\"
 
Sinterleme sonrası kompaktların ilk olarak yoğunlukları Arşimet prensibi ile belirlenmiştir. Sonuçlar Tablo 1’de verilmiştir. Artan sinterleme süresi ve basıncı ile yoğunluk beklendiği gibi artış göstermiştir. 
 
\"\\"\\"\"
 
Her iki sinterleme parametresindeki değişim ile yoğunlukta gerçekleşen farklılık açıkça görülmektedir. Yoğunluk artışı süre ve basınç ile gözle görülebilir farkla gerçekleşse de en düşük yoğunluk değerinde dahi relatif yoğunluk % 97,4 değerine denk gelmektedir. Birçok uygulama için bu değer mekanik özellikler üzerinde çok fazla bir negatif etki yapmayacaktır. Değerler arasındaki bu yakın fark Şekil 4’te verilen optik mikroskop görüntülerinden de anlaşılmaktadır.
 
\"\\"\\"\"
 
Sinterlenmiş kompaktlar nihai olarak basma yönüne dik olacak şekilde kırılmış ve tarama elektron mikroskobu ile yüzeyleri incelenmiştir (Şekil 5). Yüksek miktarda deformasyon dikkati çekerken az miktarda gözenekte yapıda görülmekte ve kırılma partiküller arasında gerçekleşmektedir.
 
\"\\"\\"\"
 
Sonuçlar
Bu çalışmada magnezyum matrisli kompozit malzeme dizaynı için gerekli sinterleme parametrelerinin belirlenmesi üzerine çalışılmıştır. Çalışmada 550 oC de 3 farklı süre ve 2 farklı basınç uygulanarak parametrelerin yoğunluk üzerine etkileri incelenmiştir. 35 MPa basınç ve 5 dakika sinterleme süresi ile yoğunluk % 97,4 iken 40 MPa basınç ve 15 dakika sinterleme süresi ile % 99,2 yoğunluk elde edilmiştir. Üretilecek kompozit malzemeler için optimum koşullar 550 oC sinterleme sıcaklığı için 40 MPa basınç değeri altında 10 dakika olarak belirlenmiştir.
 
Teşekkür
Bu çalışma Kocaeli Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından desteklenmiştir. Yazarlar ayrıca, MME Magnezyum ve Metal Tozları Endüstri ve Ticaret A.Ş’ye teşekkürlerini sunar.
 
Kaynakça
1. S. Sankaranarayanan, S. Jayalakshmi, M. Gupta, “Effect of nano-Al2O3 addition and heat treatment on the microstructure and mechanical properties of Mg-(5.6Ti+3Al) composite”, Materials Characterization, 75, 2013, 150-164.
2. M. Cabibbo, S. Spigarelli, “A TEM quantitative evaluation of strengthening in an Mg-RE alloy reinforced with SiC”, Materials Characterization, 62, 2011, 959-969.
3. S. F. Hassan, K. S. Tun, M. Gupta, “Effect of sintering techniques on the microstructure and tensile properties of nano-yttria particulates reinforced magnesium nanocomposites”, Journal of Alloys and Compounds, 509, 2011, 4341-4347.
4. T. J. Chen, X. D. Jiang, Y. Ma, Y. D. Li, Y. Hao, “Grain refinement of AZ91D magnesium alloy by SiC”, Journal of Alloys and Compounds, 496, 2010, 218-225.
5. T. Zhou, H. Xia, M. Yang, Z. Zhou, K. Chen, J. Hu, Z. Chen, “Investigation on micostructure characterization and phase compositions of rapidly solidification/powder metallurgy Mg-6wt.%Zn-5wt.%Ce-1.5wt.%Ca alloy”, Journal of Alloys and Compounds, 509, 2011, L145-L149.
6. A. Erman, J. Groza, X. Li, H. Choi, G. Cao, “Nanoparticle effects in cast Mg-1 wt% SiC nano-composites”, Materials Science & Engineering A, 558, 2012, 39-43.
7. M. Wolff, C. Blawert, M. Dahms, T. Ebel, “Properties of sintered Mg alloys for biomedical applications”, Materials Science Forum, 690, 2011, 491-494.
8. Ş. Karagöz, R. Yamanoğlu, “Biyomedikal uygulamalar için Ti6Al4V alaşım tozu üretimi”, Metal Dünyası, 156, 2006, 116-118.
9. R. Yamanoğlu, “Titan ve alaşım tozlarının PREP yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu”, Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2005.
10. R. Yamanoğlu, “Atomizasyon teknikleri ile toz üretimi, sinterlenmesi ve karakterizasyonu”, Doktora Tezi, Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011.
11. R. Yamanoğlu, M. Zeren, “Al-SiC tozlarının sinterleme davranışlarının belirlenmesi”, Metal Makina, 2011.

 
 

Haber Fotoğrafları

 
Saf Magnezyumun Sıcak Pres ile Yoğunlaştırılması
Saf Magnezyumun Sıcak Pres ile Yoğunlaştırılması
Saf Magnezyumun Sıcak Pres ile Yoğunlaştırılması
Saf Magnezyumun Sıcak Pres ile Yoğunlaştırılması
Saf Magnezyumun Sıcak Pres ile Yoğunlaştırılması
Saf Magnezyumun Sıcak Pres ile Yoğunlaştırılması