Grafen Nanolevha Takviyesinin AlSi10Mg Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi

Kandemir, Sinan

Grafen Nanolevha Takviyesinin AlSi10Mg Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi

Sinan KANDEMİR (İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, 35430, Gülbahçe Urla/İZMİR)

Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji

1 1

Yıl: 2018 Cilt: 6 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 177 - 187 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 29-07-2022

Grafen Nanolevha Takviyesinin AlSi10Mg Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi

Öz:

Bu çalışmada, birkaç grafen tabakasından oluşan, 100 nm'nin altında kalınlığa ve olağanüstü mekanik özelliklere sahip grafen nanolevhaların (GNL) endüstride sıkça kullanılan AlSi10Mg alaşımına katkısının mikroyapı ve mekanik özellikler üzerine etkisi incelenmiştir. Büyük yüzey alanı ve sahip oldukları yüksek yüzey enerjileri nedeniyle GNL'ların sıvı metaller içinde homojen olarak dağıtılması güçtür. GNL'ların sıvı alüminyum alaşımına geçişi yarı-katı mekanik karıştırma ile matris içinde dağılımı ise ultrasonik proses ile gerçekleştirilmiştir. Dökülen kompozitlerin yapılan mikroyapı analizleri sonucunda, yüksek yoğunluktaki ultrasonik dalgalar ile GNL'ların aglomerasyonlarının önlenerek matris içinde göreceli olarak homojen dağıldığı ve matris-GNL'lar arasında iyi bir tutunma yüzeyinin elde edildiği gösterilmiştir. Gerçekleştirilen çekme deneylerinde, ağırlıkça %0.25 GNL takviyesinin alaşımın mukavemetini önemli oranda arttırdığı tespit edilmiştir. Mukavemetteki iyileşme ağırlıklı olarak GNL'ların dislokasyonların ilerlemesinde bariyer vazifesi görmesine dayandırılmaktadır. Bu sonuçlar GNL takviyeli yüksek performanslı metal matrisli nanokompozitlerin seri imalata uygun olarak sıvı fazda üretilebilirliklerini göstermektedir

Anahtar Kelime:

Effect of Graphene Nanoplatelets Reinforcement on the Microstructure and Mechanical Properties of AlSi10Mg Alloy

Öz:

In this study, the effect of reinforcement of graphene nanoplatelets (GNPs that consist of a few graphene layers with a thickness of less than 100 nm and have extraordinary mechanical properties) on the microstructure and mechanical properties of AlSi10Mg alloy which is widely used in industry has been investigated. It is challenging to homogeneously disperse GNPs into liquid metals due to their large surface area and high surface energy. The GNPs have been incorporated into the liquid aluminum alloy with semi-solid mechanical mixing and dispersed into the matrix with ultrasonic processing. The microstructural analyses performed on the cast composites show that high intensity ultrasonic waves led to a relatively uniform dispersion of GNPs into the matrix by preventing their agglomeration, and a good bonding surface between the matrix and GNPs was obtained. In the tensile tests, it is seen that the addition of 0.25 wt.% GNPs has significantly increased the strength of alloy. The improvement in the strength is mainly attributed to the fact that GNPs act as barriers to the dislocation movement. The results show that the producibility of high performance GNPs reinforced metal matrix nanocomposites in liquid routes which is suitable for mass production

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

[1] Y. Yang, J. Lan, X. Li, Study on bulk aluminum matrix nano-composite fabricated by ultrasonic dispersion of nano-sized SiC particles in molten aluminum alloy. Materials Science and Engineering A, 380: 1-2 (2004) 378-383.
[2] S. F. Hassan, M. Gupta, Effect of nano-ZrO2 particulates reinforcement on microstructure and mechanical behavior of solidification processed elemental Mg. Journal of Composite Materials, 41: 21 (2007) 2533-2543.
[3] A. Mazahery, H. Abdizadeh, H. R. Baharvandi, Development of high-performance A356/nano-Al2O3 composites. Materials Science and Engineering A, 518: 1-2 (2009) 61-64.
[4] H. Kwon, M. Estili, K. Takagi, T. Miyazaki, A. Kawasaki, Combination of hot extrusion and spark plasma sintering for producing carbon nanotube reinforced aluminum matrix composites. Carbon, 47: 3 (2009) 570-577.
[5] S. Bakshi, D. Lahiri, A. Agarwal, Carbon nanotube reinforced metal matrix composites – A review. International Materials Reviews, 55: 1 (2010) 41-64.
[6] E. Neubauer, M. Kitzmantel, M. Hulman, P. Angerer, Potential and challenges of metal-matrixcomposites reinforced with carbon nanofibers and carbon nanotubes. Composites Science and Technology, 70: 16 (2010) 2228-2236.
[7] A. K. Geim, K. S. Novoselov, The rise of graphene. Nature Materials, 6: (2007) 183-191.
[8] C. Lee, X. Wei, J. W. Kysar, J. Hone, Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene. Science, 321: 5887 (2008) 385-388.
[9] A. A. Balandin, S. Ghosh, W. Bao, I. Calizo, F. Teweldebrhan, F. Miao, C. N. Lau, Superior thermal conductivity of single-layer graphene. Nano Letters, 8: 3 (2008) 902-907.
[10] S. J. Yan, S. L. Dai, X. Y. Zhang, C. Yang, Q. H. Hong, J. Z. Chen, Z. M. Lin, Investigating aluminum alloy reinforced by graphene nanoflakes. Materials Science and Engineering A, 612: 1 (2014) 440-444.
[11] M. Rashad, F. Pan, A. Tang, M. Asif, Effect of graphene nanoplatelets addition on mechanical properties of pure aluminum using a semi-powder method. Progress in Natural Science: Materials International, 24: 2 (2014) 101-108.
[12] L. Chen, H. Konishi, A. Fehrenbacher, C. Ma, J. Xu, H. Choi, H. Xu, F. E. Pfefferkorn, X. Li, Novel nanoprocessing route for bulk graphene nanoplatelets reinforced metal matrix nanocomposites. Scripta Materialia, 67: 1 (2012) 29-32.
[13] S. F. Bartolucci, J. Paras, M. A. Rafiee, J. Rafiee, S. Lee, D. Kapoor, N. Koratkar, Graphenealuminum nanocomposites. Materials Science and Engineering A, 528: 27 (2011) 7933-7937.
[14] J. Wang, Z. Li, G. Fan, H. Pan, Z. Chen, D. Zhang, Reinforcement with graphene nanosheets in aluminum matrix composites. Scripta Materialia, 66: 8 (2012) 594-597.
[15] R. Pérez-Bustamante, D. Bolaños-Morales, J. Bonilla-Martínez, I. Estrada-Guel, R. MartínezSánchez, Microstructural and hardness behavior of graphene-nanoplatelets/aluminum composites synthesized by mechanical alloying. Journal of Alloys and Compounds, 615: (2014) 578-582.
[16] J. L. Li, Y. C. Xiong, X. D. Wang, S. J. Yan, C. Yang, W. W. He, J. Z. Chen, S. Q. Wang, X. Y. Zhang, S. L. Dai, Microstructure and tensile properties of bulk nanostructured aluminum/graphene composites prepared via cryomilling. Materials Science and Engineering A, 626: (2015) 400-405
[17] J. C. Lee, J. Y. Byun, S. B. Park, H. I. Lee, Prediction of Si contents to suppress the formation of Al4C3 in the SiCp/Al composite. Acta Materialia, 46: 5 (1998) 1771-1780.
[18] N. Eustathopoulos, J. C. Joud, P. Desre, J. M. Hicter, The wetting of carbon by aluminium and aluminium alloys. Journal of Materials Science, 9: 8 (1974) 1233-1242.
[19] M. P. De Cicco, L. S. Turng, X. Li, J. H. Perepezko, Nucleation catalysis in aluminum alloy A356 using nanoscale inoculants. Metallurgical and Materials Transactions A, 42: 8 (2011) 2323-2330.
[20] L. Ci, Z. Ryu, N. Y. Jin-Phillipp, M. Rühle, Investigation of the interfacial reaction between multiwalled carbon nanotubes and aluminum. Acta Materialia, 54: 20 (2006) 5367-5375.
[21] K. S. Suslick, Y. Didenko, M. M. Fang, T. Hyeon, K. J. Kolbeck, W. B. McNamara, M. M. Mdleleni, M. Wong, Acoustic cavitation and its chemical consequences. Philosophical Transactions of the Royal Society of London A, 357: 1751 (1999) 335-353.
[22] H. Yan, Z. Huang, H. Qui, Microstructure and mechanical properties of CNTs/A356 nanocomposites fabricated by high-intensity ultrasonic processing. Metallurgical and Materials Transactions A, 48: 2 (2017) 910-918.
[23] Y. L. Li, T. G. Zhou, Achieving Al melt/carbon and Al-Ti melts/carbon interfaces wetting via ultrasonic couple processing. Metallurgical and Materials Transactions A, 44: 7 (2013) 3337-3343.
[24] D. J. Lloyd, Particle reinforced aluminium and magnesium matrix composites. International Materials Reviews, 39: 1 (1994) 1-23.
[25] D. Yoon, Y. W. Son, H. Cheong, Negative thermal expansion coefficient of graphene measured by Raman spectroscopy. Nano Letter, 11: 8 (2011) 3227-3231.

APA	Kandemir S (2018). Grafen Nanolevha Takviyesinin AlSi10Mg Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi. , 177 - 187.
Chicago	Kandemir Sinan Grafen Nanolevha Takviyesinin AlSi10Mg Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi. (2018): 177 - 187.
MLA	Kandemir Sinan Grafen Nanolevha Takviyesinin AlSi10Mg Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi. , 2018, ss.177 - 187.
AMA	Kandemir S Grafen Nanolevha Takviyesinin AlSi10Mg Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi. . 2018; 177 - 187.
Vancouver	Kandemir S Grafen Nanolevha Takviyesinin AlSi10Mg Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi. . 2018; 177 - 187.
IEEE	Kandemir S "Grafen Nanolevha Takviyesinin AlSi10Mg Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi." , ss.177 - 187, 2018.
ISNAD	Kandemir, Sinan. "Grafen Nanolevha Takviyesinin AlSi10Mg Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi". (2018), 177-187.

APA	Kandemir S (2018). Grafen Nanolevha Takviyesinin AlSi10Mg Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 6(1), 177 - 187.
Chicago	Kandemir Sinan Grafen Nanolevha Takviyesinin AlSi10Mg Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji 6, no.1 (2018): 177 - 187.
MLA	Kandemir Sinan Grafen Nanolevha Takviyesinin AlSi10Mg Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, vol.6, no.1, 2018, ss.177 - 187.
AMA	Kandemir S Grafen Nanolevha Takviyesinin AlSi10Mg Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji. 2018; 6(1): 177 - 187.
Vancouver	Kandemir S Grafen Nanolevha Takviyesinin AlSi10Mg Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji. 2018; 6(1): 177 - 187.
IEEE	Kandemir S "Grafen Nanolevha Takviyesinin AlSi10Mg Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi." Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 6, ss.177 - 187, 2018.
ISNAD	Kandemir, Sinan. "Grafen Nanolevha Takviyesinin AlSi10Mg Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi". Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji 6/1 (2018), 177-187.