Mekanik Alaşımlama Yöntemi ile Üretilen Farklı Miktarlarda ZrO2 Takviyeli Al-2Gr Matrisli Kompozit Malzemelerin Aşınma Performanslarının İncelenmesi

Yıl: 2019 Cilt: 6 Sayı: 3 Sayfa Aralığı: 594 - 605 Metin Dili: Türkçe DOI: DOI :10.31202/ecjse.560741 İndeks Tarihi: 18-12-2020

Mekanik Alaşımlama Yöntemi ile Üretilen Farklı Miktarlarda ZrO2 Takviyeli Al-2Gr Matrisli Kompozit Malzemelerin Aşınma Performanslarının İncelenmesi

Öz:
Bu çalışmada, mekanik alaşımlama yöntemi ile Al-2Gr matrise farklı miktarlarda ZrO2 ilave edilerek üretilen kompozit malzemelerin farklı yükler altında aşınma performansı incelenmiştir. Alüminyum matrise hacimce %2 grafit ilave edildikten sonra, 4 farklı miktarda (%3, %6, %9 ve %12) ZrO2 ilave edilmiştir. 60 dakika süre ile mekanik alaşımlanan kompozit tozlar, 700 MPa basınçla soğuk preslenerek ham parçalar üretilmiştir. Üretilen ham parçalar 600 °C sıcaklıkta argon ortamında 2 saat sinterlenmiştir. Sinterlenen ZrO2 takviyeli alüminyum kompozit malzemeler, taramalı elektron mikroskobu, X-ışın kırınımı, mikro sertlik ve yoğunluk ölçümü ile karakterize edilmiştir. Aşınma testleri, ASTM G77 standardına göre blok on ring aşınma test cihazında 3 farklı yük altında (5, 10 ve 20 N), 0,6 ms-1 kayma hızı ve üç farklı (53, 72 ve 94 m) kayma mesafesi kullanılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda, kompozit malzemelerin içerisinde artan ZrO2 miktarı ile sertlik ve yoğunlukları artmaktadır. Aşınma testleri sonucunda, en yüksek ağırlık kaybı, takviyesiz Al-2Gr matris alaşımda elde edilirken, en düşük ağırlık kaybı ise %12 ZrO2 ilaveli kompozit malzemelerde elde edilmiştir. Bununla birlikte artan takviye miktarı ile sürtünme katsayısında ise azalma olduğu görülmüştür.
Anahtar Kelime:

Investigation of Wear Performance of Different Amounts ZrO2Reinforced Al-2Gr Matrix Composite Materials Produced by Mechanical Alloying Method

Öz:
In this study, wear behavior of composite materials produced by adding different amounts of ZrO2 to Al-2Gr matrix by mechanical alloying method was investigated. After adding 2% (vol.) graphite to the aluminum matrix, 4 different amounts (3%, 6%, 9%, and 12%) of ZrO2 were added. The mechanically alloyed composite powders for 60 minutes were cold-pressed under 700 MPa pressure and green parts were produced. The green parts produced were sintered at 600 °C under argon for 120 minutes. The sintered ZrO2 reinforced aluminum composite materials (AMCs) are characterized by the scanning electron microscope, X-ray diffraction, and hardness and density measurements. Wear tests were performed on a standard pin-on-disc wear testing device with three different loads (10-20-30 N) at a sliding speed of 0.6 ms-1 and four different sliding distances (53, 72 and 94 m) according to ASTM G77 standard. As a result of the studies, the microhardness and density increases as the amount of ZrO2 in the composite material increases. As a result of the wear tests, the highest weight loss was obtained in the non-reinforced Al-2Gr matrix alloy, while the lowest weight loss was obtained in 12% ZrO2 reinforced composite materials. However, it was observed that there was a decrease in the friction coefficient with increasing amount of reinforcement.
Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • [1]. Hassan, S.F., Gupta, M., Development of high strength magnesium based composites using elemental nickel particulates as reinforcement, Journal of Materials Science, 2002, 37(12), 2467-2474.
  • [2]. Gökmeşe, H., Bostan, B., AA 2014 alaşımında presleme ve sinterlemenin gözenek morfolojisi ve mikroyapısal özelliklere etkileri, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 2013, 1(1), 1-8.
  • [3]. Girish, K.B., Shobha, B.N., Synthesis and mechanical properties of zirconium nanoreinforced with aluminium alloy matrix composites, Materials Today Proceedings, 2018, 5(1), 3008-3013.
  • [4]. Gupta, M., Lai, M.O., Saravanaranganathan, D., Synthesis, microstructure and properties characterization of disintegrated melt deposited Mg/SiC composites, Journal of Materials Science, 2000, 35(9), 2155-2165.
  • [5]. Yamamoto, T., Sasamoto, H., Inagaki, M., Extrusion of Al based composites. Journal of Materials Science Letters, 2000, 19, 1053-1064.
  • [6]. Chawla, N., Shen, Y.L. Mechanical behavior of particle reinforced metal matrix composites. Advanced Engineering Materials, 2001, 3(6), 357-370.
  • [7]. Bagherzadeh, E.S., Dopita, M., Mütze, T., Peuker, U. A., Morphological and structural studies on Al reinforced by Al2O3 via mechanical alloying, Advanced Powder Technology, 2015, 26(2), 487-493.
  • [8]. Özyürek, D., Tekeli, S., Güral, A., Meyveci, A., Gürü, M., Effect of Al2O3 amount on microstructure and wear properties of Al-Al2O3 metal matrix composites prepared using mechanical alloying method, Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 2010, 49(5-6), 289294.
  • [9]. Girisha, K.B., Chittappa, H.C., Wear performance and hardness property of A356. 1 Aluminium alloy reinforced with zirconium oxide nano particle, International Journal of Engineering Sciences & Research Technology, 2014, 3(6), 725-731.
  • [10]. Wannasin, J., Flemings, M.C., Fabrication of metal matrix composites by a high-pressure centrifugal infiltration process, Journal of Materials Processing Technology, 2005, 169(2), 143-149.
  • [11]. Rajan, T.P.D., Pillai, R.M., Pai, B.C., Reinforcement coatings and interfaces in aluminium metal matrix composites, Journal of Materials Science, 1998, 33(14), 3491-3503.
  • [12]. Hesabi, Z.R., Simchi, A., Reihani, S.S., Structural evolution during mechanical milling of nanometric and micrometric Al2O3 reinforced Al matrix composites, Materials Science and Engineering, A, 2006, 428(1-2), 159-168.
  • [13]. Şimşek, İ., Şimşek, D., Özyürek, D., Production and characterization of Al-SiC composites prepared by mechanical milling and pressureless sintering, BEÜ Fen Bilimleri Dergisi, 2019, 8(1), 227-233.
  • [14]. Ay, H., Özyürek, D., Yıldırım, M., Bostan, B., The effects of B4C amount on hardness and wear behaviours of 7075-B4C composites produced by powder metallurgy method, Acta Physica Polonica, A, 2016, 129(4),565-568.
  • [15]. Arifin, A., Sulong, A.B., Muhamad, N., Syarif, J., Ramli, M.I., Material processing of hydroxyapatite and titanium alloy (HA/Ti) composite as implant materials using powder metallurgy a review, Materials & Design, 2014, 55, 165-175.
  • [16]. Park, S., Vohs, J.M., Gorte, R. J., Direct oxidation of hydrocarbons in a solid-oxide fuel cell, Nature, 2000, 404(6775), 265.
  • [17]. Li, Y., He, D., Cheng, Z., Su, C., Li, J., Zhu, Q., Effect of calcium salts on isosynthesis over ZrO2 catalysts, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2001, 175(1-2), 267-275.
  • [18]. Zhang, Q., Shen, J., Wang, J., Wu, G., Chen, L., Sol-gel derived ZrO2-SiO2 highly reflective coatings, International Journal of Inorganic Materials, 2000, 2(4), 319-323.
  • [19]. Piconi, C., Maccauro, G., Zirconia as a ceramic biomaterial, Biomaterials, 1999, 20(1), 1-25.
  • [20]. Rahaman, M.N., Gross, J.R., Dutton, R.E., Wang, H., Phase stability, sintering, and thermal conductivity of plasma-sprayed ZrO2-Gd2O3 compositions for potential thermal barrier coating applications, Acta Materialia, 2006, 54(6), 1615-1621.
  • [21]. Gao, P., Meng, L.J., Dos Santos, M.P., Teixeira, V., Andritschky, M., Study of ZrO2-Y2O3 films prepared by rf magnetron reactive sputtering, Thin Solid Films, 2000, 377, 32-36.
  • [22]. Ames, W., Alpas, A.T., Wear mechanisms in hybrid composites of graphite-20 Pct SiC in A356 aluminum alloy (Al-7 Pct Si-0.3 Pct Mg), Metallurgical and Materials Transactions A, 1995, 26(1), 85-98.
  • [23]. Kestursatya, M., Kim, J.K., Rohatgi, P.K., Wear performance of copper-graphite composite and a leaded copper alloy, Materials Science and Engineering: A, 2003, 339(1-2), 150-158.
  • [24]. Yang, J. B., Lin, C.B., Wang, T.C., Chu, H.Y., The tribological characteristics of A356, 2Al alloy/Gr (p) composites, Wear, 2004, 257(9-10), 941-952.
  • [25]. Baradeswaran, A., Perumal, A.E., Wear and mechanical characteristics of Al 7075/graphite composites, Composites Part B: Engineering, 2014, 56, 472-476.
  • [26]. Chu, H.S., Liu, K.S., Yeh, J.W., Damping behavior of in situ Al-(graphite, Al4C3) composites produced by reciprocating extrusion, Journal of Materials Research, 2001, 16(5), 1372-1380.
  • [27]. Ramachandra, M., Abhishek, A., Siddeshwar, P., Bharathi, V., Hardness and wear resistance of ZrO2 nano particle reinforced Al nanocomposites produced by powder metallurgy, Procedia Materials Science, 2015, 10, 212-219.
  • [28]. Baghchesara, M.A., Baharvandi, H.R., Abdizadeh, H, Investigation on mechanical properties and surfaces fracture of Al/ZrO2 composite, In International Conference on Smart Materials and Nanotechnology in Engineering (Vol. 6423, p. 642368). International Society for Optics and Photonics, 2008, January.
  • [29]. Mandal, A., Das, K., Das, S., Characterization of microstructure and properties of Al-Al3ZrAl2O3 composite, Bulletin of Materials Science, 2016, 39(4), 913-924.
  • [30]. Aksöz S., Özdemir A.T., Bostan B., AA2014 alüminyum alaşım tozlarının karbon ile sentezlenmesi ve özelliklerinin belirlenmesi, J. Fac. Eng. Archit. Gaz., 27 (1), 109-115, 2012.
  • [31]. Arik, H., Production and characterization of in situ Al4C3 reinforced aluminum-based composite produced by mechanical alloying technique, Materials & Design, 2004, 25(1), 3140
  • [32]. Şimşek, İ., Yıldırım, M., Özyürek, D., Şimşek, D., Basınçsız infiltrasyon yöntemiyle üretilen SiO2 takviyeli alüminyum kompozitlerin aşınma davranışlarının incelenmesi, Politeknik Dergisi, 2019, 22(1), 81-85.
  • [33]. Alpas, A.T., Zhang, J., Effect of SiC particulate reinforcement on the dry sliding wear of aluminium-silicon alloys (A356), Wear, 1992, 155(1), 83-104.
  • [34]. Özyürek, D., Kalyon, A., Yıldırım, M., Tuncay, T., Ciftci, I., Experimental investigation and prediction of wear properties of Al/SiC metal matrix composites produced by thixomoulding method using artificial neural networks, Materials & Design, 2014, 63, 270-277.
  • [35]. Ghandvar, H., Farahany, S., Idris, M. H., Daroonparvar, M., Dry sliding wear behavior of A356-ZrO2 metal matrix composite, In Advanced Materials Research (Vol. 1125, pp. 116120). Trans Tech Publications, 2015.
  • [36]. Dursun, Ö., Tansel, T., Hatice, E., İbrahim, Ç., Synthesis, characterization and dry sliding wear behavior of in-situ formed TiAl3 precipitate reinforced A356 alloy produced by mechanical alloying method, Materials Research, 2015, 18(4), 813-820.
  • [37]. Ravindran, P., Manisekar, K., Kumar, S.V., Rathika, P, Investigation of microstructure and mechanical properties of aluminum hybrid nano-composites with the additions of solid lubricant, Materials & Design, 2013, 51, 448-456.
  • [38]. Omrani, E., Moghadam, A.D., Menezes, P.L., Rohatgi, P.K., Influences of graphite reinforcement on the tribological properties of self-lubricating aluminum matrix composites for green tribology, sustainability, and energy efficiency-a review, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2016, 83(1-4), 325-346.
APA Şimşek İ (2019). Mekanik Alaşımlama Yöntemi ile Üretilen Farklı Miktarlarda ZrO2 Takviyeli Al-2Gr Matrisli Kompozit Malzemelerin Aşınma Performanslarının İncelenmesi. , 594 - 605. DOI :10.31202/ecjse.560741
Chicago Şimşek İjlal Mekanik Alaşımlama Yöntemi ile Üretilen Farklı Miktarlarda ZrO2 Takviyeli Al-2Gr Matrisli Kompozit Malzemelerin Aşınma Performanslarının İncelenmesi. (2019): 594 - 605. DOI :10.31202/ecjse.560741
MLA Şimşek İjlal Mekanik Alaşımlama Yöntemi ile Üretilen Farklı Miktarlarda ZrO2 Takviyeli Al-2Gr Matrisli Kompozit Malzemelerin Aşınma Performanslarının İncelenmesi. , 2019, ss.594 - 605. DOI :10.31202/ecjse.560741
AMA Şimşek İ Mekanik Alaşımlama Yöntemi ile Üretilen Farklı Miktarlarda ZrO2 Takviyeli Al-2Gr Matrisli Kompozit Malzemelerin Aşınma Performanslarının İncelenmesi. . 2019; 594 - 605. DOI :10.31202/ecjse.560741
Vancouver Şimşek İ Mekanik Alaşımlama Yöntemi ile Üretilen Farklı Miktarlarda ZrO2 Takviyeli Al-2Gr Matrisli Kompozit Malzemelerin Aşınma Performanslarının İncelenmesi. . 2019; 594 - 605. DOI :10.31202/ecjse.560741
IEEE Şimşek İ "Mekanik Alaşımlama Yöntemi ile Üretilen Farklı Miktarlarda ZrO2 Takviyeli Al-2Gr Matrisli Kompozit Malzemelerin Aşınma Performanslarının İncelenmesi." , ss.594 - 605, 2019. DOI :10.31202/ecjse.560741
ISNAD Şimşek, İjlal. "Mekanik Alaşımlama Yöntemi ile Üretilen Farklı Miktarlarda ZrO2 Takviyeli Al-2Gr Matrisli Kompozit Malzemelerin Aşınma Performanslarının İncelenmesi". (2019), 594-605. https://doi.org/DOI :10.31202/ecjse.560741
APA Şimşek İ (2019). Mekanik Alaşımlama Yöntemi ile Üretilen Farklı Miktarlarda ZrO2 Takviyeli Al-2Gr Matrisli Kompozit Malzemelerin Aşınma Performanslarının İncelenmesi. El-Cezerî Journal of Science and Engineering, 6(3), 594 - 605. DOI :10.31202/ecjse.560741
Chicago Şimşek İjlal Mekanik Alaşımlama Yöntemi ile Üretilen Farklı Miktarlarda ZrO2 Takviyeli Al-2Gr Matrisli Kompozit Malzemelerin Aşınma Performanslarının İncelenmesi. El-Cezerî Journal of Science and Engineering 6, no.3 (2019): 594 - 605. DOI :10.31202/ecjse.560741
MLA Şimşek İjlal Mekanik Alaşımlama Yöntemi ile Üretilen Farklı Miktarlarda ZrO2 Takviyeli Al-2Gr Matrisli Kompozit Malzemelerin Aşınma Performanslarının İncelenmesi. El-Cezerî Journal of Science and Engineering, vol.6, no.3, 2019, ss.594 - 605. DOI :10.31202/ecjse.560741
AMA Şimşek İ Mekanik Alaşımlama Yöntemi ile Üretilen Farklı Miktarlarda ZrO2 Takviyeli Al-2Gr Matrisli Kompozit Malzemelerin Aşınma Performanslarının İncelenmesi. El-Cezerî Journal of Science and Engineering. 2019; 6(3): 594 - 605. DOI :10.31202/ecjse.560741
Vancouver Şimşek İ Mekanik Alaşımlama Yöntemi ile Üretilen Farklı Miktarlarda ZrO2 Takviyeli Al-2Gr Matrisli Kompozit Malzemelerin Aşınma Performanslarının İncelenmesi. El-Cezerî Journal of Science and Engineering. 2019; 6(3): 594 - 605. DOI :10.31202/ecjse.560741
IEEE Şimşek İ "Mekanik Alaşımlama Yöntemi ile Üretilen Farklı Miktarlarda ZrO2 Takviyeli Al-2Gr Matrisli Kompozit Malzemelerin Aşınma Performanslarının İncelenmesi." El-Cezerî Journal of Science and Engineering, 6, ss.594 - 605, 2019. DOI :10.31202/ecjse.560741
ISNAD Şimşek, İjlal. "Mekanik Alaşımlama Yöntemi ile Üretilen Farklı Miktarlarda ZrO2 Takviyeli Al-2Gr Matrisli Kompozit Malzemelerin Aşınma Performanslarının İncelenmesi". El-Cezerî Journal of Science and Engineering 6/3 (2019), 594-605. https://doi.org/DOI :10.31202/ecjse.560741