Akımsız nikel kaplanmış mikro kafes yapıların mekanik özelliklerinin incelenmesi

GÜMRÜK, Recep; Uşun, Altuğ

doi:10.17341/gazimmfd.586438

Akımsız nikel kaplanmış mikro kafes yapıların mekanik özelliklerinin incelenmesi

Recep GÜMRÜK, (Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Trabzon, Türkiye)

Altuğ UŞUN (Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Trabzon, Türkiye)

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi

2 0

Yıl: 2020 Cilt: 35 Sayı: 4 Sayfa Aralığı: 1783 - 1798 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.586438 İndeks Tarihi: 13-01-2021

Akımsız nikel kaplanmış mikro kafes yapıların mekanik özelliklerinin incelenmesi

Öz:

Bu çalışmada, akımsız nikel ile kaplanan mikro kafes yapıların mekanik özellikleri hem deneysel hem desonlu elemanlar yöntemi kullanılarak parametrik olarak incelenmiştir. Kullanılan mikro kafes yapılar, seçicilazer ergitme (SLM) yöntemi ile yaklaşık 200 µm çapında mikro tellerden oluşan, 316L paslanmaz çelikmalzemeden hacim merkezli kübik (BCC) yapı şeklinde üretilmiştir. Uygulanan akımsız nikel kaplamayöntemi ile yaklaşık olarak 17 µm kaplama kalınlığı elde edilmiş ve gerçekleştirilen basma testleri sonucundamikro kafes yapıların spesifik elastisite modüllerinde yaklaşık %50 ve spesifik mukavemetlerinde ise %75artış elde edilmiştir. Kaplama kalınlığının ve hücre boyutunun mikro kafes yapıların mekanik performanslarıüzerine etkileri sonlu elemanlar analizleri ile parametrik olarak incelenmiştir. Sonlu elemanlar yöntemindekaplama için gerekli malzeme parametreleri nano-indentasyon testleri kullanılarak özgün olarak geliştirilentersine sonlu elemanlar algoritması ile elde edilmiştir. Yapılan çalışmalar gösterdi ki; kaplanmış mikrokafeslerin mekanik özelliklerinin iyileştirilmesinde kaplama malzemesinin mekanik ve hasar özellikleri çokciddi bir etkiye sahiptir. Sonuç olarak kaplama malzemesinin spesifik mukavemeti ve sünekliği ne kadaryüksek ise paslanmaz çelik mikro kafes yapıların spesifik mekanik özelliklerinin o derecede iyileşmegöstereceği belirlenmiştir.

Anahtar Kelime:

Investigation of mechanical properties of electroless nickel plated micro-lattice structures

Öz:

In this study, mechanical properties of electroless nickel coated micro lattice structures were parametrically studied with both experimental and finite element methods. The micro lattice structures are produced of micro struts with a diameter of approximately 200 µm by selective laser melting (SLM) and are made of 316L stainless steel in the form of body centered cubic (BCC) structure. With electroless nickel coating method, a coating thickness of 17 µm was obtained and as a result, compression tests showed a 50% increase in specific elasticity modules and a 75% increase in specific strength for micro lattice structures. The effects of coating thickness and cell size on the mechanical performance of micro lattice structures were investigated by finite element method. Material parameters required for finite element method were obtained by using nanoindentation tests on the coating and reverse finite element algorithms. Studies showed that; The mechanical and failure properties of the coating material have a significant effect on improving the mechanical properties of the coated micro lattices. As a result, it was determined that, with higher the specific strength and ductility of the coating material, higher mechanical properties of the stainless-steel micro lattice structures can be achieved.

Anahtar Kelime:

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

1. Xiong J., Mines R., Ghosh R., Vaziri A., Ma L., Ohrndorf A., ... & Wu L., Advanced micro‐lattice materials, Adv. Eng. Mater., 17 (9), 1253-1264, 2015.
2. Rashed M. G., Ashraf M., Mines R. A. W., Hazell P. J., Metallic microlattice materials: A current state of the art on manufacturing, mechanical properties and applications, Materials & Design, 95, 518-533, 2016.
3. Ushijima K., Cantwell W. J., Mines R. A. W., Tsopanos S., Smith M., An investigation into the compressive properties of stainless steel micro-lattice structures, Journal of Sandwich Structures & Materials, 13 (3), 303-329, 2011.
4. Gümrük R., & Mines R. A. W., Compressive behaviour of stainless steel micro-lattice structures, International Journal of Mechanical Sciences, 68, 125-139, 2013.
5. Gümrük R., Mines R. A. W., & Karadeniz S., Static mechanical behaviours of stainless steel micro-lattice structures under different loading conditions, Mater. Sci. Eng. A, 586, 392-406. 2013.
6. Ozdemir Z., Hernandez-Nava E., Tyas A., Warren J. A., Fay S. D., Goodall R., ... Askes H., Energy absorption in lattice structures in dynamics: Experiments, International Journal of Impact Engineering, 89, 49-61, 2016.
7. Schaedler T. A., Jacobsen A. J., Torrents A., Sorensen A. E., Lian J., Greer J. R., ... Carter W. B., Ultralight metallic microlattices, Science, 334 (6058), 962-965, 2011.
8. Schaedler T. A., Ro C. J., Sorensen A. E., Eckel Z., Yang S. S., Carter W. B., Jacobse A. J., Designing metallic microlattices for energy absorber applications, Adv. Eng. Mater., 16 (3), 276-283, 2014.
9. Bouwhuis B. A., Ronis T., McCrea J. L., Palumbo G., Hibbard G. D., Structural nanocrystalline Ni coatings on periodic cellular steel, Composites Science and Technology, 69 (3-4), 385-390, 2009.
10. Sudagar J., Lian J., Sha W., Electroless nickel, alloy, composite and nano coatings–A critical review, J. Alloys Compd., 571, 183-204, 2013.
11. Matik U., Improvement of surface properties of iron based powder metal compacts by electroless NiB coating,, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 33 (4), 1603-1610, 2018.
12. Tsopanos S., Mines R. A. W., McKown S., Shen Y., Cantwell W. J., Brooks W., Sutcliffe C. J., The influence of processing parameters on the mechanical properties of selectively laser melted stainless steel microlattice structures, Journal of Manufacturing Science and Engineering, 132 (4), 041011, 2010.
13. Oliver W. C., Pharr G. M., An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments, J. Mater. Res., 7(6) , 1564-1583, 1992.
14. Liu R., Li X., Wang H., Ding G., Yang C., Yang Z., A new method for the micro-tensile testing of thin film. In Nano/Micro Engineered and Molecular Systems, 2008. NEMS 2008. 3rd IEEE International Conference on. IEEE, 112-115, January 2008.
15. Read D. T., Dally J. W., A new method for measuring the strength and ductility of thin films, J. Mater. Res., 8 (7), 1542-1549, 1993.
16. Dehm G., Wörgötter H. P., Cazottes S., Purswani J. M., Gall D., Mitterer C., Kiener, D., Can micro-compression testing provide stress–strain data for thin films?: A comparative study using Cu, VN, TiN and W coatings, Thin Solid Films, 518 (5), 1517-1521, 2009.
17. Jeong H. J., Lim N. S., Lee B. H., Park C. G., Lee S., Kang S. H., Lee H. W., Kim H. S., Local and Global Stress–Strain Behaviors of Transformation-Induced Plasticity Steel Using the Combined Nanoindentation and Finite Element Analysis Method, Metall. Mater. Trans. A, 45 (13), 6008–6015, 2014.
18. Bouzakis, K. D., Michailidis, N., An accurate and fast approach for determining materials stress–strain curves by nanoindentation and its FEM-based simulation, Mater. Charact., 56 (2), 147-157, 2006.
19. Li Y., Stevens P., Sun M., Zhang C., Wang, W., Improvement of predicting mechanical properties from spherical indentation test, International Journal of Mechanical Sciences, 117, 182-196, 2016.
20. De Bono D. M., Inverse Analysis and Microstructure Effects in Nanoindentation Testing, Doktora Tezi, University of Surrey, United Kingdom, 2017.
21. Billur E., Çetin B., Music O., Şimşir C., Davut K., A potential solution to mystical materials in indentation test, International Conference on the Technology of Plasticity, Cambridge, United Kingdom, 1952-1957, 2017
22. Poon B., Rittel D., Ravichandran G., An analysis of nanoindentation in linearly elastic solids, International Journal of Solids and Structures, 45 (24), 6018-6033, 2008.
23. De Bono D. M., London T., Baker M., Whiting M. J., A robust inverse analysis method to estimate the local tensile properties of heterogeneous materials from nanoindentation data, International Journal of Mechanical Sciences, 123, 162–176, 2017.
24. Gümrük R., Uşun A., Mines R., Enhancement of the mechanical performance of stainless-steel micro lattice structures using electroless plated nickel coatings, Proceedings, 2 (8), 494, 2018.

APA	GÜMRÜK R, Uşun A (2020). Akımsız nikel kaplanmış mikro kafes yapıların mekanik özelliklerinin incelenmesi. , 1783 - 1798. 10.17341/gazimmfd.586438
Chicago	GÜMRÜK Recep,Uşun Altuğ Akımsız nikel kaplanmış mikro kafes yapıların mekanik özelliklerinin incelenmesi. (2020): 1783 - 1798. 10.17341/gazimmfd.586438
MLA	GÜMRÜK Recep,Uşun Altuğ Akımsız nikel kaplanmış mikro kafes yapıların mekanik özelliklerinin incelenmesi. , 2020, ss.1783 - 1798. 10.17341/gazimmfd.586438
AMA	GÜMRÜK R,Uşun A Akımsız nikel kaplanmış mikro kafes yapıların mekanik özelliklerinin incelenmesi. . 2020; 1783 - 1798. 10.17341/gazimmfd.586438
Vancouver	GÜMRÜK R,Uşun A Akımsız nikel kaplanmış mikro kafes yapıların mekanik özelliklerinin incelenmesi. . 2020; 1783 - 1798. 10.17341/gazimmfd.586438
IEEE	GÜMRÜK R,Uşun A "Akımsız nikel kaplanmış mikro kafes yapıların mekanik özelliklerinin incelenmesi." , ss.1783 - 1798, 2020. 10.17341/gazimmfd.586438
ISNAD	GÜMRÜK, Recep - Uşun, Altuğ. "Akımsız nikel kaplanmış mikro kafes yapıların mekanik özelliklerinin incelenmesi". (2020), 1783-1798. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.586438

APA	GÜMRÜK R, Uşun A (2020). Akımsız nikel kaplanmış mikro kafes yapıların mekanik özelliklerinin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 35(4), 1783 - 1798. 10.17341/gazimmfd.586438
Chicago	GÜMRÜK Recep,Uşun Altuğ Akımsız nikel kaplanmış mikro kafes yapıların mekanik özelliklerinin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 35, no.4 (2020): 1783 - 1798. 10.17341/gazimmfd.586438
MLA	GÜMRÜK Recep,Uşun Altuğ Akımsız nikel kaplanmış mikro kafes yapıların mekanik özelliklerinin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.35, no.4, 2020, ss.1783 - 1798. 10.17341/gazimmfd.586438
AMA	GÜMRÜK R,Uşun A Akımsız nikel kaplanmış mikro kafes yapıların mekanik özelliklerinin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2020; 35(4): 1783 - 1798. 10.17341/gazimmfd.586438
Vancouver	GÜMRÜK R,Uşun A Akımsız nikel kaplanmış mikro kafes yapıların mekanik özelliklerinin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2020; 35(4): 1783 - 1798. 10.17341/gazimmfd.586438
IEEE	GÜMRÜK R,Uşun A "Akımsız nikel kaplanmış mikro kafes yapıların mekanik özelliklerinin incelenmesi." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 35, ss.1783 - 1798, 2020. 10.17341/gazimmfd.586438
ISNAD	GÜMRÜK, Recep - Uşun, Altuğ. "Akımsız nikel kaplanmış mikro kafes yapıların mekanik özelliklerinin incelenmesi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 35/4 (2020), 1783-1798. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.586438