Partikül takviyeli alüminyum matrisli kompozit malzemelerin difüzyonla birleştirilmesi

Abstract

Günümüzde alüminyum metal matrisli kompozitlerin kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Bu malzemelere olan ilgi, ikincil proseslerden biri olan birleştirme yöntemlerinin araştırılmasını ve geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Alüminyum matrisli kompozitlerin konvansiyonel ergitme kaynağı yöntemleri ile birleştirilmesinde karşılaşılan çeşitli sorunlar nedeni ile difüzyon ile birleştirilmelerine olan ilgi giderek artmaktadır. Difüzyonla birleştirme, sıcaklık, süre ve basıncın etkisi ile birleştirilecek malzemeler arasında difüzyon sonucunda gerçekleşen bir katı hal birleştirme yöntemidir.Bu çalışmada SiC partikül takviyeli alüminyum matrisli kompozitlerin konvansiyonel alüminyum alaşımları ile difüzyonla birleştirilmesi amaçlanmıştır. Birleştirme deneyleri öncesinde, difüzyonla birleştirme işlemlerinin gerçekleştirileceği deney cihazı ve kesme testlerinde kullanılmak üzere özel bir kesme aparatı tasarlanmış ve imal ettirilmiştir. Difüzyonla birleştirme deneylerinde %17 hacim oranında SiC takviyeli alüminyum matrisli kompozit (2124/SiC/17p) ve 380 alüminyum basınçlı döküm alaşımı kullanılmıştır. Difüzyonla birleştirme deneylerinde direkt ve ara tabakalı birleştirmeler olmak üzere iki farklı yöntem kullanılmıştır. Direkt difüzyonla birleştirme deneyleri vakum atmosfer altında 3 MPa basınç değerinde, 520, 540 ve 560°C olmak üzere 3 farklı sıcaklık değerinde, 30?60?90 dakika sürede gerçekleştirilmiştir. Aratabakalı birleştirmeler Ni ve Cu aratabaka malzemeleri kullanılarak 540°C sıcaklık değerinde 60 ve 90 dakika sürede sırasıyla 3 MPa ve 0,2 MPa basınç değerinde gerçekleştirilmiştir. Difüzyonla birleştirilen 2124/SiC/17p?380 Al malzeme çifti makroskobik incelemeye tabi tutulmuş, birleştirme kalitesini belirlemek amacıyla birleşme bölgesinin incelenmesinde ışık metal mikroskobu ve taramalı elektron mikroskobu kullanılmıştır. Ara tabaka ile birleştirilen numunelerin arayüzeylerinde oluşan difüzyon tabakaları EDS ve XRD yöntemleri ile incelenmiştir. Vickers mikrosertlik ölçümleri ile birleşme ara yüzeylerinin sertlik profilleri çıkartılmıştır. Farklı deney şartlarında difüzyonla birleştirilen 2124/SiC/17p?380 Al malzeme çiftinin birleşme dayanımı kesme testi ile belirlenmiştir. Direkt birleştirme deneylerinde 560°C sıcaklık değerinde 90 dakika sürede birleştirilen malzeme çiftinde 93 MPa kesme dayanımına ulaşılmıştır. Cu ara tabaka kullanımı Ni aratabaka kullanılan deneylere göre daha iyi sonuç vermiştir. Ara tabaka kullanılarak gerçekleştirilen difüzyonla birleştirme deneylerinde en yüksek kesme dayanımı değerine (87 MPa) 540°C sıcaklık değerinde 90 dakika sürede Cu aratabaka kullanımı ile ulaşılmıştır.Direkt ve ara tabaka kullanılarak gerçekleştirilen difüzyonla birleştirme deneylerinde en yüksek kesme dayanımının elde edildiği numune çiftleri ayrıca çekme testine tabi tutulmuştur. 560 °C sıcaklık değerinde 3 MPa basınç 90 dakika sürede direkt olarak birleştirilen malzeme çiftinin çekme dayanımı 53 MPa, 540°C sıcaklık değerinde 0,2 MPa basınç ve 90 dakika sürede Cu ara tabaka kullanılarak birleştirilen malzeme çiftinin çekme dayanımı ise 49 MPa olarak bulunmuştur.Gerçekleştirilen deneyler, 2124/SiC/17p?380 Al malzeme çiftinin direkt difüzyonla birleştirme yöntemi ile elde edilen dayanım değerlerine yakın ya da daha yüksek değerlere Cu ara tabaka kullanılarak daha düşük işlem sıcaklığında ve basıncında daha az deformasyon ile ulaşılabileceğini göstermiştir.