Ark oluşturma yöntemiyle alüminyum nano partiküllerin sentezlenmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Metalik tozların 1 µm' den daha küçük olanları genel olarak iletişim, uzay araştırmaları, otomotiv, elektrik-elektronik, biyoloji, genetik mühendisliği ve savunma endüstrisinde kullanılmaktadır. Tozların partikül boyutu küçüldükçe, elde edilen malzemelerinin dayanımı, sertliği ve aktif yüzey alanı artmaktadır. Bu yüzden, yüksek teknoloji malzemeleri içerisinde en çok ilgi gören grup nano boyuttaki metalik tozlardır. Son yıllarda, mikron altı tozları üretmek için tellerin patlaması, plazma ve sıvı kimyasallar yöntemleri gibi birçok yeni teknoloji geliştirilmiştir. Buna rağmen bu prosesler karışık ve maliyet dezavantajları nedeniyle yüksek oranda nanopartikül üretiminde kullanılmamaktadır. Şu anda, alüminyum tozlar metalurji, kimya, boya ve pigment endüstrisinde kullanılmaktadır. Ancak ultra ince alüminyum tozların, uzay bilimi, patlayıcılar, termal spreyler, toz metalurjisi gibi uzman kullanım alanları vardır. Toz metalurjisi ile üretilen ürünlerde (hafif yapılı parçalar, içten yanmalı motorlar) alüminyum alaşımlarının kullanımında bir artış vardır. Otomotiv endüstrisinde araçların ağırlıklarını azaltmak için kullanılmaktadır. Toz metalurjisi ile elde edilen Al esaslı parçaların mekanik performansını arttırmak için nanoyapıya sahip olması gerekmektedir. Ancak, bu nanoyapıyı, geleneksel gaz atomizasyonu yöntemiyle elde etmek (ortalama boyutu 1µm) zordur. Son zamanlarda, nano alüminyum tozların üretimi ile ilgili geliştirilmekte olan birçok proses bulunmaktadır. Bu çalışmada, metal üzerinde plazma fazı üreten elektrik ark methodu geliştirilmiştir. Bu ark prosesi, ortalama sabit bir akım ve elektrotlar arasındaki mesafeyi otomatik ayarlayan bir kontrol sistemi ile gerçekleşmektedir. Partiküller ark plazması sonucu yer çekimi kuvveti ile soğutma sıvısı içerisinde toplanmaktadır. Elektrik ark deşarjı tekniğiyle farklı ortam (saf su, etilenglikol) ve akımlarda (40-100 A) ortalama partikül boyut aralığı 51-155 nm olan alüminyum nano tozlar sentezlenmiştir. Sentezlenen partiküller, malzeme özellikleri ve üretim parametreleri arasındaki ilişkiyi anlamak için TEM, SEM, XRD, TG/DTA ve Zeta-sizer' da karakterize edilmiştir.