Uçucu kül içeren alüminyum matrisli kompozit üretimi, özellikleri ve mikroyapı karakterizasyonu

Abstract

Son yıllarda, partikül takviyeli metal matrisli kompozitlere (MMK), özelliklede alüminyum alaşım matrisli olanlara ilgi gösterilmiştir. Bu ilginin sebebi, kaçınılmaz olarak oluşan darbe dayanımı ve kırılma tokluğunun azalmasına rağmen, seramik partiküllerin alüminyum alaşımlara katılmasıyla, elastisite modülünde (rij itlik), akma dayanımında, çekme dayanımında, aşınma dayanımında ve sertliğinde, hacimsel takviye oranlarına (Vf) bağlı olarak belirgin artışların sağlanmasıdır. Ayrıca ısıl iletkenlik ve ısıl genleşme değerleri de uygun olabilmektedir. Ancak çok iyi mekanik ve fiziksel özelliklere sahip kompozit malzeme üretimi, uygulanan üretim yöntemine ve kullanılan takviye (pekiştirici) malzemesine bağlı olarak yüksek maliyet ve üretim teknolojisi gerektirir. Kompozit üretimindeki sınırlayıcı bu faktörlerin elimine edilmesi amacı ile daha ucuz takviye elemanlarının ve üretim yöntemlerinin uygulanması ihtiyacı doğmuştur. Bu çalışmamızda, kompozit malzeme üretim maliyetlerinin düşürülebilmesi ve termik santrallerin atık malzemesi olan düşük maliyetli uçucu küllerin değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda ETİAL 171 (A360) ve ETİAL 120 (443) matris malzemesi olarak seçilen alüminyum alaşımlarına %5, %10, %15 ve %20 hacim oranlarda Tunçbilek ve Yatağan termik santrallerinden sağlanan uçucu kül ilavesiyle AMK malzemelerin üretimi gerçekleştirilmiştir. AMK malzemelerin üretiminde karıştırma (stir-mix) yöntemi uygulanmıştır. Deneyler 750, 850, 950 °C ergime sıcaklıklarında ve 400, 560,750 d/dak. karıştırma devir sayılarında, özel olarak tasarımı yapılan seramik kaplı karıştırıcı (mikser) kullanılarak yapılmıştır. Karıştırma ve döküm sıcaklığı, karıştırma hızı, mikser geometrisi gibi parametrelerin çok sınırlı bir aralıkta değişebilmesi, karıştırma safhasındaki oksidasyon meyli ve homojen partikül dağılımındaki güçlükler, üretimin sınırlayıcı etkenleri olarak sayılabilir. Ancak bu kısıtlayıcı engellerin giderilmesi ile ilgili öneriler, tezin bilgi akışı içinde sunulmuştur. Uygulanan üretim yöntemi ile alüminyum alaşım matrise, uçucu kül takviyesinin maksimum %20 (hacimsel) ile sınırlı olduğu gözlenmiştir. Bu oranın üzerindeki uçucu kül takviyelerinde, ıslatma kabiliyetinin hızla düştüğü ve akıcılığın kaybolduğu görülmüştür. Üretimi tamamlanan kompozit numunelerin mekanik ve fiziksel özelliklerinin tespiti amacı ile çekme, eğme, elastik modül, darbe, yoğunluk, sertlik, aşınma, testleri ile optik ve elektron mikroskobik mikro yapı ve kırılma yüzey incelemeleri yapılmıştır. Deney sonuçlarında optimum değerler, 850 °C karıştırma sıcaklığında, 560 d/dak karıştırma devir sayısı koşullarında elde edilmiştir. Yapılan testler sonucunda hacimsel %15 takviye oranlarına kadar aşınma, çekme, eğme dayanımı, elastiklik modülü değerlerinde artış, kopma uzaması ve darbe dayanımında, hacimsel takviye oranlarının artması ile azalma görülmüştür. Böyle bir uygulama ile, özellikle büyük miktarlardaki ticari amaçlı kompozit üretiminde, uçucu kül takviyesi (dolgusu) ile alüminyum alaşım sarfiyatında, hacimsel takviye oranlarına bağlı olarak tasarruf sağlanabilecek ve atık bir malzeme olan uçucu küller, ucuz bir takviye elemanı olarak değerlendirilebilecektir.