Toz Metalurjisi (Tm) İle Üretilen Titanyum Karbür Takviyeli Bakır Kompozitlerin Fiziksel Ve Mekaniksel Özelliklerinin Araştırılması

Abstract

Bakır, insanlar tarafından kullanılan ilk metal, çağlar boyunca kullanım açısından da demirden sonra gelen ikinci metaldir. Tarih öncesi dönemde bulunmuştur ve yaklaşık M.Ö.5000’den daha önceki dönemlerde kullanılmaya başlandığı düşünülmektedir. Kimyasal simgesi “Cu” olan kırmızımsı renkli, ince tel ve levha haline getirilebilen bakırın günümüze kadar en önemli mühendislik malzemeleri olarak kalmasının sebepleri; yüksek korozyon dayanımları, mükemmel elektrik ve ısıl iletkenlikleri, cazip görünüşleri, yüksek süneklikleri ve şekillendirme kolaylıklarıdır. Saf bakır elektrik akımının iletiminde kablolar, teller, elektrik kontakları ve diğer elektrik işleri ile ilgili yerlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bakır ve bazı alaşımları otomobil radyatörü, ısı eşanjörleri, ev ısıtma sistemleri, güneş enerjisi emilimi için panel ve ısının metalin bir noktasından başka bir noktasına hızlı bir şekilde iletimi için gerekli olan uygulamalarda kullanılmaktadır.

Bakırın yüksek elektriksel, ısıl iletkenlik ve iyi bir korozyon direncine rağmen düşük sertlik, akma dayanımı ve sürünme dayanımı gibi özellikleri bakırın kullanım alanını sınırlandırmaktadır. Saf bakır 400 W/m.K mertebesinde ısıl iletkenliği, 390 MPa mertebesinde akma mukavemeti ve 490 MPa mertebesinde çekme mukavemeti olan bir malzemedir. Zira saf bakır, soğuk şekil verilerek sertleştirilse bile, 500 °C’ye yakın sıcaklıklarda yeniden kristalleşmekte ve dolayısı ile mukavemetini çabucak kaybetmektedir. Alaşımlandırma yoluyla iyi elektriksel iletkenliğe sahip hem de yüksek mukavemete sahip bakır üretilebilmektedir. Fakat elektrik iletkenliğinin çok düşmesi istenmediği için, saf bakıra ilave edilecek alaşım elementleri ancak % 2 mertebesinde olmaktadır. Bu katılan alaşım elementleri (Cr veya Zr) çökelme sertleşmesi ile bakıra yüksek bir sertlik değeri kazandırmasına rağmen yüksek sıcaklıklarda bakır içerisinde hızlıca çözülerek özelliklerini yitirmektedirler. Bu sorunun üstesinden gelmek amacıyla bakıra karbür, oksit ve seramik partiküller ilave edilerek bakır kompozitler üretilmektedir. Bakırın elektriksel ve ısıl iletkenliği ile takviye elemanının yüksek sıcaklıklarda mükemmel mekanik aşınma ve erozif aşınma özellikleri bakır kompozitlerin özelliklerini oluşturmaktadır. Genellikle takviye eleman olarak WC, SiC ve Al2O3 kullanılmaktadır.

Bu çalışmada, titanyum karbür (TiC) takviyeli bakır (Cu) esaslı metal matrisli kompozitler (MMK) toz metalurjisi (TM) tekniği ile üretilecektir. Farklı oranlarda (% ağırlıkça) TiC partiküller bakır içerisine ilave edilerek sıcak presleme makinesinde preslenecektir. Bu şekilde hem presleme işlemi hem de sinterleme işlemi aynı anda yapılacaktır. Cu-TiC kompozitlerin üretimi 700-900 °C sinterleme sıcaklığı ve 3-5 dakika sinterleme zamanı kullanılarak gerçekleştirilecektir. Üretilen Cu-TiC kompozitlerin mikroyapı ve faz bileşimi incelemesi optik mikroskop (OM), taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ışın difraktogramı (XRD), X ışını enerji dağılım spektrometresi (EDS) ile yapılacaktır. Kompozitlerin bağıl yoğunlukları Archimedes prensibine göre tespit edilecektir. Kompozitlerin sertlikleri sertlik ölçme cihazı ile 62.5 kg yük altında ve 2.5 mm çaplı bilye kullanılarak brinell olarak ölçülecektir. Kompozitlerin eğme mukavemeti üç noktalı eğme testi ile tespit edilecektir. TiC takviyeli bakır matrisli kompozitlerin aşınma davranışları ball-on-disk aşınma düzeneği ile test edilecektir. Anahtar Kelimeler: Cu-TiC kompozitler; toz metalurjisi; sıcak presleme; sinterleme; elektrik iletkenliği; aşınma