Toz metalurjisi yöntemi ile üretilen titanyum esaslı malzemenin mikroyapı ve mekanik özelliklerinin araştırılması

Abstract

Son yıllarda toz metalürjisi yöntemi ile üretilen titanyum-bakır esaslı malzemeler gelişmiş mekanik özellikler ve biyouyumluluk sergileme potansiyelleri nedeniyle önemli bir popüleriteye sahiptir. Bu tez çalışmasında Ti-Cu esaslı alaşımlar hem reaktif ergiyik infiltrasyon hem de sıvı faz sinterleme tekniklerinin eş zamanlı uygulanmasıyla üretilmiştir. Reaktif ergiyik infiltrasyon tekniğini uygulamak için titanyum içerisine gözenek oluşturucu malzeme olarak ağırlıkça %10, %15 ve %20 oranlarında stearik asit ilavesi yapılmıştır. Reaktif ergiyik emdirme tekniğiyle üretilen malzeme tabakasının esas malzemeye uyumunu sağlamak için, bu tabakanın alt kısmına titanyum içerisine ağırlıkça %10, %15 ve %20 bakır ilavesi yapılmıştır. Daha sonra reaktif ergiyik infiltrasyon yapılacak tabakanın üstüne bakır tozu konularak soğuk preste tabakalı olarak üretilmiştir. Soğuk preslenen numuneler 1100 ºC ve 1200 ºC'de sinterleme sıcaklıklarına tabi tutularak ergiyik haldeki bakırın titanyum taneleri arasına, doğal gözeneklere ve stearik asitin buharlaşmasıyla oluşan gözeneklere sızması sağlanmıştır. Bu şekilde reaktif ergiyik infiltrasyon ve sıvı faz sinterleme işlemleri aynı anda gerçekleştirilmiş olur. Literatürde bu şekildeki bir üretim sürecini içeren çalışmaya rastlanmamıştır veya tespit edilememiştir. Numunelerin mikroyapı ve faz oluşumu tespiti için optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu ve X-ışını difraksiyonu analizleri kullanılmıştır. Numunelere sertlik ve yoğunluk testleri uygulanmıştır. Numunelerin çapraz kırılma dayanımlarını belirlemek için üç noktalı eğme testi yapılmıştır. Mikroyapı sonuçlarına göre yapıda iki tip mikro yapı (ötektoid ve ötektoid üstü) oluşmuştur. Ötektoid yapı, α Ti+Ti2Cu oluşumundan ibarettir. Sıcaklığın ve bakır miktarının artmasıyla Ti2Cu intermetalik fazı daha da belirginleşmiştir. Bu intermetalik fazın artması sertliğin artşına sebep olmuştur. Sinterleme sıcaklığının artması çapraz kırılma dayanımını arttırırken, bakır miktarının artması gözenek oluşumundan (doğal gözenek ve üretilen gözenek) dolayı düşüşe neden olmuştur. Kırılma yüzeyinin morfolojisine göre numunelerde gevrek transgranüler ve kısmen sünek kırılma meydana gelmiştir