PROF. DR. AHMET TOPUZ

Partikül takviyeli alüminyum matrisli kompozit malzemelerin difüzyonla birleştirilmesi

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.

Otomotivde kullanılan kompozit sürtünmeli fren balatalarında yerli uçucu kül katkısının balata özelliklerine etkisinin incelenmesi An investigation of effects of fly ash additive on the properties of automotive composite brake friction materials

Fren sistemleri, hareket halindeki araç hızının kontrolü açısından en önemli donanımlardan biridir. Bu yüzden fren balatalarının gerek güvenlik gerekse konfor bakımından zor şartlar altında bile yüksek mukavemet, dengeli sürtünme katsayısı, düşük aşınma oranı ve düşük gürültü gibi özelliklerinden ödün vermemesi gerekir. Ticari bir ürün olduğundan uygun maliyette üretimlerinin gerçekleştirilmesi de söz konusudur. Kompozit fren balatalarında bağlayıcılar, takviyeler, sürtünme düzenleyiciler ve dolgular olarak kategorize edilen farklı malzemeler kullanılır. Değişik katkı malzemesi ve karışım oranlarına gore çok sayıda deneme yapılmış, balata özelliklerinde farklı özellikler elde edilmiştir. En çok kullanılan malzemeler bağlayıcı olarak fenolik reçineler ve kauçuk; takviye olarak çelik, bakır, pirinç, aramid, potasyum titanat, kaya yünü; abrasiv olarak Fe2O3, ZrSiO4, SiO2, Al2O3; yağlayıcı olarak grafit, petrokok, MoS2, Sb2S3; dolgu olarak BaSO4 ve CaCO3’tır. Özellikle son senelerde termik santrallerin atık bir malzemesi olan uçucu kül bileşimindeki SiO2, Al2O3, Fe2O3’in balata formülasyonlarında kullanıldığı dikkate alınarak doğrudan balata malzemesine katılarak çevreye zararlı bir atığın maliyet azaltıcı bir şekilde kullanılmasını sağlayacak çalışmalar yapılmaktadır. Ancak her termik santralde kullanılan kömür aynı olamadığı gibi uçucu kül bileşim ve miktarları da aynı değildir. Bu çalışma kapsamında ilk olarak uçucu kül katkılı fren balatalarının testleri, standartları, formülasyonları ve üretim proses parametreleri konularında detaylı literatür incelemesi yapılmıştır. Ticari olarak kullanılan kompozit fren balatası örnekleri incelenmiştir. Yerli termik santrallerden temin edilen uçucu küllerin karakterizasyonları yapılarak balatalara katılabilecek olan kül cinsleri belirlenmiştir. Yapılan çalışmalar ışığında kütlece %40-65 uçucu kül içeren formülasyonlar oluşturularak bunlardan laboratuvar ölçekli numuneler üretilmiştir. Üretilen numunelere fiziksel, kimyasal, mekanik testlerin yanısıra sürtünme-aşınma testleri uygulanarak en uygun formülasyon ve optimum üretim proses parametrelerine sahip balata malzemesi belirlenmiştir. Çalışma sonucunda Yeniköy Termik Santrali’nin uçucu küllerinin kütlece %50 oranında dolgu olarak kullanıldığı formülasyonların incelenen ticari balatalara en yakın sürtünme-aşınma özelliklerini sağladığı tespit edilmiştir.

Uçucu kül dolgulu alüminyum matrisli kompozit malzemelerin otomotiv sektöründe kullanımı

Uçucu kül dolgulu alüminyum matrisli kompozit malzemeler sağlayacağı avantajları açısından otomotiv sektöründe çok fazla uygulama alanı bulabilir. Ancak; uçucu külün kompozit malzeme oluşturma konusunda bağlayıcılık problemi mevcuttur. Bu problem, toz metalurjisi ve basınçlı infiltrasyon yöntemi ile ortadan kaldırılmaya çalışılmıştır.

Sıcak iş takım çeliklerinde hasar oluşumu ve önlemleri

Sıcak iş takım çelikleri kullanım alanları gereği yoğun oranda sürtünme, darbe, mekanik ve termal yüklemelere maruz kalan çeliklerdir. Özellikle yüksek basınçlı kalıp döküm uygulamalarında ısıl yorulma hasarı kalıp ömrünü sınırlandıran en önemli faktördür. Topyekün kırılma hasarı ise daha çok dövme uygulamalarında karşımıza çıkmakta olup aşınma ve erozyon bütün sıcak iş takım çeliklerinin karşı karşıya kaldığı hasar mekanizmasıdır. Çalışmada sıcak iş takım çeliklerinde gözlenen hasarlara çelik, ısıl işlem ve kullanım şartlarının etkisi incelenerek hasarları geciktirme yolları araştırılmıştır. Örnek durum incelemesi çalışmasında yüksek basınçlı kalıp döküm tekniği ile otomobil parçası üreten bir kalıpta hasar oluşturan parametreler MAGMA soft yazılımı yardımıyla incelenmiş ve elde elden veriler doğrultusunda yeni bir kalıp tasarımı oluşturulmuştur. Yeni tasarımın orta göbek insörtlerinde yüksek ısıl iletkenliğe sahip Anviloy® 1150 alaşımı kullanılmış ve yeni tasarım MAGMA Soft yazılımında analiz edilerek sonuçlar yeni tasarımla karşılaştırılmıştır. Elde edilen yeni tasarım ve döküm parametreleriyle kalıp ömründe %45 lik bir artış öngörülmüştür. Deneysel çalışma kapsamında ise yüksek basınçlı kalıp döküm yöntemiyle tır fren sisteminde kullanılan aratas parçasının üretimini yapan kalıbın dağıtıcı pimlerinde çelik, ısıl işlem ve PVD Dubleks kaplamaların etkisi incelenmiştir. Çalışma kapsamında konvansiyonel yöntemle üretilen pimler, ESR işlemi görmüş çelikten üretilen pimlerle ve PVD Dubleks kaplama işlemi uygulanan pimlerle performans testine tabi tutulmuş ve PVD dubleks kaplama işlemi gören pimlerde 5 kata kadar ömrü artışı elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Isıl yorulma, yapışma, erozyon, PVD dubleks kaplama, Yüksek basınçlı kalıp döküm.

Ticari uçaklarda kullanılan fren balata malzemeleri

Zamanla ortaya çıkan yeni istekler ve ihtiyaçlar yeni tasarımları doğurmuş, her geçen gün gelişen havacılık sektörü daha büyük, daha hızlı, daha konforlu ve güvenli uçakları üreterek bu ihtiyaçlara cevap vermiştir. Günümüzde ses hızına yakın bir süratle ve 13000 metre irtifada uçabilen, 560 ton ağırlıkla havalanabilen uçaklar sefere verilmişken, bu büyüklük ve hızdaki araçların gerek yapısal parçalarında, gerekse komponentlerinde kullanılan malzemeler de durmaksızın gelişme göstermiştir. Bu gelişimi gösteren temel parçalardan biri de iniş takımları ve bileşenleridir. Özellikle frenleme de kullanılan disk ve balatalar bu gelişimden büyük oranda etkilenen en önemli komponentlerdir. Bu çalışmada ticari uçaklarda kullanılan fren sistemleri ve frenleme mekanizmalarına değinilmiş, bu amaçla kullanılan balata malzemelerinin kimyasal ve mekanik özellikleri, üretim yöntemleri, kullanım koşulları, uygulanan test ve muayeneler ile bakım-onarım çalışmaları anlatılmıştır. Araştırmaların devamında, belirlenen balata kompozisyonlarına bağlı olarak hazırlanan bileşimler ile metalik balata numuneleri üretilmiş ve çeşitli deneysel çalışmalar ile bu malzemeler incelenmiştir. Anahtar Kelimeler: Uçak Balataları, Fren Üniteleri, Karbon ve Metalik Diskler

Çelik yapıların, atmosferik korozyona karşı korunmasında epoksi bazlı boya ve kaplamaların kullanımı ve performansı Usage and performance of epoxy based paints in the protection of steel constructions against atmosferic corrosion

Çeliği korozyona karşı korumak üzere pek çok araştırma yapılmıştır. Tezin teorik bölümünde, korozyon çeşitleri, atmosferik korozyon, atmosferik korozyondan korunma yöntemleri, korozyon hızı ölçümleri, atmosferik korozyona karşı boya uygulamaları, uygulanan boyaların saha ve laboratuar testleri ile ilgili literatüre ve standartlara dayalı olarak bilgi verilmiştir. Bu araştırmalar arasında en çok öne çıkan yöntem, çeliği atmosferik korozyona karşı epoksi bazlı astar ve alifatik poliüretan esaslı son kat boya ile korumaktır. Deneysel çalışmalarda, özgün formülasyonlu, çeliklerin atmosferik korozyona karşı korunması için tasarlanmış sekiz değişik boya sisteminin saha ve laboratuar testleri ile performansları değerlendirilmiş, optimum özelliklere sahip olan sistemler belirlenmiştir. Tüm denemeler literatürden alınan bilgiler ışığında ve TS EN ISO standartlarına uyguna olarak yapılmıştır. Hem SA 2 ½ sınıfında kumlama, hem de St 2 sınıfında mekanik temizlik yapılarak hazırlanan numuneler, yaklaşık 13 aylık saha testinin paralelinde, tuz püskürtme, SO2 ve UV laboratuar testleri yapılmış, saha ile laboratuar testleri arasında bağlantı kurulmaya çalışılmıştır. Denen boya sistemleri şunlardır: Sistem 1 shop primer; Sistem 2, Sistem 1 + epoksi ara kat ve poliüretan son kat boya; Sistem 3 çinkoca zengin epoksi astar, epoksi ara kat ve poliüretan son kat boya; Sistem 4 yüzey toleranslı epoksi astar, epoksi ara kat ve poliüretan son kat boya; Sistem 5 mikamsı cam içeren yüzey toleranslı astar; Sistem 6, Sistem 5 + poliüretan son kat boya, Sistem 7 yüksek dolgulu yüzey toleranslı epoksi astar ve poliüretan son kat boya ve en son olarak da Sistem 8 poliüretan astar, epoksi ara kat ve poliüretan son kat boyadan oluşmaktadır. Saha testleri, Kalamış, Gebze ve Dilovası’nda yapılmıştır. Bölgelerin korozyon hızları tespit edilmiştir. ISO 7253 standardına göre tuz testi 480, 720 ve 960 saat olarak yapılmıştır. ASTM G 87 ? 02 standardına göre SO2 testi 21 gün sürmüştür ve çeşitli aralıklarda numuneler kontrol edilmiştir. ASTM G 154 standardına göre UV testi UVB 313 lambasıyla yapılmıştır ve 360 saat sürmüştür. Testlerin sonunda yine TS EN ISO standartlarına uygun olarak tüm numuneler değerlendirilmiştir. Sistemlerin ekonomik ömürleri de tespit edilmiştir. Tüm testlerde, Sistem 3 en başarılı sonucu vermiştir. Sistem 3’ü takiben, Sistem 4 ile Sistem 7 gelmektedir. Sistem 6’nın performansı bu sistemin gerisindedir. Sistem 8’de zaman zaman delaminasyon problemleri görülmüştür. Sistem 5, sadece Sistem 6’nın astarına sahiptir. Sistem 5’in test edilmesi sayesinde, UV dayanımsız epoksilerin UV’ye maruz kaldıklarındaki durumları incelenmiştir. Sistem 1 ve 2’nin pratikte süregelen uygulama şeklinin ne derece doğru olduğu belirlenmiştir. Sistemlerin ekonomik ömürleri karşılaştırıldığında, korozyon etkisinin yüksek olmadığı bölgelerde Sistem 3 pahalı kalsa da, uzun vadeli çözümün gerektiği durumlarda bu sistem kendini amorti etmektedir. Kısa vadeli çözümler için Sistem 4 ve 7 daha ekonomik alternatiflerdir. Saha ve laboratuar testlerinde sistemler benzer performans göstermişlerdir. Tüm testlerde aynı sistemler başarılı olmuştur. Tuz püskürtme ve UV testleri, saha testine göre numuneleri çok daha fazla yıpratmış, SO2 testi ise saha testine göre daha az yıpratıcı sonuç vermiştir.