Research Article
Hurda alüminyumdan alümina takviyeli Al6013 matrisli kompozitlerin üretimi ve mekanik özelliklerinin araştırılması
Abstract
Bu çalışmada, azot gazı altında karıştırma döküm yöntemiyle alüminyum matrise farklı katkı oranlarında (ağırlıkça %3, 6, 9) alümina (Al2O3) takviyesi yapılarak Al6013-Al2O3 kompozitleri üretilmiştir. Çalışma kapsamında üretilen kompozitlerin değişen takviye oranına göre mikroyapısı ve mekanik özellikleri (yoğunluk, Vickers sertlik, gözeneklilik oranı) detaylı bir şekilde incelenmiştir. Al6013-Al2O3 kompozitlere uygulanan mekanik testler neticesinde; en yüksek Vickers sertliği (153±3 HV), en düşük gözeneklilik oranı (%5.86) ve en yüksek çekme dayanımı (458±7 MPa) Al6013-%6Al2O3 kompozitte tespit edilmiştir. SEM analizlerinde %9 Al2O3 takviye edildiğinde Al2O3’ün topaklandığı gözlemlenmiştir. Bu topaklanma Al6013-%9Al2O3 kompozitin mekanik özelliklerini olumsuz yönde etkilemiştir. Sonuç olarak Al6013 matrise belirli oranlarda (ağırlıkça %6’ya kadar) Al2O3 takviyesiyle malzemenin mekanik özelliklerinde iyileşme olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca azot gazı altında karıştırma döküm yönteminin etkili bir üretim yöntemi olduğu kanıtlanmıştır.
Ethical Statement
Bu makalenin yazarları, bu çalışmada kullanılan materyal ve yöntemlerin etik kurul izni ve/veya yasal-özel izin gerektirmediğini beyan etmektedir.
Supporting Institution
Yürütülen çalışma PYO.MUH.1901.22.008 kodlu proje ile Ondokuz Mayıs Üniversitesi tarafından desteklenmiştir.
Project Number
PYO.MUH.1901.22.008
Thanks
Bu çalışmada, SEM ve XRD analizi konusunda vermiş olduğu destekten dolayı Karadeniz İleri Tekonoloji Araştırma ve Uygulama Merkezi’ne (KİTAM) teşekkür ederiz.
References
- Alaneme, K. K., & Bodunrin, M. O. (2013). Mechanical behaviour of alumina reinforced AA 6063 metal matrix composites developed by two step-stir casting process. Acta Technica Corviniensis-Bulletin of Engineering, 6(3), 105- 110.
- Altunpak, Y., & Akbulut, H. (2019). δ-Al2O3 kısa fiber takviyeli LM 13 alüminyum alaşımının eğilme dayanımına yaşlandırma ısıl işleminin etkisi. ECJSE, 6(1), 175-180. https://doi.org/10.31202/ecjse.463790
- Arık, H., Semerci, P., & Kırmızı, G. (2017). Sıcak presleme ile alüminyum matrisli ve Al2O3 takviyeli toz metal kompozit malzeme üretimi ve aşınma davranışlarının araştırılması. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 5(4), 87-97. https://doi.org/10.29109/http-gujsc-gazi-edu-tr.343115
- Aytekin, S. (2021). Al2O3 nano partikül takviyeli al matrisli kompozit malzemenin farklı kaynak akımları ve türlerinde oluşan mikroyapı ve sertlik özelliklerinin analizi [Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü].
- Bajaj, P. (2011). Mechanical behaviour of aluminium based metal matrix composites reinforced with SiC and alumina [Yüksek Lisans Tezi, Thapar University, Üretim ve Endüstri Mühendisliği Anabilim Dalı].
- Çanakçı, A. (2006). AA2024 matrisli B4C parçacık takviyeli kompozitlerin vorteks yöntemiyle üretimi ve özelliklerinin incelenmesi [Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü].
- Demir, M. (2022). İndüksiyonla sıcak işlemin grafen ve/veya Si3N4/B4C takviyeli Al6061 esaslı kompozitlerin mekanik, tribolojik özelliklerine ve mikroyapısına olan etkisi [Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü].
- Demir, M. E., Çelik, Y. H., & Kalkanlı, A. (2022). The effect of rolling and aging on mechanical and tribological properties in B4C particle reinforced Al7075 matrix composites. Arabian Journal for Science and Engineering, 47, 16187-16208. https://doi.org/10.1007/s13369-022-06891-6
- Demir, M. E., Çelik, Y. H., Kilickap, E., & Kalkanlı, A. (2023). The effect of B4C reinforcements on the microstructure, mechanical properties, and wear behavior of AA7075 alloy matrix produced by squeeze casting. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering, 237(6), 2574-2584. https://doi.org/10.1177/09544089221139095
- Devaraju, A., Kumar, A., & Kotiveerachari, B. (2013). Influence of addition of GMP/Al2O3p with SiCp on wear properties of aluminum alloy 6061-T6 hybrid composites via friction stir processing. Transtions of Nonferrous Metals Society of China, 23, 1275-1280. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(13)62593-5
- Işık, E. (2023). Al7075-Al2O3-grafen ve Al7075-ZrO2-grafen hibrit kompozitlerin mekanik, tribolojik özelliklerinin ve mikroyapısının incelenmesi [Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü].
- Kaya, A.İ. (2016). Kompozit malzemeler ve özellikleri. Putech & Composite, 38-45.
- Koçdağ, N. (2019). 6013 alüminyum alaşımının özelliklerine ısıl işlem ve deformasyon parametrelerinin etkileri [Yüksek Lisans Tezi, Eskişehir Teknik Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü].
- Kurt, H. (2010). Al-Al2O3 kompozit malzeme üretiminde karıştırma tekniğinin kompozitin aşınma davranışı üzerine etkilerinin araştırılması [Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü].
- Şahin, Y. (2015). Kompozit malzemelere giriş. Seçkin Yayıncılık.
- Şenel, M. C. (2018). Grafen-seramik tanecik takviyeli alüminyum matrisli hibrit kompozitlerin toz metalürjisi metoduyla üretimi, mekanik ve mikroyapı özelliklerinin incelenmesi [Doktora Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü].
- Şenel, M. C. (2020). Toz metalürjisi yöntemiyle üretilen saf Al ve Al-B4C, Al-Al2O3 kompozitlerin mekanik ve mikroyapı özelliklerinin karşılaştırılması. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 10(3), 783-795. https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.689359
- Şenel, M. C., & Gürbüz, M. (2021). Investigation on mechanical properties and microstructures of aluminum hybrid composites reinforced with Al2O3/GNPs binary particles. Archives of Metallurgy and Materials, 66(1), 97-106. https://doi.org/10.24425/amm.2021.134764
- Şimşek, İ. (2019). Mekanik alaşımlama yöntemi ile üretilen farklı miktarlarda ZrO2 takviyeli Al-2Gr matrisli kompozit malzemelerin aşınma performanslarının incelenmesi. ECJSE, 6(3), 594–605. https://doi.org/10.31202/ecjse.560741
- Taşkın, A. (2023). Al7075-Si3N4-grafen ve Al7075-B4C-grafen hibrit kompozitlerin mekanik ve tribolojik özelliklerinin araştırılması [Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü].
- Üstün, M. (2022). Al-ZrO2-grafen ve Al-SiO2-grafen hibrit kompozitlerin mekanik, tribolojik özelliklerinin ve mikroyapısının incelenmesi [Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü].
- Verma, R., Sharma, S., & Kumar, D. (2017). Analysis of mechanical properties of aluminium based metal matrix composites reinforced with alumina and SiC. International Journal of Engineering Research & Technology, 6(3), 454-459.
Production of alumina reinforced Al6013 matrix composites from scrap aluminum and investigation of their mechanical properties
Abstract
In this study, Al6013- Al2O3 composites with different reinforcement ratios of alumina (Al2O3: 3, 6, 9 wt.%) were produced via the stir casting technique under nitrogen gas. In this scope of work, the microstructure and mechanical properties (density, Vickers hardness, porosity ratio) of the produced composites were thoroughly investigated based on varying reinforcement ratios. According to the mechanical test results, the highest Vickers hardness (153±4 HV), lowest porosity ratio (5.86%) and highest tensile strength (458±7 MPa) were detected in the Al6013-6%Al2O3 composite among Al6013-Al2O3 composites. In SEM analyses, it was seen that Al2O3 was agglomerated when it was reinforced by 9%. As a result, it was determined that the mechanical properties of the material improved with the reinforcement of Al2O3 and graphene up to certain proportions (6 wt.%) into the Al6013 matrix. Furthermore, the stir casting method has proven to be an effective production method under nitrogen gas.
Project Number
PYO.MUH.1901.22.008
References
- Alaneme, K. K., & Bodunrin, M. O. (2013). Mechanical behaviour of alumina reinforced AA 6063 metal matrix composites developed by two step-stir casting process. Acta Technica Corviniensis-Bulletin of Engineering, 6(3), 105- 110.
- Altunpak, Y., & Akbulut, H. (2019). δ-Al2O3 kısa fiber takviyeli LM 13 alüminyum alaşımının eğilme dayanımına yaşlandırma ısıl işleminin etkisi. ECJSE, 6(1), 175-180. https://doi.org/10.31202/ecjse.463790
- Arık, H., Semerci, P., & Kırmızı, G. (2017). Sıcak presleme ile alüminyum matrisli ve Al2O3 takviyeli toz metal kompozit malzeme üretimi ve aşınma davranışlarının araştırılması. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 5(4), 87-97. https://doi.org/10.29109/http-gujsc-gazi-edu-tr.343115
- Aytekin, S. (2021). Al2O3 nano partikül takviyeli al matrisli kompozit malzemenin farklı kaynak akımları ve türlerinde oluşan mikroyapı ve sertlik özelliklerinin analizi [Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü].
- Bajaj, P. (2011). Mechanical behaviour of aluminium based metal matrix composites reinforced with SiC and alumina [Yüksek Lisans Tezi, Thapar University, Üretim ve Endüstri Mühendisliği Anabilim Dalı].
- Çanakçı, A. (2006). AA2024 matrisli B4C parçacık takviyeli kompozitlerin vorteks yöntemiyle üretimi ve özelliklerinin incelenmesi [Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü].
- Demir, M. (2022). İndüksiyonla sıcak işlemin grafen ve/veya Si3N4/B4C takviyeli Al6061 esaslı kompozitlerin mekanik, tribolojik özelliklerine ve mikroyapısına olan etkisi [Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü].
- Demir, M. E., Çelik, Y. H., & Kalkanlı, A. (2022). The effect of rolling and aging on mechanical and tribological properties in B4C particle reinforced Al7075 matrix composites. Arabian Journal for Science and Engineering, 47, 16187-16208. https://doi.org/10.1007/s13369-022-06891-6
- Demir, M. E., Çelik, Y. H., Kilickap, E., & Kalkanlı, A. (2023). The effect of B4C reinforcements on the microstructure, mechanical properties, and wear behavior of AA7075 alloy matrix produced by squeeze casting. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering, 237(6), 2574-2584. https://doi.org/10.1177/09544089221139095
- Devaraju, A., Kumar, A., & Kotiveerachari, B. (2013). Influence of addition of GMP/Al2O3p with SiCp on wear properties of aluminum alloy 6061-T6 hybrid composites via friction stir processing. Transtions of Nonferrous Metals Society of China, 23, 1275-1280. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(13)62593-5
- Işık, E. (2023). Al7075-Al2O3-grafen ve Al7075-ZrO2-grafen hibrit kompozitlerin mekanik, tribolojik özelliklerinin ve mikroyapısının incelenmesi [Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü].
- Kaya, A.İ. (2016). Kompozit malzemeler ve özellikleri. Putech & Composite, 38-45.
- Koçdağ, N. (2019). 6013 alüminyum alaşımının özelliklerine ısıl işlem ve deformasyon parametrelerinin etkileri [Yüksek Lisans Tezi, Eskişehir Teknik Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü].
- Kurt, H. (2010). Al-Al2O3 kompozit malzeme üretiminde karıştırma tekniğinin kompozitin aşınma davranışı üzerine etkilerinin araştırılması [Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü].
- Şahin, Y. (2015). Kompozit malzemelere giriş. Seçkin Yayıncılık.
- Şenel, M. C. (2018). Grafen-seramik tanecik takviyeli alüminyum matrisli hibrit kompozitlerin toz metalürjisi metoduyla üretimi, mekanik ve mikroyapı özelliklerinin incelenmesi [Doktora Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü].
- Şenel, M. C. (2020). Toz metalürjisi yöntemiyle üretilen saf Al ve Al-B4C, Al-Al2O3 kompozitlerin mekanik ve mikroyapı özelliklerinin karşılaştırılması. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 10(3), 783-795. https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.689359
- Şenel, M. C., & Gürbüz, M. (2021). Investigation on mechanical properties and microstructures of aluminum hybrid composites reinforced with Al2O3/GNPs binary particles. Archives of Metallurgy and Materials, 66(1), 97-106. https://doi.org/10.24425/amm.2021.134764
- Şimşek, İ. (2019). Mekanik alaşımlama yöntemi ile üretilen farklı miktarlarda ZrO2 takviyeli Al-2Gr matrisli kompozit malzemelerin aşınma performanslarının incelenmesi. ECJSE, 6(3), 594–605. https://doi.org/10.31202/ecjse.560741
- Taşkın, A. (2023). Al7075-Si3N4-grafen ve Al7075-B4C-grafen hibrit kompozitlerin mekanik ve tribolojik özelliklerinin araştırılması [Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü].
- Üstün, M. (2022). Al-ZrO2-grafen ve Al-SiO2-grafen hibrit kompozitlerin mekanik, tribolojik özelliklerinin ve mikroyapısının incelenmesi [Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü].
- Verma, R., Sharma, S., & Kumar, D. (2017). Analysis of mechanical properties of aluminium based metal matrix composites reinforced with alumina and SiC. International Journal of Engineering Research & Technology, 6(3), 454-459.
There are 22 citations in total.
Details
| Primary Language | Turkish |
|---|---|
| Subjects | Material Design and Behaviors |
| Journal Section | Articles |
| Authors | |
| Project Number | PYO.MUH.1901.22.008 |
| Publication Date | June 15, 2025 |
| Submission Date | October 8, 2024 |
| Acceptance Date | May 16, 2025 |
| Published in Issue | Year 2025 Volume: 15 Issue: 2 |
