Grafen nanolevha takviyeli metal matrisli nanokompozitlerin geliştirilmesi

Abstract

Bu projenin amacı; hafif ve yüksek mekanik özelliklere sahip grafen nanolevha takviyeli alüminyum ve magnezyum esaslı nanokompozitlerin üretilebilirliğinin ortaya konulmasıdır. Bu amaç doğrultusunda mekanik özelliklerin en üst düzeye çıkarılması için grafen nanolevhaların, seri imalata uygun olarak sıvı fazdaki matris içinde homojen ve etkin dağılımı hedeflenmiştir. Bu kapsamda, iki farklı boyuttaki grafen nanolevhalar (50-100 nm kalınlık ve 5 μm ortalama çap, 10-20 nm kalınlık ve 14 μm ortalama çap) endüstride sıkça kullanılan A360 alüminyum ve AZ91 magnezyum alaşımlarına takviye edilmiştir. Büyük yüzey alanı ve sahip oldukları yüksek yüzey enerjileri nedeniyle nano boyutlu takviye elemanlarının sıvı metaller içinde homojen olarak dağıtılması güçtür. Olağanüstü mekanik özelliklere sahip grafen nanolevhaların sıvı metallere geçişi, kısmi toz metalurjisini içeren tablet besleme mekanizması ile mekanik karıştırma ve ultrasonik proses altında gerçekleştirilmiştir. Ağırlıkça %0.25 ve %0.5 grafen takviyesiyle dökülen kompozitlerin ileri elektron mikroskopları ile yapılan mikroyapı analizleri sonucunda, yüksek yoğunluktaki ultrasonik dalgalar ile nispeten daha kalın olan nanolevhaların (50-100 nm kalınlık ve 5 μm ortalama çap) aglomerasyonlarının önlenerek matris içinde göreceli olarak homojen dağıldığı ve matris- nanolevhalar arasında iyi bir tutunma yüzeyinin elde edildiği gösterilmiştir. Üretilen kompozit numunelerin çekme testlerinde, grafen nanolevha takviyesinin alaşımların mukavemetini önemli oranda arttırdığı belirlenmiş ve bu gelişmenin ağırlıklı olarak nanolevhaların dislokasyonların ilerlemesinde bariyer vazifesi görmesine dayandırılmıştır. Monolitik alaşıma göre magnezyum matrisli kompozitlerinde görülen süneklikteki şaşırtıcı artış ise, grafen etkisiyle ötektik yapıdaki morfolojik değişim ile açıklanmıştır. Sonuçlar, grafen takviyeli yüksek performanslı metal matrisli nanokompozitlerin seri imalata uygun olarak sıvı fazda üretilme potansiyelini göstermesi açısından umut vericidir.