Tungsten Karbür ve Grafen Takviyeli Al7075 Matrisli Hibrit Kompozitlerin Üretimi ve Özelliklerinin Araştırılması

Abstract

Bu çalışmada, Al7075-WC ve Al7075-WC-Grafen kompozitleri, toz metalürjisi ve indüksiyonlu sıcak presleme yöntemleri kullanılarak üretilmiştir. Al7075 matrisine ağırlıkça %1, %3, %6, %9, %12, %15, %18, %25 ve %30 oranlarında WC; ayrıca %0,15, %0,30 ve %0,45 oranlarında grafen takviyesi yapılmıştır. Katkı oranlarının ve uygulanan ısıl işlem türlerinin (sinterleme ve indüksiyonla sıcak presleme), kompozitlerin mikro yapıları ile mekanik (yoğunluk, Vickers sertliği) ve tribolojik (aşınma oranı, kütle kaybı) performansları üzerindeki etkileri incelenmiştir. Yapılan testler sonucunda, Al7075-WC kompozitleri içerisinde en yüksek yoğunluk ve üstün mekanik ile tribolojik özelliklerin, indüksiyonla sıcak preslenmiş Al7075-%30WC kompozitte elde edildiği tespit edilmiştir. Bu bulgu doğrultusunda grafen katkı oranlarının etkisini değerlendirmek amacıyla ağırlıkça %30 WC sabit tutulup kompozit yapıya farklı oranlarda grafen ilave edilmiştir. Al7075-%30WC-Grafen kompozitleri arasında, en yüksek yoğunluk (3,38 g/cm³), en yüksek Vickers sertlik değeri (192±2 HV) ile en düşük aşınma oranı (4,7x10-5 mm³/Nm) ve kütle kaybı (0,0008 g) ağırlıkça %0,15 oranında grafen içeren ve indüksiyonla sıcak preslenmiş kompozitte gözlemlenmiştir. Ancak %0,15'in üzerindeki grafen katkı oranlarında, grafen nano partiküllerin topaklanma eğilimi göstermesi nedeniyle kompozitlerin mekanik ve tribolojik performanslarında düşüş tespit edilmiştir. Sonuç olarak Al7075 matrisine uygun miktarda WC ve grafen ilavesiyle kompozitlerin mekanik ve aşınma özelliklerinin geliştirilebileceği ortaya konmuştur. Ayrıca, sinterleme sonrası uygulanan indüksiyonla sıcak presleme işleminin, gözenekliliği azaltarak kompozitlerin mekanik ve tribolojik özelliklerini olumlu yönde etkilediği belirlenmiştir.In this study, Al7075-WC and Al7075-WC-Graphene composites were produced using powder metallurgy and induction hot pressing techniques. Tungsten carbide (WC) was added to the Al7075 matrix at weight ratios of 1%, 3%, 6%, 9%, 12%, 15%, 18%, 25%, and 30%, while graphene was incorporated at 0.15%, 0.30%, and 0.45% by weight. The effects of reinforcement ratios and thermal treatment methods (sintering and induction hot pressing) on the microstructure, mechanical properties (density, Vickers hardness), and tribological performance (wear rate, mass loss) of the composites were investigated. As a result of the tests, it was determined that the induction hot-pressed Al7075-%30WC composite exhibited the highest density and superior mechanical and tribological properties among the Al7075-WC composites. Based on this finding, to evaluate the influence of graphene content, the WC ratio was fixed at 30% by weight, and varying amounts of graphene were added to the composite structure. Among the Al7075-%30WC-Graphene composites, the one containing 0.15% graphene and produced via induction hot pressing demonstrated the highest density (3.38 g/cm³), the highest Vickers hardness (192±2 HV), the lowest wear rate (4.7×10⁻⁵ mm³/Nm), and the lowest mass loss (0.0008 g). However, at graphene contents exceeding 0.15%, a decline in mechanical and tribological performance was observed due to the agglomeration tendency of the graphene nanoparticles. In conclusion, it has been demonstrated that the mechanical and wear properties of the composites can be enhanced by the appropriate addition of WC and graphene to the Al7075 matrix. Furthermore, induction hot pressing applied after sintering was found to reduce porosity and positively influence the mechanical and tribological behavior of the composites.