Grafen nanolevha takviyesinin AlSi10Mg alaşımının mikroyapı ve mekanik özellikleri üzerine etkisi

Abstract

Bu çalışmada, birkaç grafen tabakasından oluşan, 100 nm'nin altında kalınlığa ve olağanüstü mekanik özelliklere sahip grafen nanolevhaların (GNL) endüstride sıkça kullanılan AlSi10Mg alaşımına katkısının mikroyapı ve mekanik özellikler üzerine etkisi incelenmiştir. Büyük yüzey alanı ve sahip oldukları yüksek yüzey enerjileri nedeniyle GNL'ların sıvı metaller içinde homojen olarak dağıtılması güçtür. GNL'ların sıvı alüminyum alaşımına geçişi yarı-katı mekanik karıştırma ile matris içinde dağılımı ise ultrasonik proses ile gerçekleştirilmiştir. Dökülen kompozitlerin yapılan mikroyapı analizleri sonucunda, yüksek yoğunluktaki ultrasonik dalgalar ile GNL'ların aglomerasyonlarının önlenerek matris içinde göreceli olarak homojen dağıldığı ve matris-GNL'lar arasında iyi bir tutunma yüzeyinin elde edildiği gösterilmiştir. Gerçekleştirilen çekme deneylerinde, ağırlıkça %0.25 GNL takviyesinin alaşımın mukavemetini önemli oranda arttırdığı tespit edilmiştir. Mukavemetteki iyileşme ağırlıklı olarak GNL'ların dislokasyonların ilerlemesinde bariyer vazifesi görmesine dayandırılmaktadır. Bu sonuçlar GNL takviyeli yüksek performanslı metal matrisli nanokompozitlerin seri imalata uygun olarak sıvı fazda üretilebilirliklerini göstermektedir

In this study, the effect of reinforcement of graphene nanoplatelets (GNPs that consist of a few graphene layers with a thickness of less than 100 nm and have extraordinary mechanical properties) on the microstructure and mechanical properties of AlSi10Mg alloy which is widely used in industry has been investigated. It is challenging to homogeneously disperse GNPs into liquid metals due to their large surface area and high surface energy. The GNPs have been incorporated into the liquid aluminum alloy with semi-solid mechanical mixing and dispersed into the matrix with ultrasonic processing. The microstructural analyses performed on the cast composites show that high intensity ultrasonic waves led to a relatively uniform dispersion of GNPs into the matrix by preventing their agglomeration, and a good bonding surface between the matrix and GNPs was obtained. In the tensile tests, it is seen that the addition of 0.25 wt.% GNPs has significantly increased the strength of alloy. The improvement in the strength is mainly attributed to the fact that GNPs act as barriers to the dislocation movement. The results show that the producibility of high performance GNPs reinforced metal matrix nanocomposites in liquid routes which is suitable for mass production