Mekanik alaşımlama ile üretilen FeCoCrNi yüksek entropi alaşımının mikro yapı ve mekanik özelliklerine geleneksel sinterleme ve spark plazma sinterlemenin etkisinin araştırılması

Abstract

En az 5 element kullanılarak eş atomik veya eş atomik orana yakın bir şekilde katı eriyik oluşturdukları alaşım türüne yüksek entropili alaşım (YEA) denmektedir. Kısaca intermetalik fazlar yerine basit katı çözelti oluşturan ve genel alaşımlara göre daha iyi mekanik ve mikroyapısal özellik sağlayan alaşımlar olarak da bilinmektedir. Son yıllarda YEA konusunda yoğun bilimsel çalışmalar yapılmaktadır. Diğer alaşımlara kıyasla daha yeni bir malzeme türü olan YEA ‘lar, mühendislik çalışmaları için umut verici özellikler içermektedir. YEA sahip oldukları yüksek dayanım/sertlik değerleri, üstün aşınma direnci, yüksek sıcaklık dayanımı, iyi korozyon ve oksidasyon dayanımı gibi özelliklerinden dolayı geniş bir kullanım alanına sahiptir. Uzay ve havacılık endüstrisi, nükleer endüstri, taşımacılık ve enerji endüstrisi gibi birçok farklı alanda kullanılmaktadır. Bu malzemelerin yeni nesil malzeme geliştirilmesi ve farklı uygulama alanlarında potansiyel oluşturacağı ve birçok sektörde geleneksel malzemelerin yerini alacağı öngörülmektedir. YEA ‘ları döküm ve toz metalurjisi gibi farklı prosesler kullanılarak üretilebilir. Toz metalurjisi ile üretimde ise üretilen tozları bir ürüne dönüştürmek için preslemek ve sinterlemek gerekmektedir. Sinterleme esnasında malzemenin maruz kaldığı sıcaklık etkisi ise mikroyapıyı değiştirerek başlangıç mekanik özelliklerinin kaybolmasına yol açabilir. Bu tez çalışması kapsamında yüksek enerjili mekanik alaşımlama yöntemi ile nanokristal yapıda üretilecek FeCoCrNi YEA tozları hem geleneksel sinterleme yöntemiyle hem de spark plazma sinterleme yöntemiyle bir yığın (bulk) malzeme haline getirilmiştir. Daha sonra her iki yöntemle elde edilen malzemeler gerek elde edilen yoğunluk ve gözenek miktarları, gerekse mikroyapısal değişim ve mekanik özellikler bakımından mukayese edilmiştir.

High entropy alloy (HEA) is the type of alloy in which at least 5 elements form a solid solution in an equiatomic or close to equiatomic ratio. They are also known as alloys that form simple solid solutions instead of intermetallic phases and provide better mechanical and microstructural properties than conventional alloys. In recent years, extensive scientific studies have been carried out on HEAs as they contain promising properties for engineering studies compared to other alloys. HEAs have wide range of possible applications due to their high strength/hardness values, superior wear resistance, high temperature resistance, good corrosion and oxidation resistance. Thus, they have the potential to be used in many applications such as the aerospace industry, nuclear industry, transportation and energy industries. It is foreseen that these materials will create potential in new generation material development and different applications and will replace conventional materials in many sectors. HEAs can be produced using different processes including casting and powder metallurgy. In powder metallurgy production, it is necessary to press and sinter the produced powders to turn them into a bulk shape or a product. The high temperatures necessary for full consolidation during pressing or sintering can change the microstructure and lead to the loss of initial mechanical properties. Thus, the main aim of this study is to produce nanocrystalline FeCoCrNi HEA from elemental powders by using high energy mechanical alloying process and consolidate the obtained nanocrystalline HEA powders into a bulk shape by using conventional sintering and spark plasma sintering methods. After the sintering processes, the materials obtained by both methods were compared in terms of density and microstructural changes and mechanical properties were investigated.