Investigation of Wear Performance of Different Amounts ZrO2 Reinforced Al-2Gr Matrix Composite Materials Produced by Mechanical Alloying Method

Mekanik Alaşımlama Yöntemi ile Üretilen Farklı Miktarlarda ZrO2 Takviyeli Al-2Gr Matrisli Kompozit Malzemelerin Aşınma Performanslarının İncelenmesi

Abstract

In this study, wear behavior of composite materials produced by adding different amounts of ZrO2 to Al-2Gr matrix by mechanical alloying method was investigated. After adding 2% (vol.) graphite to the aluminum matrix, 4 different amounts (3%, 6%, 9%, and 12%) of ZrO2 were added. The mechanically alloyed composite powders for 60 minutes were cold-pressed under 700 MPa pressure and green parts were produced. The green parts produced were sintered at 600 °C under argon for 120 minutes. The sintered ZrO2 reinforced aluminum composite materials (AMCs) are characterized by the scanning electron microscope, X-ray diffraction, and hardness and density measurements. Wear tests were performed on a standard pin-on-disc wear testing device with three different loads (10-20-30 N) at a sliding speed of 0.6 ms-1 and four different sliding distances (53, 72 and 94 m) according to ASTM G77 standard. As a result of the studies, the microhardness and density increases as the amount of ZrO2 in the composite material increases. As a result of the wear tests, the highest weight loss was obtained in the non-reinforced Al-2Gr matrix alloy, while the lowest weight loss was obtained in 12% ZrO2 reinforced composite materials. However, it was observed that there was a decrease in the friction coefficient with increasing amount of reinforcement.

Özet

Bu çalışmada, mekanik alaşımlama yöntemi ile Al-2Gr matrise farklı miktarlarda ZrO2 ilave edilerek üretilen kompozit malzemelerin farklı yükler altında aşınma performansı incelenmiştir. Alüminyum matrise hacimce %2 grafit ilave edildikten sonra, 4 farklı miktarda (%3, %6, %9 ve %12) ZrO2 ilave edilmiştir. 60 dakika süre ile mekanik alaşımlanan kompozit tozlar, 700 MPa basınçla soğuk preslenerek green kompaktlar üretilmiştir. Üretilen green kompaktlar 600 °C sıcaklıkta 2 saat sinterlenmiştir. Sinterlenen ZrO2 takviyeli alüminyum kompozit malzemeler, taramalı elektron mikroskobu, X-ışın kırınımı, sertlik ve yoğunluk ölçümü ile karakterize edilmiştir. Aşınma testleri standart blok on ring aşınma test cihazında 3 farklı yük altında (5, 10 ve 20 N), 0,6 ms-1 kayma hızı ve üç farklı (53, 72 ve 94 m) kayma mesafesi kullanılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda, kompozit malzemelerin içerisinde artan ZrO2 miktarı ile sertlik ve yoğunlukları artmaktadır. Aşınma testleri sonucunda, en yüksek ağırlık kaybı, takviyesiz Al-2Gr matris alaşımda elde edilirken, en düşük ağırlık kaybı ise %12 ZrO2 ilaveli kompozit malzemelerde elde edilmiştir. Bununla birlikte artan takviye miktarı ile sürtünme katsayısında ise azalma olduğu görülmüştür.