Metal matrisli kompozitler için matris malzemesi
olarak genellikle hafif metaller tercih edilmektedir. Matris
malzemesi olarak genellikle Al, Ti, Mg, Ni, Cu, Co ve Zn gibi metaller
ve alaşımları kullanılır.
Matris malzemesi olarak MMK malzemelerde, Al, Ti ve Mg alaşımları yaygın
olarak kullanılmaktadır. Bu alaşımların tercih edilmesinin nedeni düşük
yoğunluk ve ergime sıcaklığına sahip olmaları
ve birçok seramik
takviye elemanını kolay ıslatabilmeleridir.
Çünkü yüksek performanslı kompozit malzeme
üretimi için matris malzemesi, fiberleri veya partikülleri iyi
ıslatabilmeli, iyi bir arayüzey bağı oluşturmalı, mümkün olan en düşük basınç ve sıcaklıkta hızlı şekilde katılaşma yapabilmeleri gerekmektedir.
Ayrıca üretim esnasında veya bundan sonraki işlemler esnasında, matris ve
takviye elemanı arasında diğer kimyasal etkileşimler olmamalı ve matris kararlı
kalmalıdır.
Alüminyum ve Alaşımları
Metal malzemeler içinde Al ve alaşımları, gerek saf olarak gerekse alaşım
olarak en yaygın olarak kullanılan malzeme gruplarından birisidir.
Yüksek aşınma dayanımı ve düşük sürtünme değerleri için Al-Si alaşımları,
düşük yoğunluk ve yüksek
termal iletkenlik için Al-Mg ve Al-Cu alaşımları matris alaşımı olarak kullanılabilmektedir.
Al alaşımlarının yaygın kullanılmasının nedenleri;
•
Dayanım / özgül ağırlık oranının
yüksek olması,
•
Elektrik iletkenliği /özgül
ağırlık oranının yüksek olması,
•
Atmosfere ve diğer
ortamlara karşı korozyon
direncinin iyi olması,
•
Plastik deformasyon kabiliyetinin iyi
olması
Alüminyum alaşımları, üretim yöntemlerine göre Dövme alaşımları ve Döküm alaşımları olarak iki ana gruba ayrılırlar. Bu iki grupta kendi
içinde Sertleştirilebilen ve Sertleştirilemeyen alaşımlar olarak
gruplandırılabilmektedir.
Magnezyum ve Alaşımları
Birçok endüstriyel uygulamada, hafif mühendislik malzemelerine olan talep
sürekli artmaktadır. Magnezyumun yoğunluğu 1.74 gr/cm3 olup, yapısal uygulamalarda kullanılan en hafif metaldir. Ağırlığı Alüminyumun 2/3,
Demirin 1/4, Bakır
ve Nikelin ise 1/5’i düzeyindedir. Dolayısıyla magnezyum alaşımlarının, endüstriyel uygulamalardaki kullanımlarının gelecekte
oldukça yaygınlaşacağı beklenmektedir. Buna bağlı olarak
ta Magnezyum esaslı kompozit
malzemelerin kullanımı artacaktır.
Magnezyum, Alüminyum kadar mukavemetli değildir. Fakat
alaşımlandırıldığında mekanik özelliklerinde iyileşmeler sağlanabilir. Magnezyum alaşımları, yüksek spesifik
dayanıma, iyi dökülebilirlik özelliğine ve yüksek sönümleme kapasitesine sahiptirler. Bu nedenle uzay araçlarında, yüksek
hızlı makine ve nakliye araçlarında kullanılırlar.
Düşük ergime
sıcaklığı (650 °C) ve iyi kaynak kabiliyetine sahip olan magnezyum, yaygın
olarak ta bulunabilmektedir.
Ancak
Magnezyum Alaşımları;
• Oksijene karşı ilgisinin
fazla olması,
•
Düşük elastik modülü ve yorulma
direncine sahip olması,
•
Yüksek sıcaklıkta sürünme dayanımı değerinin düşük
olması vb. nedenlerle daha az tercih edilirler.
En önemli alaşım elementleri Alüminyum ve Çinko olup, yaklaşık
% 2.5-8 Al ve % 0.5-4
Zn ilave edilir. Bu sayede dayanım artırılabilmektedir.
Magnezyum alaşımları iyi döküm kabiliyetleri yüksek
alaşımlardır, Sertleştirilebilen ve
Sertleştirilemeyen türleri mevcuttur.
Aşınma direnci düşük olan Mg ve Al gibi metalik alaşımlara, rijit
partikül takviyesi yapılarak veya grafit
gibi yağlayıcı partiküller katılarak aşınma dirençleri yüksek MMK
malzemeler üretilebilir.
Titanyum ve Alaşımları
Titanyum ve alaşımları, MMK malzemelerde matris
malzemesi olarak yaygın
kullanım alanına sahiptir.
Titanyumun
korozyona karşı dayanımı çok iyidir. Yüzeyinde ince bir TiO2 tabakası oluşturarak,
çok iyi korozyon direnci sağlar. Vücut içine konan parçalarda, proses kazanları
vb. yerlerde bu özelliğinden dolayı titanyum ve alaşımları kullanılır.
Ayrıca Ti metali, alüminyumdan daha rijit ve dayanıklıdır. Özellikle çok
iyi mukavemet/özgül ağırlık oranına sahip olduğundan dolayı uçak ve uzay
sanayiinde uygulama alanları bulmuştur.
Metaller arasında Titanyumun ısıl genleşme katsayısı oldukça düşüktür. Özellikle yüksek sıcaklık uygulamalarında Ti alaşımları oldukça
iyi performans gösterir.
En önemli dezavantajı pahalı
olmasıdır.
Titanyumun matris olarak kullanıldığı kompozit malzemelerde, en yaygın
kullanılan takviye elemanları ise TiC ve SiC’ dür.
Bakır ve Alaşımları
MMK malzemeler içerisinde Bakır ve alaşımlarının kullanımı özellikle
elektronik sistemlerde uygulama alanı
bulmuştur. Burada bakırın
elektriği iyi iletebilme özelliği ön plana çıkmaktadır.
Genellikle Bakır matris
içerisine Grafit partiküller ilave edilerek, düşük
termal genleşme katsayısına
sahip, iyi iletken malzemeler elde edilebilir. Bu malzemeler elektrik
kontaktörleri ve elektronik devre yapımında kullanılmaktadır.
Grafit partiküller katılarak Bakır esaslı matrisin sürtünme ve aşınma
özellikleri iyileştirilebilir. Diğer taraftan katı yağlayıcı olarak grafitin
kullanıldığı metal matrisli kompozit malzemelerin, yatak malzemesi olarak
kullanımı kurşun kullanımından kaynaklanan zehirleyici etkiyi de ortadan kaldırmaktadır.
Ayrıca Al ve Cu alaşımlarının sönümleme kapasitesi içlerine grafit
katıldığında önemli oranda artmaktadır. Japon Hitachi firması
tarafından, dökme demirde
dahil olmak üzere titreşimi sönümleyen alaşımlardan daha iyi sönümleme yeteneği olan Gradia
adı altında Al-Grafit veya Cu-Grafit MMK malzemeler üretilmektedir.
Bakırın en önemli dezavantajı ise, diğer bir iletken malzeme olan alüminyuma göre daha pahalı olmasıdır.
Kaynak :
Doç. Dr. Adem ONAT Sakarya 2015