Samaryum Katkılı Bakır-Zirkonyum-Aluminyum Bazlı Metalik Cam ve Nanokompozitlerinin Üretilmesi ve Geliştirilmesi

Bu proje, hem iyi cam yapabilme hem de birçok çok bileşenli metalik camın temelini oluşturması özellikleri ile dikkat çeken Cu-Zr sistemini temel almaktadır. Proje, Cu-Zr bazlı Cu-Zr-Al-Sm amorf ve amorf/kristal nanokompozit alaşım sistemlerinin üretilmesi, geliştirilmesi ve mikroyapı-mekanik özellik ilişkisinin tayin edilmesi ve kontrolü üzerine yoğunlaşmıştır. Bu bağlamda, cam oluşturma kabiliyeti (COK) en yüksek alaşım sistemleri, Cu-Zr-Al-Sm elementlerinin miktarları değiştirilerek tasarlanmıştır. Kompozisyonları tayin edilen metalik cam ve metalik cam nanokompozitleri, yüksek saflıktaki Cu, Zr, Al ve Sm elementlerinden, argon gazı altında ark ergitme tekniği kullanılarak üretilmiş ve yüksek soğutma hızına ulaşılarak amorf yapının oluşturulabilmesi için emme döküm tekniği ile farklı çaplardaki bakır kalıplara dökülmüştür. Alaşımların kinetik modellemesi de yapılarak çekirdeklenme ve büyüme kristallenme mekanizmaları incelenmiştir. Metalik cam nanokompozitleri, ayrıca kısmi kristallendirme yöntemi ile de üretilmişlerdir. Üretilen metalik cam ve metalik cam nanokompozitleri X-ışını kırınımı (XRD), diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC), taramalı elektron mikroskobu (SEM), sertlik ve basma testleri kullanılarak incelenmiştir. Yapılan çalışmalar, Sm miktarının artması ile COK değerinin arttığını ve en yüksek COK değerinin Zr47.5Cu38Al9.5Sm5, Zr50Cu37Al10Sm3 ve Zr50Cu35Al10Sm5 alaşımlarında olduğunu göstermiştir. Kompozisyonları ve içerdikleri Sm miktarı değiştikçe metalik camların kristallenme eşik enerjilerinin ve izotermal koşullarda kristallenme mekanizmalarının değiştiği gözlemlenmiştir. Emme döküm sırasında çapı daha düşük olan çubukların soğuma hızının daha yüksek olması ve çap büyüdükçe soğuma hızının azalması nedeni ile 3 mm çaplı alaşımlarda kısmi amorf/kısmi kristal yapının oluştuğu gözlenmiştir. Basma testi sonuçları, alaşımların kırılma mekanizmalarında farklılık olduğunu göstermiştir. 3mm çapındaki Zr50Cu35Al10Sm5 çubuğu 45°’ye yaklaşan bir açı ile kırılmış ve kırılma yüzeyinde bulunan damarsı yapı ve nehir benzeri desenli bölgeler, sünek ve gevrek iki farklı kırılma tipinin varlığını göstermiştir. Zr50Cu37Al10Sm3 ve Zr47.5Cu38Al9.5Sm5 çubuklarında kırılma kayma bantları üzerinde hızlı bir şekilde gerçekleşmiş ve klivaj tipi ile gevrek kırılma meydana gelmiştir. Sünekliği en yüksek alaşım Zr50Cu35Al10Sm5 iken kırılma mukavemeti en yüksek olanlar Zr47.5Cu38Al9.5Sm5 ve Zr48.5Cu38.5Al10Sm1 metalik cam nanokompozitleridir.