AlCoCrFeNi yüksek entropili alaşıma tungsten ilavesinin mikroyapı ve aşınma özellikleri üzerine etkisi
The effect of tungsten addition to AlCoCrFeNi high-entropy alloy on microstructure and wear properties
- Tez No: 1011829
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERSİN BAHÇECİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İskenderun Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında AlCoCrFeNiWx (x = 0; 0,1; 0,25; 0,5 ve 1 mol) yüksek entropili alaşımların sentezi, faz kararlılığı, mekanik ve tribolojik özellikleri kapsamlı biçimde araştırılmıştır. Bu amaç doğrultusunda alaşımlar vakum ark ergitme yöntemiyle üretilmiş, ardından faz oluşumları XRD, mikroyapısal yapıları ise SEM-EDS analizleriyle incelenmiştir. Termodinamik hesaplamalar, W katkısının faz kararlılığı ve HMK eğilimine etkisini değerlendirmek için kullanılmıştır. XRD sonuçları tüm alaşımların HMK temelli katı çözelti karakteri sergilediğini, W ilavesiyle birlikte W açısından zengin fazların ortaya çıktığını ve 2θ ≈ 44° (110) HMK tepesinin atomik boyut uyumsuzluğuna bağlı olarak kaydığını göstermiştir. Termodinamik bulgular, artan W içeriğinin ΔSmix ve Ω değerlerini yükselterek katı çözelti oluşumunu desteklediğini, VEC değerinin yaklaşık 7.20'den 7,00 seviyelerine düşmesiyle HMK fazının daha kararlı hâle geldiğini ortaya koymuştur. SEM-EDS incelemeleri, W içermeyen alaşımda tipik HMK /B2 spinodal ayrışma yapısının bulunduğunu, düşük W katkılarında W'in büyük ölçüde matrise çözüldüğünü, orta ve yüksek W katkılarında ise W açısından zengin fazlar ile neredeyse saf W karakterli fazların açığa çıktığını göstermiştir. Deneysel yoğunluk değerleri, artan W içeriği ile birlikte yaklaşık 7,02 g/cm3'ten 9,40 g/cm3 değerine yükselmiştir. Mikrosertlik ölçümleri, W katkısının kafes distorsiyonu ve katı çözelti sertleşmesine bağlı olarak yaklaşık %28,5 oranında arttırarak 507,11 HV1 değerinden 651,81 HV1 seviyesine yükselttiğini göstermiştir. Tribolojik açıdan, W içermeyen alaşım 2 N ve 5 N yükler altında en yüksek ve dalgalı sürtünme katsayılarını gösterirken, W ilavesiyle birlikte sürtünme katsayısı kademeli olarak azalmış ve eğriler daha stabil hâle gelirken sürtünme katsayısı yaklaşık 0,4 seviyelerine düşmüştür. Aşınma oranı sonuçları, artan W içeriğiyle birlikte özgül aşınma oranının 2 N yük altında 1,52 × 10⁻⁵ mm³/N·m'den 0,82 × 10⁻⁵ mm³/N·m'ye, 5 N yük altında ise 0,821 × 10⁻⁵ mm³/N·m'den 0,433 × 10⁻⁵ mm³/N·m'ye düştüğünü; buna bağlı olarak aşınma direncinin yaklaşık iki kat iyileştiğini göstermiştir. Bu iyileşmenin W açısından zengin sert fazların oluşumu, artan mikrosertlik ve yüzeyde oluşan kaygan oksit filmleri ile ilişkilendirilmiştir. W içeriğinin artmasıyla, aşınma izlerinin daha sığ ve düzenli hâle geldiği, delaminasyonun azaldığı ve yüzeyde gözlenen oksijen bakımından zengin bölgelerin ince ve kararlı bir oksidatif yüzey tabakasının varlığına işaret ettiği değerlendirilmiştir. Tüm bulgular birlikte değerlendirildiğinde, W katkısının AlCoCrFeNi tabanlı yüksek entropili alaşımların faz kararlılığı, mekanik dayanımı ve tribolojik performansı üzerinde belirleyici bir rol oynadığı sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the synthesis, phase stability, mechanical properties, and tribological behavior of AlCoCrFeNiWx (x = 0; 0.1; 0.25; 0.5, and 1 mol) high-entropy alloys were comprehensively investigated. For this purpose, the alloys were produced by vacuum arc melting, and their phase formation and microstructural characteristics were examined using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy equipped with energy-dispersive spectroscopy (SEM–EDS), respectively. Thermodynamic calculations were performed to evaluate the effect of W addition on phase stability and the tendency toward the BCC structure. XRD results revealed that all alloys exhibited a BCC-based solid solution structure, while W addition led to the formation of W-rich phases and caused a shift in the BCC (110) peak at 2θ ≈ 44°, which was attributed to atomic size mismatch. Thermodynamic evaluations indicated that increasing W content promoted solid solution formation by increasing ΔSmix and Ω values, while the decrease in the valence electron concentration (VEC) from approximately 7.20 to 7.00 enhanced the stability of the BCC phase. SEM–EDS analyses demonstrated that the W-free alloy exhibited a typical BCC/B2 spinodal decomposition structure. At low W contents, W was largely dissolved within the matrix, whereas at intermediate and high W contents, W-rich phases and nearly pure W-like phases emerged. The experimental density increased from approximately 7.02 g/cm³ to 9.40 g/cm³ with increasing W content. Microhardness measurements showed that W addition increased hardness by approximately 28.5%, from 507.11 HV1 to 651.81 HV1, due to lattice distortion and solid solution strengthening mechanisms. From a tribological perspective, the W-free alloy exhibited the highest and most unstable friction coefficients under loads of 2 N and 5 N. With increasing W content, the friction coefficient gradually decreased, and the friction curves became more stable, reaching approximately 0.4. Wear rate results revealed that the specific wear rate decreased from 1.52 × 10⁻⁵ mm³/N·m to 0.82 × 10⁻⁵ mm³/N·m under a load of 2 N, and from 0.821 × 10⁻⁵ mm³/N·m to 0.433 × 10⁻⁵ mm³/N·m under a load of 5 N with increasing W content, indicating nearly a twofold improvement in wear resistance. This improvement was attributed to the formation of W-rich hard phases, increased microhardness, and the presence of lubricious oxide films formed on the surface. With increasing W content, the wear tracks became shallower and more regular, delamination decreased, and the presence of oxygen-enriched regions on the worn surfaces suggested the formation of a thin oxide layer with oxidative characteristics. Considering all findings together, it was concluded that W addition plays a decisive role in the phase stability, mechanical strength, and tribological performance of AlCoCrFeNi-based high-entropy alloys.
Benzer Tezler
- Yüksek-entropili alaşım (YEA) tasarımı anlayışı ile AlCoCrFeMoNi esaslı alaşımların üretilmesi
Production of AlCoCrFeMoNi based alloy with the high-entropy alloy (HEA) design concept
YAVUZ KURTULUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Metalurji MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN GAŞAN
- Kendiliğinden ilerleyen yüksek sıcaklık sentezi ile üretilen AlCoxCrFeNi yüksek entropili alaşım sistemindeki kobalt oranın değişiminin incelenmesi
Examination of reducing cobalt ratio in AlCoxCrFeNi high entropy alloy system manufactured by self-propagating high temperature synthesis method
MELİH YETİŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEVAT BORA DERİN
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜL İPEK SELİMOĞLU
- Yüksek entropili alcocrfeniti esaslı alaşımın pta yöntemi ile kaplanması ve özelliklerinin incelenmesi
Investigation of properties of alcocrfeniti based high entropy alloy coating deposited by pta method
İREM ÜRGEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Metalurji MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN GAŞAN
- Mekanik alaşımlama ile CoCrFeMnNi ve AgCoCrFeNi esaslı yüksek entropi alaşım tozlarının sentezlenmesi ve karakterizasyonu
Synthesization of CoCrFeMnNi and AgCoCrFeNi high entropy alloy powders via mechanical alloying and their characterization
EBRU SARIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURAK ÖZKAL
- The effect of the thermomechanical process on microstructure and mechanical properties of (CO25CR15FE20NI40)83AL17 high entropy system
Termomekanik işlemin (CO25CR15FE20NI40)83AL17 sistemindeki yüksek entropili alaşımın mikroyapı ve mekanik özelliklerine etkisi
HÜSEYİN BURAK KOCABAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Metalurji MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜL İPEK SELİMOĞLU
PROF. DR. HAKAN GAŞAN