Synthesis and characterization of Ti-based bulk amorphous/nano-crystalline alloys for engineering applications

oz MÜHENDİSLİK UYGULAMALARI İÇİN TI-ESASLI IRI VE HACİMLİ/NANOKRİSTAL MALZEMELERİN ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU ABDELAL, Ali Yüksek Lisans, Metalürji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Vedat AKDENİZ Ortak Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Amdullah O. MEKHRABOV Ocak 2004, 145 sayfa Amorf ve iri ve hacimli amorf metal alaşımlar teorik mukavemetleri, yüksek sertlikleri, düşük sönümleme karakteristikleri, mükemmel aşınma özellikleri, yüksek korozyon dirençleri, soğurken düşük çekme özellikleri ve nerdeyese mükemmel dökülmüş halde yüzeyleri ve şekil verme potansiyelleri de dahil olmak üzere, çok geniş bir özellik aralığına sahip ilgi çekici yapısal malzemelerdir. Bu tez çalışmasında, Ti-esaslı iri ve hacimli amorf alaşımların modellenmesi ve üretilmesi amaçlanmıştır.Bu amaç için, iri ve hacimli cam oluşturma kabiliyetinin altında yatan teorinin anlaşılmasında pseudopotansiyel yaklaşımında alaşımların elektronik teorisi bir araç olarak kullanılmıştır. Bu yaklaşımdan çıkan sonuçlar, hem münferit olarak hem de bu konuda çalışan meslektaşlarımız tarafından öne sürülen diğer yaklaşımlarla birlikte değerlendirilmiştir. Çeşitli Ti-esaslı ikili ve üçlü sistmeler için düzenlenme enerjisi, AHM, viskozite, yanlış eşleştirme entropisi ve Rc gibi cam oluşturma parametreleri hesaplanmış, ve her durumdaki değerler karşılaştırılıp değerlendirilmiştir. Teorik hesaplamalardan çıkan sonuçların literatürdeki verilerle uyum içinde olduğu görülmüştür. Mo, Hf, Zr, B, Fe, Sn ve Be gibi Ti2Ni ikili sisteminin cam oluşturma kabiliyetini artıracağı tahmin edilen alaşım elementlerinin birçoğu, daha önce literatürdeki çalışmalarda Ti-esaslı iri ve hacimli amorf alaşımların üretilmesi için kullanılmıştır. Tezin ikinci kısmında, teorik sonuçlardan yararlanarak yüksek cam oluşturma kapasitesine sahip yeni Ti-esaslı alaşımlar üretilmeye çalışılmış ve cesaretlendirici sonuçlara varılmıştır. Bu alaşımların üretimi bu konuda nispeten yeni bir teknik olarak görülen savurma döküm tekniği ile yapılmış ve elde edilen örnekler metalografik, X- ray ve termal analiz vasıtasıyla karakterize edilmiştir. Anahtar kelimeler: İri ve hacimli amorf alaşımlar, Ti-esaslı alaşımlar, cam oluşturma kapasitesi, alaşım sistemlerinin atomistik açıdan modellenmesi vı ABSTRACT SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF TI-BASED BULK AMORPHOUS/NANO-CRYSTALLINE ALLOYS FOR ENGINEERING APPLICATIONS ABDELAL, Ali M.Sc. Department of Metallurgical and Materials Engineering Supervisor: Prof. Dr. Vedat AKDENİZ Co-supervisor: Prof. Dr. Amdulla O. MEKHRABOV January 2004, 145 pages Amorphous and bulk amorphous metallic alloys are an intriguing class of structural materials and possess a range of interesting properties, including near theoretical strength, high hardness, extremely low damping characteristics, excellent wear properties, high corrosion resistance, low shrinkage during cooling and almost perfect as-cast surfaces with good potential for forming and shaping. In this study, new Ti-based bulk amorphous alloys are tried to be modeled and synthesized. mFor that purpose, electronic theory of alloys in the pseudo potential approximation was used as a tool for understanding the theory lying beneath the bulk glass forming ability (BGFA). The results from this approach were evaluated both separately and together with the other theories supposed by our colleagues. Glass forming parameters of ordering energy, AHm, viscosity, mismatch entropy, Rc was calculated for various Ti-based binary and ternary and the change in these parameters in both cases was evaluated. The results of the theoretical calculations of glass forming parameters has shown good relation with the literature data that the predicted alloying elements, i.e. Mo, Hf, Zr, B, Fe, Sn, and Be, to increase GFA for Ti2Ni binary system were generally used in the production of Ti-based bulk amorphous alloys. In the second part of this thesis, new Ti-based compositions with high GFA were tried to be synthesized with light of these results and encouraging conclusions were drawn. The production of these alloys were made with centrifugal casting method which is relatively a new technique for producing such alloys and the characterization of these alloys were made with metallographic, X-ray and thermal means. Keywords: Bulk amorphous alloys, Ti-based alloys, glass forming ability, atomistic modeling of alloys systems IV 145