Lazer Metal Yığma Yöntemi ile Üretilen Fonksiyonel Geçişli Malzemelerde Geçiş Yüzdesinin Mekanik Özelliklere Etkisinin Araştırılması

Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje, BAP Araştırma Projesi, 2023 - 2025

Fonksiyonel Geçişli Malzemeler (FGM), farklı özelliklere sahip farklı malzemelerin aynı yapı içerisinde

kullanılmasıyla elde edilen malzemelerdir. Bu malzemelerde, malzeme bileşimindeki kademeli değişim

sayesinde malzemelerin bir ucundan diğerine sürekli ve düzgün bir malzeme geçişi sağlanır. Bu sayede,

katman ayrışması gibi sorunlar ortadan kalkar. FGM'ler toz metalürjisi, termal püskürtme, santrifüjlü

döküm, kimyasal buhar biriktirme veya fiziksel buhar biriktirme gibi geleneksel yöntemlerle

üretilebilmektedir. Ancak bu yöntemlerin geometrik sınırlamaları, yoğunluk ve çözünürlük kısıtlamaları,

yüksek enerji tüketimi ve çevre kirliliği gibi dezavantajları vardır. Son zamanlarda geliştirilen eklemeli imalat

teknolojileri, FGM'lerin üretimi için geleneksel yöntemlere göre birçok avantaj sunmaktadır. Lazer Metal

Yığma (LMY) yöntemi de bu teknolojilerden biridir ve metal bazlı FGM'lerin üretimi için uygun bir

yöntemdir. LMY yönteminde saklama haznesinde tutulan toz, taşıyıcı gaz aracılığıyla yığma kafasına

gönderilir ve burada odaklanmış lazer ile ergitilerek alt tabla veya önceki katman üzerine yığılır. Eğer toz

saklama ve taşıma sistemi uygun olarak düzenlenebilirse, yığma kafasına birden farklı toz türü değişen

bileşimsel kompozisyonlarda gönderilebilir. Ancak, eklemeli imalat prosesi gereği yüksek ve ardıl ısı

girişlerinden kaynaklı oluşabilecek mikro yapı, çatlak ve bu çatlakların malzeme yüzdesinin değişimi ile

nasıl değiştiğinin bilinmesi ve yapının mekanik özelliklerine etkisinin kontrol altına alınması gerekmektedir.

Ayrıca, FGM'lerde iç kusur, ara yüzey gerilim/gerilmeleri oluşması geleneksel malzemelere göre daha

olasıdır ve FGM tasarımı da üretimi kadar kritiktir. Bu proje çalışması ile dört farklı geçiş yüzdesine sahip

FGM yapılar tasarlanacak ve LMY yöntemi ile üretilecektir. Üretilen numunelerin yüzeyleri işlenerek yüzey

pürüzlüğünün mekanik özelliklere etkisi elimine edilecek ve sadece geçiş tasarımının mikro yapıya etkisi ile

mekanik özellikler ilişkilendirilecektir. Geçiş tasarımının neden olabileceği iç gözenek/çatlak oluşumu FGM

yapı içerisinde malzeme kompozisyonundaki değişime bağlı faz yapıları ve morfolojileri ile açıklanmaya

çalışılacaktır. Bu amaç doğrultusunda, dört farklı geçiş yüzdesine sahip FGM tasarımları için CALPHAD

algoritması kullanılarak Thermo-Calc programında termodinamik koşullar altında sıcaklığa bağlı faz

fraksiyon diyagramı ve denge dışı katılaşma yaklaşımı (Scheil-Gulliver) oluşturularak elde edilen

sonuçlarla deneysel sonuçlar açıklanmaya çalışılacaktır.