Production and characterization of titanium (Ti) doped AlCoCuNi high entropy alloys by mechanical alloying

Bu tez çalışmasında %4-8 (at.) Ti katkılı AlCoCuNiTi yüksek entropili alaşımları farklı öğütme sürelerinde mekanik alaşımlama ile nanoyapılı toz olarak üretildi. Üretilen alaşımların mikroyapısal karakterizasyonu X-ışını kırınımı (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu/enerji dağıtıcı X-ışını (SEM/EDX) analizleri yapıldı ve ayrıca termal karakterizayonu diferansiyel termal analiz (DTA) ile yapıldı. Toz metalürjisi prosesleri sonucu oluşturulan numunelerin yüzey morfolojileri optik mikroskop (OM) ile incelendi ve ayrıca mikrosertlik analizi de yapıldı. XRD sonuçları 80-120 saat öğütmelerde intermetalik ve katı çözelti fazlarının oluştuğunu gösterdi ve ayrıca öğütme süresi arttıkça kristalit boyutunda azalma olurken kafes gerilmesinde ve dislokasyon yoğunluğunda artma olduğunu gösterdi. XRD taramasında elde edilen maksimum pik değerlerinin Scherrer denkleminde kullanarak minimum kristalit boyutu değeri %8 Ti katklı AlCoCuNiTi yüksek entropili alaşım için yaklaşık 3 nm olarak bulundu. SEM/EDX analizleri öğütme süresi arttıkça parçalanma, kırılma, topaklaşma ve kaynaklaşmalar olduğunu, partikül boyutunun küçüldüğünü ve daha homojen bir yapı oluştuğunu gösterdi. DTA analizleri düşük öğütme sürelerinde (0-30 saat) yaklaşık 565 oC sıcaklıkta AlNi3 fazının kristalleşmesini işaret eden bir ekzotermik pik gösterirken yüksek öğütme sürelerinde (30-120 saat) herhangi bir pik göstermemiştir. OM analizleri öğütme süresi 0 saatten 120 saate arttıkça partikül boyutlarında küçülmeler, daha homojen bir yapı ve boşluk miktarında azalmalar olduğunu gösterdi. Preslenen ve sinterlenen AlCoCuNiTi yüksek entropili alaşım numunelerinde öğütme süresi arttıkça yeni intermetalik veya katı çözelti fazların oluşumu sonucu mikrosertliğin arttığı gözlenmiştir. Üretilen alaşımlarda maksimum mikrosertlik değeri 120 saat öğütme ile üretilen ve 815 oC’de sinterlenen %8 Ti katkılı AlCoCuNiTi alaşım numunesinde 882 ± 20 HV olarak bulunmuştur. Elde edilen sonuçlara göre 120 saat öğütme ile üretilen %8 Ti katkılı AlCoCuNiTi alaşımın mekanik özelliklerinin bu çalışmada üretilen diğer tüm alaşımların mekanik özelliklerinden daha üstün olduğu anlaşılmıştır.
In this thesis, 4-8% (at.) Ti doped AlCoCuNiTi high entropy alloys were produced as nanostructured powder by mechanical alloying at different milling times. The microstructural characterization of the produced alloys was performed by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy/energy dispersive X-ray (SEM/EDX) analyzes, and also thermal characterization was performed by differential thermal analysis (DTA). The surface morphologies of the samples formed as a result of powder metallurgy processes were examined with an optical microscope (OM) and microhardness analysis was also performed. XRD results showed the formation of intermetallic and solid solution phases at 80-120 h milling, and also showed that as the milling time increased, the crystallite size decreased while the lattice stress and dislocation density increased. By using the maximum peak values obtained in XRD scanning in the Scherrer equation, the minimum crystallite size value was found to be approximately 3 nm for the 8% Ti doped AlCoCuNiTi high entropy alloy. SEM/EDX analyzes showed that as the milling time increased, fragmentation, breakage, aggregation and welds occurred, the particle size decreased and a more homogeneous structure was formed. DTA analyzes showed an exothermic peak indicating the crystallization of the AlNi3 phase at a temperature of about 565 oC at low milling times, while it did not show any peak at high milling times (30-120 hours). OM analyzes showed that as the milling time increased from 0 to 120 hours, there was a decrease in particle size, a more homogeneous structure and a decrease in the amount of voids. It was observed that the microhardness of the pressed and sintered AlCoCuNiTi high entropy alloy samples increased as the milling time increased as a result of the formation of new intermetallic or solid solution phases. The maximum microhardness value in the produced alloys was found to be 882 ± 20 HV1 in the 8% Ti added AlCoCuNiTi alloy sample produced by milling for 120 h and sintered at 815 oC. According to the results obtained, it was understood that the mechanical properties of the 8% Ti doped AlCoCuNiTi alloy produced by milling for 120 h were superior to the mechanical properties of all other alloys produced in this study.