Takı endüstrisinde kullanılan gümüş-bakır alaşımına nanopartikül ilavesinin oluşturduğu mekanik davranışların deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Günümüzde teknolojide yaşanan büyük gelişmelerle beraber üretim yöntemlerinde de dönüşüm ve yenilikler yaşanmaktadır. Içinde bulunduğumuz yüzyılda bilginin büyük bir hızla yayılarak geniş kitlelere ulaşması, teknolojinin yakaladığı güçlü ivme ve gelişim ile beraber zorlu rekabet koşulları yaratan bir piyasa ortamı yaratmaktadır. Bu durum teknolojik gelişmelere ayak uydurma zorunluluğunu getirmektedir. 20. yüzyılın sonlarındaki en büyük bilimsel ve teknik gelişmelerden biri, nanomalzemelerin ve nanoteknolojinin keşfedilmiş olmasıdır. Bu alandaki çalışmalar 21. yüzyılın ilk yıllarında yaygınlaşmış ve gelişme göstermiştir. Nanoteknolojinin bu kadar hızlı gelişim göstermesi, hem kamuda hem de özel sektörde ciddi anlamda bir araştırma ve geliştirme çabasına yol açmıştır. Nanoteknoloji ile üretilmiş malzemelerin fiziksel davranışlarında diğer normal sistemlerle üretilen malzemelerin davranışlarıyla kıyaslandığında farklı özellikler göstermektedir. Nanoteknoloji ile yeni özelliklerde yapılar üretme fırsatı doğmaktadır. Bu tez çalışmasında gümüş takı üretimi için gerekli gümüş-bakır alaşımına gümüş nanotoz ilave edilmesi halinde alaşımda meydana gelebilecek mekanik davranışlar incelenmiştir. Öncelikle gümüş nanotoz ilave edilmemiş gümüş-bakır alaşımı hazırlanmıştır. Hazırlanan alaşımdan çekme, eğme ve sertlik deneyleri için standartlara uygun numuneler hazırlanmıştır. Hazırlanan numunelerin mekanik deneyleri gerçekleştirilmiştir. Bir sonraki aşamada gümüş-bakır alaşımına belli oranlarda (%0.5, %1, %1.5, %2) 99,99 ayarında 20 nm ölçeğinde gümüş nanotoz ilave edilmiştir. Hazırlanan alaşımlardan standartlara uygun deney numunleri hazırlanarak mekanik testleri gerçekleştirilmiştir. Nanotoz ilaveli ve ilavesiz deney numunelerinin sonuçları karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre gümüş-bakır alaşımına ilave edilen nanotoz oranlarına göre farklı maksimum çekme dayanımları, uzama miktarları, sertlik değerleri ve eğilme kuvvetleri gözlenlenmiştir. Nümerik analiz için Sonlu Elemanlar Metodu uygulanmıştır. ANSYS Workbench yazılımı kullanılarak statik analiz işlemi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen verilerde çekme deneyinde elde edilen maksimum çekme dayanımlarına yakın gerilim değerleri bulunmuştur. Yapılan tüm testlerin sonucuna göre gümüş-bakır alaşımına düşük oranlarda (%0,1, %0,5 vb.) nanotoz ilave edilmesi daha verimli sonuçlar elde edilmesini sağlamaktadır. Büyük oranlarda nanotoz ilave edilmesi (%1 ve daha fazlası) sünek yapıdaki alaşımı gevrek malzeme haline getirerek kırılgan bir yapıya dönüştürmektedir. Bu durum bazı gümüş takı üretim tekniklerinde uygulamayı zorlaştırmaktadır.

Today, with significant technological developments, there are also transformations and innovations in production methods. In the century we live in, the rapid spread of information and its reach to large masses, together with the strong acceleration and development of technology, creates a market environment that makes challenging competitive conditions. This situation brings the necessity of keeping up with technological developments. One of the greatest scientific and technical developments of the late 20th century was the discovery of nanomaterials and nanotechnology. Studies in this area became widespread and developed in the first years of the 21st century. The fast development of nanotechnology has led to a severe research and development effort in the public and private companies. The physical behavior of materials produced with nanotechnology shows different characteristics when compared to the conduct of materials made with other standard systems. With nanotechnology, the opportunity to create structures with new properties arises. This thesis study investigates the mechanical behavior that may occur in the silver-copper alloy, which is required to produce silver jewelry when silver nanopowder is added to the alloy. First, a silver-copper alloy without silver nanopowder was prepared. Mechanical tests of the prepared samples were carried out. Samples by the standards were prepared for the prepared alloy's tensile, bending, and hardness tests. 99.99 purity, 20 nm scale silver nanopowder was added to the silver-copper alloy in certain proportions (0.5%, 1%, 1.5%, 2%). Mechanical tests were carried out by preparing test samples from the prepared alloys by the standards. The results of the test samples with and without nanopowder addition were compared. According to the results obtained, different maximum tensile strengths, elongation amounts, hardness values, and bending forces were observed according to the nanopowder ratios added to the silver-copper alloy. Numerical analysis was performed using the finite element method. Static analysis was performed using ANSYS Workbench software. In the obtained data, tensile values close to the maximum tensile strengths obtained in the tensile test were found. According to the results of all tests, adding nanopowder at low rates (0.1%, 0.5%, etc.) to the silver-copper alloy provides more efficient results. The addition of large amounts of nanopowder (1% and more) turns the ductile alloy into a brittle material and a brittle structure. This situation makes it challenging to apply some silver jewelry production techniques.