Malzeme Bilgisi ( Doç. Dr. Ali GÜNDOĞDU )

GİRİŞ Genel anlamda ,ihtiyaç duyulan maddelere malzeme denir. Teknik anlamda ise, mühendislik uygulamalarında kullanılan katı maddelere malzeme adı verilir. Günümüzde kullanılan malzemeler dört ana grupta incelenir: 1. Metalik Malzemeler: Al, Cu, Zn, Fe ve Ni gibi saf metaller ile bir metalin diğer elementlerle oluşturduğu çelik (Fe–C), pirinç (Cu–Zn) ve bronz (Cu–Sn) gibi alaşımlardır.

2. Seramik Malzemeler: Genelde metallerle metal olmayan elementlerin oluşturduğu Al O , MgO, 2 3 SiO , Al Si O (OH) ve SiC gibi inorganik kimyasal 2 2 2 5 4 bileşikler veya böyle bileşiklerin cam, tuğla, beton ve porselen olarak adlandırılan karışımlarıdır. Cam; ana madde SiO ’nin yanında alkali ve toprak 2 alkali metal oksitleriyle bazı diğer metal oksitlerini içerir. Tuğla; kilden yapılır. Killer genelde Al O , Fe O , SiO , 2 3 2 3 2 CaO, MgO, NaO vb. içerirler. Beton; çimento ve su karışımıdır. Çimento ise; CaO, MgO gibi alkalin öğeler ve SiO , Al O ve Fe O gibi 2 2 3 2 3 hidrolik öğelerden oluşur. Betonun sertleşmesi için su gerekir. Porselen; seramikten farkı, pişirme sıcaklığı daha yüksektir. Seramik su emer ve daha dayanıksızdır. Ayrıca seramik ışığı geçirmezken porselen geçirir.

3. Organik Malzemeler: Karbonun başta hidrojen olmak üzere oksijen, azot, flor ve klor gibi metal olmayan elementlerle oluşturduğu büyük moleküllü organik bileşiklerdir. Bunlar doğal ya da yapay olabilirler. Ağaç, deri ve kauçuk olanlar doğal, poliester, polietilen, politetrafloroetilen (teflon) ve polivinilklorür (PVC) gibi plastikler de yapay olanlara örnektir. 4. Karma veya Kompozit Malzemeler: Yukarıdaki grupların farklı özelliklerini belirli ölçüde bir malzemede toplamak amacıyla değişik gruplardaki malzemelerin makro düzeyde birleştirilmesiyle oluşturulan malzemelerdir.

Örneğin; betonarme (beton+çelik), cam lifleriyle kuvvetlendirilmiş plastik (plastik+cam lifleri), metal matriksli kompozitler (metal+seramik). ¢ Malzemelerin özellikleri iç yapılarına bağlıdır. Örneğin bir malzeme çok yüksek sıcaklığa çıkartılıp soğutulduğunda mukavemeti azalır. Bu işlemle kimyasal yapı değişmez, ancak iç yapıdaki değişim mukavemeti etkiler. ¢ Malzeme seçiminde yalnızca mekanik özellikler yetmez. Bu nedenle üretilen bir parçanın özelliklerini anlamak için iç yapısına bakmak gerekir. ¢ Ayrıca kullanım sırasında da parçanın iç yapısında yapısal değişimler olabilir ve böylece parçanın davranışı etkilenebilir.

MALZEMELERİN ATOM YAPISI Malzemelerin özellikleri yapılarına bağlıdır. Bu yapılar da atomlarının cinsine, dizilişine ve birbirine bağlanış şekillerine göre değişir. Atomların malzeme içerisine dizilişleri birim hücreler yardımıyla gösterilebilir. Milyarlarca birim hücrenin belirli bir düzen içerisinde bir araya gelmesiyle malzemelerin taneleri oluşur. Bu taneler de bir araya gelerek malzemenin iç yapısı oluşur. En küçük yapı taşı atom olduğundan malzemelerin yapılarının anlaşılması atomik özelliklerinin incelenmesiyle yapılır.

ATOM YAPİSİ VE ELEKTRON DÜZENİ Bütün yapılar kimyasal elementlerden oluşur. ¢ Elementler de atomlardan meydana gelir. ¢ Bir elementin kimyasal özelliklerini taşıyan en küçük parçasına o elementin atomu denir. ¢ Bir atom 3 parçacıktan oluşur: elektronlar (negatif elektrik yüklü), protonlar (pozitif elektrikle yüklü) ve nötronlardır (yüksüz ya da nötr). ¢ Atomun neredeyse tüm kütlesi çekirdekte toplanmıştır. ¢ Çekirdek proton ve nötronlardan oluşur. ¢ Protonun kütlesi yaklaşık 1,673 x 10–24 g ve nötronun kütlesi de yaklaşık 1,675 x 10–24 g’dır.

Elektronun kütlesi ise 9,11 x 10–28 g olup bu değer protonun kütlesinin yaklaşık olarak 1/1800’üne eşittir. Proton ve nötronları içeren pozitif yüklü çekirdek negatif yüklü elektronlarla sarılmıştır. Atom elektrik yükü bakımından nötrdür. Yani atomun toplam elektrik yükü sıfırdır. Elektronlarla protonların elektrik yükleri eşit, ancak zıt işaretli olduklarından nötr bir atomun elektron sayısı proton sayısına eşittir. Proton sayısı Z, nötron sayısı N ise o elementin atom numarası Z olur ve kütle numarası veya atom ağırlığı A ise Z + N ile verilir.

Bir elementin atom numarası aynı, kütle numarası farklı olan türlerine o elementin izotopları denir. Doğada bulunan elementler genelde farklı izotoplardan oluşur. Bu nedenle bir elementin atom ağırlığı izotopların ortalama ağırlığı olup, bu değer tam sayı olmayabilir. Elementlerin atom numaraları ile atom ağırlıkları veya kütle numaraları periyodik tablolarda belli bir düzene göre gösterilir.

Alkali Metals Noble Gases THE PERİODİC TABLE Alkaline Earths Main Group Halogens Transition Metals Main Group Lanthanides and Actinides Şekil 1. Periyodik Tablo

Elektron sayısı proton sayısından farklı olan atoma iyon denir. ¢ Atom dışarıdan elektron alırsa negatif yüklü iyon veya anyon, elektron kaybederse pozitif yüklü iyon veya katyon durumuna geçer. ¢ Bohr Atom Modeline göre elektronlar çekirdek etrafında yarıçapı rn olan belirli dairesel yörüngelerde dönerler. ¢ Her yörüngedeki elektronun belirli bir enerjisi vardır. ¢ Söz konusu enerji çekirdekten çekirdekten uzaklaştıkça artar ve n=∞ olduğunda, yani serbest elektron için enerji sıfır kabul edilir.

Şekil 2. Elektron kabukları

Şekil 3. Bohr Atom Modeli

Şekil 4. Enerji Seviyeleri

Buna göre bir atomun elektronlarının enerji değerleri negatif işaret taşır ve bu enerji değeri; 2 2 ¢ ? = −13,6 ×? /? ?? formülü ile belirlenir. Z: atom numarası veya proton sayısı, n=yörünge sayısı ya da baş kuantum sayısıdır. Ancak Bohr Atom Teorisi’nde bazı hatalar ve eksiklikler vardır. ¢ Daha sonra bilim adamları elektronların hem parçacık hem de dalga karakterine sahip olduklarını kanıtladılar. Modern Atom Teorisi matematiksel bağıntılarla tanımlanmaktadır.

Heisenberg ve Schroedinger’in 1920’li yıllardaki çalışmaları ve dalga mekaniğindeki gelişmeler sonucu, Modern Atom Kavramı bir takım matematiksel bağıntılarla ifade edilir hale gelmiştir. ¢ Bir elektronun yörüngesini tam olarak belirlemek mümkün değildir. Elektronun konumu ancak belirli bir olasılıkla belirlenebilir. Yani elektronun ait olduğu atomun verilen bölgesinde bulunup bulunmayacağı ancak belirlenebilir.

Söz konusu olasılık, matematiksel olarak belirli bir denklem ile gösterilebilir. Bu dalga denkleminin çözümü ile n, l, m ve m l s harfleriyle gösterilen dört kuantum sayısı elde edilir. ¢ Bu sayılar elektronun konumunu, enerji seviyesini ve dönme (spin) yönünü belirler. Baş kuantum sayısı (n): Elektronun bulunduğu enerji kabuğunu gösterir. Numaralama iç kabuktan dışa doğru yapılır. Ve n = 1, 2, 3, 4….. gibi tam sayılarla gösterilir. Bir ana kabukta bulunabilecek maksimum elektron sayısı 2n2 ile sınırlıdır.

Tablo 1. Baş kuantum sayısının gösterdiği enerji kabukları ve elektron sayıları Baş kuantum Kabuk Kabukta bununabilecek maks. 2 sayısı Elektron sayısı (2n ) 1 K 2 2 L 8 3 M 18 4 N 32 . . . . . .

Açısal kuantum sayısı (l): Bir elektron kabuğu içindeki alt kabukları veya alt enerji düzeylerini belirler. ¢ Bu sayı, orbital türünü belirler. Alabildiği değerler; l = 0, 1, 2, 3, ….(n– 1). Bu alt kabuklar rakamla gösterilebileceği gibi s(0), p(1), d(2), f(3), g(4), … gibi harflerle gösterilebilir. Açısal kuantum sayıları elektron kabukları içinde bulunan elektron bulutlarını ifade eder. ¢ n = 1 için l = 0 haline karşılık gelen orbital s ¢ n = 2 için l = 1 haline karşılık gelen orbital p ¢ n = 3 için l = 2 haline karşılık gelen orbital d ¢ n = 4 için l = 3 haline karşılık gelen orbital f

Tablo 2. İlk beş elektron kabuğu için alt kabuklar n 1 2 3 4 5 0 0,1 0,1,2 0,1,2,3 0,1,2,3,4 l s s,p s,p,d s,p,d,f s,p,d,f, g

Magnetik kuantum sayısı (m ): Atom etrafında l dolanan elektrolar, bir telden geçen elektrik akımı gibi düşünüldüğünde manyetik alan oluştururlar. Atom dış bir manyetik alana yerleştirildiğinde dış manyetik alanın etkisiyle her bir alt kabuktaki orbitaller enerji yönünden farklılaşır. Dış manyetik alan olmadığında her alt kabuktaki orbiatallerin enerjileri birbirine eşittir. Bu kuantum sayısı manyetik alanda orbitallerin yönelişi ile ilgilidir. Magnetik kuantum sayısı, orbitallerin sayısı ve uzaydaki yönelişlerini belirler. m = –l, …., 0, …., +l kadar değer alır. l ¢ Örneğin: l = 1 ise m = – 1, 0, +1 l

Bu kuantum sayısı açısal kuantum sayısı ile belirlenen her bir alt kabukta kaç tane orbitalin olduğunu gösterir. m harfi ile gösterilir. – l’den l başlayarak +l’ ye kadar 0 dahil tam sayılı değerler alabilir. ( m = –l,….0, ….+l). Her bir l l değeri için 2l+1 kadar m değeri yani orbital l vardır. s alt kabuğunda 1 orbital p alt kabuğunda 3 orbital, d alt kabuğunda 5 orbital, vb. bulunur.

Tablo 3. İlk üç elektron kabuğu için açısal ve magnetik kuantum sayıları n l m Orbital Sayısı 1 s 0 1 1 s 0 1 2 4 p -1, 0, +1 3 0 s 1 -1, 0, +1 3 p 3 9 -2,-1, 0, +1,+2 d 5

Baş kuantum sayısı n’ye kabuk, açısal kuantum sayısı l’ye ise alt kabuk da denir. ¢ Her bir kabukta (yani enerji düzeyinde) n2 tane orbital vardır. ¢ Her bir alt kabuk (2l + 1) tane orbital içerir.

Spin kuantum sayısı (m ): Elektronların kendi s ekseni etrafında dönmesi ile ilgili kuantum sayısıdır ve m ile gösterilir. s Spin kuantum sayısı, bir yöndeki dönme için +½ ve diğer yöndeki dönme için –½ değerini alır. ¢ Bu da orbitalde en fazla 2 elektronun bulunabileceği anlamına gelir. Elektronların biri saat yelkovanı yönünde dönerken diğeri ters yönde döner. ¢ Böylece her bir elektronun oluşturacağı manyetik alanlar birbirini yok edeceğinden elektronlar orbitalde kararlı bir halde dururlar.

ATOMLARARASİ VE MOLEKÜLLERARASİ BAĞLAR Malzemelerde atomları bir arada tutan bağlar, birincil bağlar ve ikincil bağlar olmak üzere iki grupta incelenebilir. Birincil bağlar oldukça kuvvetli olan metalik, iyonik ve kovalent bağlardır. Bunlar atomlararası bağlardır. ¢ İkincil bağlar ise daha zayıf olan Van der Waals ve hidrojen bağları’dır. Bunlar da moleküllerarası bağlardır.

METALİK BAĞLAR ¢ Genel olarak metallerin dış kabuklarında en fazla 3 elektron bulunur. ¢ Valens elektronları olarak bilinen bu elektronlar çekirdeğe oldukça zayıf bağlarla bağlıdırlar. ¢ Elektronların çekirdeğe kuvvetli bağlarla bağlanabilmesi için 8 tanesinin bir araya gelerek kapalı bir kabuk oluşturması gerekir. Buna oktet kuralı denir. ¢ Bu nedenle metal atomları çekirdeğe gevşek olarak bağlanan valens elektronlarını kolayca serbest bırakarak metal içerisinde bir elektron bulutu oluştururlar.

Elektron bulutu ile pozitif iyon haline geçen atomlar arasında kuvvetli bir elektrostatik çekim kuvveti sayesinde atomlar birbirine sıkıca bağlanırlar. ¢ Bu şekilde oluşan bağa metalik bağ denir (Şekil 5). ¢ Magnezyum atomları metalik bağa örnek verilebilir (Şekil 6).

Şekil 5. Metalik bağın oluşumu

Mg2+ iyonları Elektron bulutu Şekil 6. Magnezyum iyonları arasında metalik bağın oluşumu

Atomları metalik bağ ile bağlanan malzemeler, serbest elektronlara sahip olduklarından elektriği ve ısıyı iyi iletirler. ¢ Çünkü, bir metal parçasının uçlarına bir potansiyel farkı (gerilim) uygulandığında metal içerisindeki serbest elektronlar harekete geçerek bir elektrik akımı oluştururlar. ¢ Ayrıca, yeterince kuvvet ya da gerilme uygulandığında, birbirine göre kayan atom grupları arasında elektron bulutu sayesinde yeniden bağlantı sağlandığından, metalik malzemeler plastik gibi şekil değiştirmeye müsaittirler.

Atomları arasında metalik bağ bulunan malzemelerin belli başlı özellikleri aşağıdaki gibi sıralanabilir: 1. Elektrik ve ısıyı iyi iletirler, 2. Şekil değiştirmeye elverişlidirler, 3. Katı halde kristal yapıya sahiptirler, 4. Işığı yansıtırlar.

IYONİK BAĞ Bu bağ, metal atomları ile metal olmayan elementlerin (ametaller) atomları arasında oluşur. Metal olmayan element atomlarının dış kabuklarında bulunan elektron sayısı, metal atomlarının dış kabuklarında bulunan elektron sayısından daha yüksektir. Yani ametal atomları metal atomlarından daha fazla valens elektronuna sahiptir. Örneğin dış kabuğunda 7 elektron bulunan klor (Cl) atomu, bu kabuğunu doldurmak veya kararlı bir yapıya sahip olmak için bir elektronu rahatlıkla kabul eder. Klor bir elektron alınca elektron sayısı proton – sayısından bir fazla olacağından – 1 yüklü Cl haline geçer.

Klor atomları, bir metal olan sodyum (Na) atomlarıyla yan yana geldiğinde, dış kabuğunda bir valens elektronu bulunan Na atomlarından Cl atomuna elektron transferi olur. ¢ Bu durum, pozitif Na+ iyonları ile negatif Cl– iyonları arasında kuvvetli bir elektrostatik çekim oluşturur. ¢ Sonuçta, yemek tuzu olarak bilinen sodyum klorür (NaCl) bileşiği meydana gelir. ¢ İyonik bağın oluşumu şematik olarak Şekil 7’de gösterilmiştir.

Şekil 7. İyonik bağın oluşumu ve NaCl bileşiği

NaCl bileşiği hem Na’dan hem de Cl’den farklı özelliklere sahiptir. ¢ Şöyle ki, yiyecek maddesi olarak kullanılan tuz (NaCl) zararsız olmasına karşın, Cl zehirlidir. Na ise çok reaktif bir maddedir. ¢ İyonlaşma ile oluşan iyonik bağ oldukça kuvvetlidir. ¢ Atomları iyonik bağlarla bağlanan malzemelerde elektronlar sıkıca tutulduklarından bu maddelerin elektriksel iletkenlikleri, serbest elektron bulutuna sahip metalik malzemelerin iletkenliklerinden çok daha düşüktür. ¢ Atomları iyonik bağlarla bağlanan malzemeler oldukça kırılgandır. ¢ Çünkü iyon düzlemlerinin birbiri üzerinden kayması durumunda, farklı iyonların elektrik alanları birbiriyle zıtlaşır ve oluşan itme kuvvetleri malzemenin kırılmasına neden olur.

KOVALENT BAĞ ¢ Elektron çifti bağı olarak da adlandırılan bu bağın en önemli özelliği, elektronların sıkıca tutulması ve komşu atomlar tarafından eşit olarak (ortaklaşa) paylaşılmasıdır. ¢ Bazı element atomları bir veya iki elektronunu komşu atomlarla paylaşarak daha kararlı bir yapı oluştururlar. ¢ Örneğin atom numarası 7 olan azotun (N) dış kabuğunda 5 elektron bulunur ve bu kabuğun doldurulabilmesi için 3 tane daha elektrona ihtiyacı vardır. ¢ Öte yandan, hidrojen (H) atomunun dış kabuğunda ise yalnızca 1 elektron vardır. ¢ Kararlı bir yapının oluşumu için N ve H, Na ve Cl’den daha farklı davranır. ¢ Yani, 1 N atomu, 3 H atomunun elektronlarını paylaşır, buna karşılık kendi 3 elektronunu H atomlarıyla paylaşarak amonyak (NH ) bileşiğini oluşturur. 3 ¢ Bu durumda iyon oluşmaz, paylaşılan elektronlarla pozitif yüklü çekirdek arasında oluşan çekim kuvvetinden dolay kuvvetli bağ oluşur (Şekil 8).

Şekil 8. Kovalent bağın oluşumu

Kovalent bağ daha çok gaz moleküllerinin atomları arasında meydana gelir. ¢ Ancak seramik malzemelerinin çoğu da kovalent bağlarla bağlıdır. ¢ Atomları arasında kovalent bağ bulunan malzemelere tipik bir örnek de elmas kristalidir. ¢ Elmas kristalinde dört yüzeyli bir prizmanın merkezinde bulunan her bir karbon atomu dört elektronundan her birini komşu atomlarla paylaşır. ¢ Elmas kristalinin karbon atomları arasındaki kovalent bağlar Şekil 9’da gösterilmektedir.

(a) (b) Şekil 9. (a) Grafit, (b) Elmas’ın yapısı

Kovalent bağ 4 valens elektronlu yarı iletkenlerde de görülür. ¢ Örnek olarak silisyum verilebilir. Silisyum atomları arasındaki kovalent bağın oluşumu aşağıdaki gibidir: (a) (b) Şekil 10. (a) Silisyum atomu ve (b) silisyum atomları arasında kovalent bağ oluşumu

VAN DER WAALS BAĞİ Bir moleküldeki elektronlar sürekli hareket ettiğinden çarpışmalar veya elektriksel çekim kuvveti etkisiyle herhangi bir anda elektronların molekülün bir bölgesinde yığılma olasılığı vardır. ¢ Böyle bir durumda, apolar olan bir molekül kısa süreliğine polarlaşır ve bir anlık dipol oluşur. ¢ Bir molekülde oluşan anlık dipol yakında bulunan başka bir moleküldeki elektronu da etkiler ve bu molekülde de dipol oluşur. ¢ Bu dipol, indüklenmiş dipol olarak adlandırılır. ¢ Anlık dipol ve indülenmiş dipoller arasındaki etkileşim moleküllerarası çekim kuvvetlerinin oluşmasına neden olur. ¢ Bir tür Van Der Waals etkileşimi olan bu çekim kuvvetleri London kuvvetleri olarak adlandırılır.

London kuvvetleri, geçici zayıf bağlara sebep olduğundan sadece bu tür bağları içeren apolar maddeler genelde oda sıcaklığında gaz halinde bulunur. ¢ Ancak çok düşük sıcaklıklarda ve yüksek basınç altında London kuvvetleri CO2 gibi apolar maddelerin katı ya da sıvı halde kalmasını sağlayabilir. ¢ London kuvvetleri, apolar maddelerin birbiri içinde çözünmesinde de etkilidir. ¢ Apolar moleküllerden oluşan iyodun, yine apolar moleküllerden oluşan brom sıvısı içerisinde çözünmesi London kuvvetleriyle açıklanabilir. ¢ Aslında London kuvvetleri polar moleküller arasında da söz konusudur (NaCl ve H O gibi). Ancak bu 2 kuvvetler diğer Van Der Waals bağları yanında çoğu zaman ihmal edilebilecek kadar küçüktür.

Van Der Waals bağı özellikle plastik malzemelerin özelliklerini büyük ölçüde etkiler. ¢ Bir plastik malzeme olan zincir yapılı polivinil klorür (PVC) çok sayıda molekül içerir (Şekil 11)

Şekil 11. PVC’de polimer zincirine bağlanan klor atomları negatif, hidrojen atomları ise pozitif olarak yüklenmiştir. Zincirler birbirlerine zayıf Van der Waals bağı ile bağlanmıştır.

HİDROJEN BAĞİ Hidrojen bağı, bir molekülde oksijen, azot veya flor gibi elektronegatif bir atoma bağlı hidrojenin kısmi artı yükle yüklenmesi sonucu, başka veya aynı moleküldeki elektonegatif atom ile yaptığı kuvvetli bağdır. ¢ Van der Waals kuvvetinden güçlü olmasına karşın, tipik hidrojen bağı iyonik bağ ve kovalent bağdan daha güçsüzdür. ¢ Proteinler ve nükleik asitler gibi makromoleküller içinde, aynı molekülün iki parçası arasında var olabilir. ¢ Hidrojen bağı ismi, bağın bir hidrojen atomunu kapsamasından gelir. Genelde bağ, hidrojenin flor, oksijen ve azot gibi elektronegatifliği yüksek atomlarla yapmış olduğu kuvvetli bir etkileşim türüdür.(Sadece F, O, N ile H atomu arasında oluşabilir)

Eğer hidrojen bağı iki atom arasında ortak kullanılıyor ise meydana gelen iki molekül arasındaki bağ zayıf bir bağdır. ¢ Hidrojen bağları genellikle oksijen ve azot gibi negatif elektrik yüklü atomlarla diğer bir negatif yüklü atomlara kovalent olarak bağlanmış hidrojen atomları arasında oluşan bağlardır. ¢ Dipol dipol etkileşmesinin kimyadaki en bariz örneğini teşkil eder. ¢ Hidrojen Bağı Van der Waals bağından güçlüdür, molekülleri arasında daha güçlü etkileşim olan maddenin kaynama noktası daha yüksektir. ¢ Bu yüzden hidrojen bağı içeren maddelerin erime – kaynama noktaları Van der Waals bağı içeren maddelere göre daha yüksektir. ¢ İki farklı molekül birbirleriyle hidrojen bağı oluşturabilir.

Şekil 12. (a) Sudaki Hidrojen bağları (b) Karboksilli asitlerde Hidrojen bağları

KRİSTAL YAPILAR Malzemeler yapılarına göre kristal yapılı malzemeler ve kristal yapılı olmayan malzemeler olarak iki gruba ayrılabilir. ¢ Kristal yapılı olmayan malzemelere amorf veya camsı malzemeler de denir. ¢ Kristal yapılı malzemelerde atomlar üç boyutlu olarak belirli bir düzene göre dizilerek bir hacim kafesi oluştururlar. ¢ Kristal yapılı olmayan malzemelerde ise genelde bir düzen söz konusu değildir. ¢ Kristal yapılı malzemelerin hacim kafeslerini oluşturan basit geometrik şekillere birim hücre, atom veya atom gruplarının bulunduğu yerlere de kafes noktası denir. ¢ Bir kristal yapıda bütün kafes noktaları özdeştir. ¢ Birim hücrenin kenar uzunlukları kafes parametresi olarak adlandırılır.

Doğada bulunan yedi değişik kristal sistemi ile bunların geometrik özellikleri ve kafes türleri Tablo 4’de, birim hücreleri de Şekil 13’de gösterilmiştir. Kristal Eksenel uzunluklar ve Kafes türü sistemi açılar Basit Kübik a = b = c, α = β = γ = 90o Hacim merkezli Yüzey merkezli a = b ≠ c, α = β = γ = 90o Basit Tetragonal Hacim merkezli Basit a ≠ b ≠ c, α = β = γ = 90o Hacim merkezli Ortorombik Yüzey merkezli Taban merkezli Rombohedral a = b = c, α = β = γ ≠ 90o Basit o a = b ≠ c, α = β = 120 , γ = Hegzagonal 90o Basit Basit Monoklinik a ≠ b ≠ c, α = β = 90o ≠ γ Taban merkezli Triklinik Basit

Şekil 13. Kristal kafes yapılarının birim hücreleri

Metal malzemeler çok özel durumlar dışında daima kristal yapıya sahiptirler. ¢ Metaller genelde hacim merkezli kübik (HMK), yüzey merkezli kübik (YMK) ve sıkı düzenli hegzagonal (SDH) yapılara sahiptir. ¢ Diğer kristal yapı türlerine metal ve seramiklerde çok seyrek rastlanır.

BİRİM HÜCREDEKİ ATOM SAYİSİNİN BELİRLENMESİ a) Hacim Merkezli Kübik (HMK) Kafes Yapısı: ¢ HMK yapının birim hücresi ile atomların bu birim hücre içerisinde kalan bölümleri Şekil 14’de gösterilmiştir. ¢ Şekillerde görüldüğü gibi, köşelerde 8*1/8 = 1 atom ve merkezde 1 atom olmak üzere HMK kafes yapısının birim hücresinde toplam 2 atom bulunur. (a) (b) Şekil 14. (a) Hacim merkezli kübik yapının birim hücresi ve (b) atomların birim hücre içerisinde kalan bölümleri

b) Yüzey Merkezli Kübik (YMK) Kafes Yapısı: YMK yapının birim hücresi ile atomların bu birim hücre içerisinde kalan bölümleri Şekil 15’de gösterilmiştir. ¢ Bu şekillerde görüldüğü gibi, yüzeylerde 6*1/2 = 3 atom ve köşelerde 8*1/8 = 1 atom olmak üzere YMK kafes yapısının birim hücresinde toplam 4 atom bulunur. (a) (b) Şekil 15. (a) Yüzey merkezli kübik yapının birim hücresi ve (b) atomların birim hücre içerisinde kalan bölümleri

c) Sıkı Düzenli Hegzagonal (SDH) Yapı: SDH yapının birim hücresi ve birim hücredeki atomların düzeni Şekil 16’da gösterilmiştir. ¢ 12*1/6 = 2 atom, içerde 3 atom ve taban merkezlerinde 2*1/2 = 1 atom olmak üzere SDH yapının birim hücresinde toplam 6 atom bulunur. (a) (b) Şekil 16. (a) Sıkı düzenli hegzagonal yapının birim hücresi ve (b) bu birim hücredeki atomların düzeni

KOORDİNASYON SAYİSİ ¢ Koordinasyon sayısı, belirli bir atoma temas eden veya en yakın konumda bulunan komşu atomların sayısını ifade eder. ¢ Bu sayı, atomların ne kadar sıkı paketlendiklerini veya hangi yoğunlukta dizildiklerini gösterir. ¢ Kristal yapılı malzemelerde koordinasyon sayısı kafes yapısına bağlıdır. ¢ Şekil 17’de verilen birim hücreler incelendiğinde, basit kübik (BK) yapının koordinasyon sayısının altı, hacim merkezli kübik (HMK) yapının koordinasyon sayısının sekiz, yüzey merkezli kübik (YMK) yapının koordinasyon sayısının ise sözü edilen sayının en yüksek değeri olan on iki olduğu görülür. Bu da kübik sistemde en yoğun atom dizilişinin YMK yapıda meydana geldiğini gösterir.

Basit kübik yapı Hacim merkezli kübik yapı Yüzey merkezli kübik yapı Şekil 17. Basit, hacim merkezli ve yüzey merkezli kübik yapılarda atomların paketlenme düzenleri

ATOMSAL DOLGU FAKTÖRÜ ¢ Atomsal dolgu faktörü (ADF), kristal kafes yapısındaki doluluk oranını gösterir ve birim hücredeki atomların toplam hacminin birim hücrenin hacmine bölünmesiyle bulunur. ¢ Bu faktör, kristal yapılı malzemelerin hacim kafesindeki atomların ne kadar sık dizildiklerini göstermek için kullanılır. ¢ a) Hacim Merkezli Kübik (HMK) Yapıdaki Atomsal Dolgu Faktörünün Belirlenmesi ¢ Bunun için önce söz konusu yapıda kafes parametresi ile atom yarıçapı arasındaki ilişkinin belirlenmesi gerekir. ¢ Bu ilişki Şekil 18’de görüldüğü gibi HMK yapının birim hücresinden yararlanarak belirlenebilir.

Şekil 18. HMK yapıda kafes parametresi ile atom yarıçapı arasındaki ilişkinin gösterimi ¢ Bu şekilde a kafes parametresini, r ise atom yarıçapını gösterir. ¢ Birim hücreden çıkarılan DAG dik üçgenine göre, ? ? ? (??) = ? + (? ?) bağıntısı yazılarak gerekli işlem ? ? yapılırsa ? = olarak bulunur. ? ¢ Bu bağıntı, HMK yapıda atom yarıçapı ile kafes parametresi arasındaki ilişkiyi gösterir. ? ? ¢ Bir atomun hacmi, ????? = ?? formülü ile belirlenir. ?

Birim hücredeki atomların toplam hacmini ? ile ? gösterelim. ¢ Birim hücredeki toplam atom sayısı 2 olduğuna ?×? ? göre, ? = ?? olur. ? ? ¢ Atom yarıçapının değeri bu formülde yerine konulup gerekli işlemler yapılırsa; ? ? ? ?×? ? ? ?×? ?? ? ? ??? ? ?? ¢ ? = ?( ?) = ? = = ? ? ? ? ?? ?? ? olarak bulunur. 3 ¢ Birim hücrenin hacmi = ? olarak alınıp ilgili büyüklükler aşağıdaki formülde yerine konulduğunda;

Birimhücredeki atomlarıntoplam hacmi ¢ Atomsal dolgu faktörü (ADF) = Birimhücreninhacmi ? ? ?? ? ? ? ?,?? ? ¢ ??? = ?? = ? = ? = ?,?? olarak bulunur. ¢ Bulunan bu sonuç, HMK yapının veya bu yapıya ait birim hücrenin %68’inin atomlarla dolu, %32’sinin ise boş olduğunu gösterir. ¢ b) Yüzey Merkezli Kübik (YMK) Yapıdaki Atomsal Dolgu Faktörünün Belirlenmesi: ¢ Önce YMK yapıda atom yarıçapı ile kafes parametresi arasındaki ilişkinin belirlenmesi gerekir. ¢ Bu ilişki Şekil 19’daki birim hücreden yararlanılarak çıkarılabilir.

Şekil 19. YMK yapıda kafes parametresi ile atom yarıçapı arasındaki ilişkinin gösterimi ¢ Bu şekilde a kafes parametresi ve r atom yarıçapıdır. ¢ Birim hücreden çıkarılan DAB dik üçgenine göre ? ? ? ? ? (??) = ? +? = ?? yazılarak, ? = ? olarak ? bulunur. ¢ Bu bağıntı YMK yapıdaki kafes parametresi ile atom yarıçapı arasındaki ilişkiyi gösterir. ? ? ¢ Atomun hacmi ????? = ?? formülü ile belirlenir. ?

¢ Birim hücredeki atom sayısı 4 olduğuna göre atomların toplam hacmi; ?×? ? ? ?×? ? ??? ? ??? ¢ ? = ?( ?) = ? = bulunur. ? ? ? ? ?? ? ? ¢ Bu yapıya ait birim hücrenin hacmi ? olarak alınır. ¢ Söz konusu büyüklükler atomsal dolgu faktörünün hesaplanmasında kullanılan formülde yerine ? ??? ? ? konulursa, ??? = ??? = ? = ?,??olarak bulunur. ¢ Elde edilen bu sonuç, YMK yapının %74’ünün atomlarla dolu, %26’sının ise boş olduğunu gösterir.

KRİSTALLEŞME MEKANİZMASI Kristalleşme, sıvı durumdan katı hale geçiş olarak tanımlanır ve çekirdekleşme ve tanecik büyümesi olarak bilinen iki mekanizmayla gerçekleşir. ¢ Sıvı içerisindeki atomlar belli bir düzende bulunmazlar. ¢ Ancak bazı atomlar belli zamanlarda katı durumdaki uzay kafesine karşı gelen konumlarda bulunabilirler. ¢ Bu tür gruplaşma ya da bir araya gelme durumu sürekli olmayıp, devamlı bozulup tekrar başka konumlarda ortaya çıkabilir. ¢ Bu grupların ömürleri sıcaklığa ve grubun büyüklüğüne bağlıdır. ¢ Yüksek sıcaklıklarda atomun kinetik enerjisi de yüksek olduğundan atom grubunun ömrü kısa olur.

Birkaç atomdan oluşan atom grupları çok kararsız olurlar. ¢ Çünkü, böyle bir grubu oluşturan atomlardan herhangi birinin ayrılması durumunda o grup dağılabilir. ¢ Sıvı metalin sıcaklığı düştükçe atomların hareketi yavaşlar ve bunun sonucunda hem grup sayısı artar hem de bu grupların ömrü uzar. ¢ Malzeme içindeki atomlar hem kinetik hem de potansiyel enerjiye sahiptir. ¢ Kinetik enerji atomların hareket hızı ile ilgili olup tamamen sıcaklığa bağlıdır. ¢ Sıcaklık arttıkça atomlar aktif, yani hareketli duruma geçtiklerinden kinetik enerjileri de artar.

Atomların potansiyel enerjileri ise aralarındaki uzaklığa bağlıdır. ¢ Atomlar arasındaki ortalama uzaklık arttıkça atomların potansiyel enerjileri de artar. (Detayları gör) ¢ Katılaşma noktasında bulunan bir saf metali ele alalım. Katılaşma noktasında sıvı ve katı fazların her ikisi aynı sıcaklıkta bir arada bulunur. ¢ Bu noktada sıvı ve katı fazların içerisinde bulunan atomların kinetik enerjileri aynı olur, ancak potansiyel enerjileri farklıdır. Katı faz içerisindeki atomlar sıvı içerisindeki atomlara göre birbirlerine çok daha yakındırlar. ¢ Bu nedenle, katılaşma sırasında enerji açığa çıkar.

Sıvı durum ile katı durum arasındaki bu enerji farkına gizli ısı ya da ergime ısısı denir. ¢ Ancak, katı ve sıvı arasında bir yüzey oluşturmak için enerji gerekir. ¢ Katılaşma noktasında veya sıcaklığında bulunan saf metallerde gizli ısı ile kararlı bir sınır oluşturmaya yetecek ölçüde enerji açığa çıkmaz. ¢ Bu nedenle, kararlı bir çekirdek oluşturmak için her zaman bir miktar aşırı soğuma gerekir. ¢ Aşırı soğumanın ardından dışarı verilen gizli ısı, sıcaklığı tekrar katılaşma noktasına çıkartır. ¢ Bu durum, Şekil 20’deki soğuma eğrisinde görülmektedir.

A Ergime ya da B D katılaşma sıcaklığı C Aşırı soğuma E Şekil 20. Saf metalin soğuma eğrisi. ABDE ideal soğuma eğrisini, ABCDE de gerçek soğuma eğrisini göstermektedir.

Aşırı soğuma miktarı, gerekli yüzey enerjisini azaltan katı katkı maddeleri veya safsızlık elementleri ile azaltılabilir. ¢ Sıvı metalin sıcaklığı katılaşma noktasının altına düşünce, sıvı içerisindeki değişik nokta veya konumlarda kararlı çekirdekler oluşur. ¢ Bu çekirdekler kristalleşmeye merkezlik yapar, yani kristalleşme bu çekirdeklerin etrafında meydana gelir. ¢ Soğuma devam ettikçe daha çok sayıda atom ya mevcut çekirdeklere bağlanır ya da kendileri yeni çekirdekler oluşturur. ¢ Her çekirdek sıvı fazdan atom çekerek kendi uzay kafesi içerisinde büyür.

Kristal büyümesi üç boyutlu uzayda devam eder ve atomlar belirli doğrultularda, genellikle büyüme ekseni boyunca birbirlerine bağlanırlar. ¢ Bu büyüme olayı dentrit olarak adlandırılan ve ağaç dalına benzeyen karakteristik bir yapının oluşmasına neden olur. ¢ Her çekirdek tesadüfen oluştuğundan kristal eksenleri gelişi güzel sıralanır ve dolayısıyla dentritler farklı doğrultularda büyürler. ¢ Sıvı miktarı azaldıkça dentrit kolları arasındaki boşluklar dolar ve dentritlerin büyümesi komşu dentritler tarafından engellenir. ¢ Bu durum, dentritlerin veya kristallerin düzensiz biçimde görünmelerine neden olur.

Kristallerin birbirine temas etmeleri sonucunda oluşan çizgilere tane sınırları adı verilir ve bu sınırlar taneleri birbirinden ayıran ara yüzeyleri gösterirler. ¢ Tane sınırlarındaki atomların belirli bir yerleşim düzenine sahip olmamaları nedeniyle bu bölgelerde kristal olmayan (amorf) yapılar oluşur. ¢ Geri kalan sıvının en son tane sınırlarına karşı gelen yüzey bölgelerinde katılaşması nedeniyle de tane sınırlarındaki safsızlık elementi oranı nispeten yüksek olur. ¢ Çekirdekleşmeden başlayıp tane yapısının oluşumuna kadar geçen kristalleşme aşamaları şematik olarak Şekil 21’de gösterilmiştir.

Şekil 21a. Çekirdekleşme ve dentrit büyümesi şeklinde meydana gelen kristalleşmenin şematik gösterimi

Şekil 21b. Çekirdekleşme ve dentrit büyümesi şeklinde meydana gelen kristalleşmenin şematik gösterimi

MALZEMELERİN DEFORMASYONU Malzemeler, uygulanan kuvvetin büyüklüğüne göre elastik ve plastik olmak üzere iki çeşit deformasyona maruz kalır. ¢ Elastik Deformasyon ¢ Elastik şekil değiştirme, genel olarak kuvvet uygulanan malzemeye ait atomların komşularından ayrılmadan aralarındaki uzaklığın değişmesi anlamına gelir. ¢ Uygulanan kuvvetin ortadan kalkması durumunda cisim eski boyutlarına geri dönüyorsa bu cisimde meydana gelen şekil değişimine elastik deformasyon denir.

Elastik deformasyonun iyi anlaşılabilmesi için atomlar arasındaki bağların bir yay gibi davrandıkları ve şekil değişimi sırasında kopmadıkları düşünülebilir. ¢ Yay gibi davranan atomlar arası bağ Şekil 22’de, kristal yapılı malzemelerde elastik deformasyonun meydana gelişini gösteren şematik diyagram da Şekil 23’de verilmiştir. Şekil 22. Atomlar arası bağın şematik gösterimi

Gerilmesiz Çekme gerilmesi Basma gerilmesi Gerilme kaldırıldıktan durum uygulandığında meydana uygulandığında meydana sonraki durum gelen durum gelen durum Şekil 23. Çekme ve basma gerilmeleri uygulanan kristal yapılı bir malzemenin birim hücresinde elastik deformasyonun meydana gelişini gösteren şematik diyagram

Plastik Deformasyon ¢ Uygulanan gerilmenin malzemenin elastiklik sınırını aşması durumunda meydana gelen kalıcı şekil değişimine plastik deformasyon denir. ¢ Plastik şekil değiştirme yeteneği, malzemeleri birbiriyle karşılaştırmak için kullanılan karakteristik özelliklerin başında gelir. ¢ Haddeleme, presleme, markalama, dövme, derin çekme, tel çekme ve ekstrüzyon gibi şekil verme işlemleri malzemenin plastik şekil değişimi ile ilgilidir. Detayları gör ¢ Şekillendirme işlemlerinin doğru yapılabilmesi için plastik deformasyon mekanizmaları ile malzemelerin davranışlarının iyi bilinmesi gerekir.

ALAŞIMLAR En az biri metal olmak üzere iki veya daha fazla kimyasal elementten oluşan ve metal özelliği gösteren maddelere Alaşım denir. ¢ İki elementten oluşan sisteme iki bileşenli veya ikili alaşım sistemi, üç elementten oluşan sisteme ise üçlü alaşım sistemi adı verilir. ¢ Doğada en yaygın olarak bulunan 45 adet metal 990 adet ikili ve 14000 adet de üçlü sistem oluşturur. ¢ Kimyasal bileşim %1 oranında değiştirildiğinde her bir ikili sistemden 100 adet farklı alaşım elde edilir. ¢ Ticari alaşımların çoğu çok sayıda element içerir. ¢ Bu hususlar dikkate alındığında mevcut elementlerle sonsuza yakın sayıda alaşım yapılabileceği sonucuna varılabilir.

ALAŞIMLAR ¢ Metallerin birçoğu yeterince dayanıklı olmadıklarından veya büyük bir sertlik arz ettiklerinden, bir kısmı da kolay aşındıklarından doğrudan doğruya kullanılamazlar. ¢ Bir metale belirli oranlarda başka elementler ilave edilerek özellikleri değiştirilebilir. ¢ Bu suretle yine bir metalden farklı görülmeyen fakat tamamen ayrı özelliklere sahip yeni bir çeşit metal üretilir. ¢ Elde edilen bu metale alaşım denir. Alaşımların üretimi için iki veya daha fazla metal uygun şartlarda fırında eritilir. ¢ Bazı alaşımlar ve bileşimleri (Tablo 1’de) verilmiştir.

Tablo 5. Bazı alaşımlar ve bileşimleri Adı Yüzde Özelliği Kullanım yerleri oranları Tunç %65 Cu, Sert Çan, ev eşyası, heykel %35 Zn Pirinç %75 Cu, Parlak, paslanmaz Yapı gereçleri, %25 Zn Süs eşyası Lehim %60–%40 Sn, Kolay erir Lehim %40–%60 Pb Paslanmaz çelik %73 Fe, %18 Cr Paslanmaz Ameliyat aletleri, %8 Ni, %1 C Gıda sanayi aletleri, Mutfak eşyası Krom çeliği %98 Fe, %1 Cr, Sert, sağlam, Yaylar, %1 C esnek Doğrama takımları Mond metal %60 Ni Sert, aside Asit tankları, basınçlı %34 Cu, %6 Fe dayanaklı buhar boruları 0 Wood metal %50 Bi, %25 Pb 70 C’de erir. Elektrik sigortalarında %12.5 Sn, kullanılır. %12.5 Cd

METAL VE ALAŞIMLARIN MEKANİK ÖZELLİKLERİ Çekmeye mukavemet: ¢ Uzunluğu L ve kesit alanı S olan silindir şeklindeki homojen bir metal çubuğa gittikçe artan bir F kuvveti uygulayalım. ∆ ¢ Apsise (x ekseni) =? uzamalarını ve ordinata (y ? ekseni) kuvvetin, çubuğun kesitine oranı olan P yükünü (P=F/S) gösterirsek aşağıdaki şekilde gösterilen bir eğri elde edilir. ¢ Deneyden sonra çubuk eski uzunluğuna döndüğü müddetçe yani, şekil değişiklikleri elastik kaldıkça uzama kuvvetle orantılıdır. Buna karşılık gelen eğri parçası OM doğrusudur. Bu seviyede kuvvet kaldırılırsa, çubuk OM doğrusu boyunca tekrar eski haline döner.

Max.yük R P kopma Kuvvet Elastik M A II limit I S O Elastik uzama ( P’)Plastik uzama Şekil 24. Metal Çubuğun Çekmeye Mukavemeti Grafiği

Yük, A’ya karşılık gelen değeri aşarsa AP eğrisi elde edilir. ¢ Uzama kuvvetle orantılı olmaz. Daha çabuk meydana gelir. ¢ Bu esnada metal elastikiyetini kaybeder. ¢ Yük maksimuma ulaşınca çubuğun belli bir yerinde bir daralma görülür ve ikiye kırılır. ¢ P noktası metalin kopma yükünü, A noktası elastik limitini gösterir. ¢ Bu incelemelere dayanarak pratikte önemli olan bazı tanımlar yapılmıştır.

1-Elastik limit: Silindirik çubuğun elastikiyetini 2 kaybetmeden 10 s’de 1 mm ’sinin kg olarak 2 çekebileceği en fazla yüktür. (kg/mm ) ¢ 2-Kopma yükü: Metalin kopmadan çekebileceği en fazla yüktür. Genellikle kg/mm2 olarak verilir. ¢ 3-Kopmaya kadar uzama: Teorik olarak maksimum yüke karşılık gelen nispi uzamadır. Pratik olarak deneme çubuğunun koptuktan sonraki uzunluğunun ilk uzunluğuna oranıdır. ¢ 4-Daralma sayısı: Çubuğun başlangıç kesiti (S ) 1 ve koptuktan sonraki en küçük kesiti (S ) ise 2 ε=100.(S –S ) / S . Daralma sayısı, metalin 1 2 1 uzama yeteneğini ifade ettiğinden önemlidir.

Metaller kopma şekillerine göre 2’ye ayrılırlar: ¢ 1-Kırılganlık Kopmasına Uğrayan Metaller (Gevrek malzemeler): ¢ Bunlar da elastik bölge çok geniş olup plastik bölgeye geçmeden kopma meydana gelir. ¢ Bu metaller cam gibi sert ve kırılgan olup aynı tipte kopma diyagramı verirler. ¢ Sulanmış çelikler bu gruba girer. ¢ 2-Plastik Kopmasına Uğrayan Metaller (Sünek Malzemeler): ¢ Bu grupta plastik şekil değişimleri büyük değerlere ulaşabilir yani, metal çok küçük bir kuvvetle bile uzamaya başlar ve kolayca kopar. ¢ Bu nedenle böyle metaller, mekanik uygulamada kullanılamaz. Bakır, bakır alaşımları ve alüminyum bu guruba örnek olarak verilebilir. ¢ Alaşımlarla elde edilen diyagramların çoğu, bu iki sınırın arasında bulunmaktadır.

Uygulanan gerilmeler (yüklenme) altında; katılarda önce elastik (geri dönüşümlü) deformasyon daha sonra da ani gevrek kırılma, ya da bir plastik (kalıcı) deformasyonu takip eden sünek kırılma oluşur. Seramikler ve camlar gevrek kırılma, metaller ve polimelerler sünek kırılma davranışı gösterirler.

Su verme (sulama): ¢ Metallerin belli bir sıcaklığa kadar ısıtıldıktan sonra birden bire soğutulmasına dayanan işleme su verme denir. ¢ Tavlama: ¢ Metallerin belli bir sıcaklığa kadar ısıtıldıktan sonra yavaş bir şekilde soğutulmasına denir. ¢ Sulanmış bir metal ile tavlanmış bir metal arasında genellikle büyük farklar vardır. ¢ Metale su verilmiş çelik çok sert olup çabuk kırılır. Buna karşılık tavlanmış çelik kolayca işlenebilir. ¢ Ancak bazı hallerde bu iki işlem istenmeyen sonuçlar verebilir. ¢ Bu durumda metal daha düşük bir sıcaklığa kadar yavaş yavaş ısıtılır ve aniden soğutularak istenilen özellik elde edilebilir. Bu işleme menevişleme denir.

METALLERİN KOROZYONU ¢ Metallerin hemen hepsi doğada bileşik halinde bulunurlar. ¢ Bu bileşiklerden ilave malzeme, enerji, emek ve bilgi ile metaller veya alaşımlar üretilir. ¢ Üretilen metal ve alaşımlar ise tekrar karalı halleri olan bileşik haline dönme eğilimi gösterirler. ¢ Bu nedenle metaller, içinde bulundukları ortamın bileşenleri ile reaksiyona girerek önce iyonik duruma, sonra da bileşik haline dönmeye çalışırlar. ¢ Bu reaksiyon sonucunda da metalik malzemeler kimyasal değişime veya bozunmaya uğrarlar. ¢ Bir başka deyişle, metallerin fiziksel, kimyasal, mekaniksel ve elektriksel özelliklerinde istenmeyen bazı değişiklikler bir takım zararlara yol açar.

Hem metal malzemelerin bozunma reaksiyonuna hem de bu reaksiyonun neden olduğu zarara korozyon denir. ¢ Genel anlamda ise, ortamın kimyasal ve elektrokimyasal etkilerinden dolayı metal malzemelerde meydana gelen hasara korozyon denir. ¢ Korozyon, esasında metal malzemelerin içinde bulundukları ortamla reaksiyona girmeleri sonucunda dışarıdan enerji vermeye gerek olmadan kendiliğinden meydana gelir. ¢ İçinde su bulunan ortamlarda meydana gelen korozyona sulu ortam korozyonu denir. ¢ Atmosferde, toprak altında, suda ve her türlü sulu kimyasal madde içerisinde meydana gelen korozyon buna örnek olarak verilebilir.

Yüksek sıcaklıklarda gaz ortamlarında metalik malzemelerde meydana gelen korozyona ise kuru korozyon veya yüksek sıcaklık korozyonu denir. ¢ Kazanların alevle veya sıcak gazlarla temas eden bölgelerinde meydana gelen korozyon da bu tip korozyona örnek olarak verilebilir. ¢ Korozyon büyük zararlara yol açarak önemli israf kaynaklarından birini oluşturur. ¢ Korozyon nedeniyle meydana gelen malzeme, enerji ve emek kaybının yıllık değeri ülkelerin gayri safi milli gelirinin (GSMG) yaklaşık %5’i düzeyindedir. ¢ Bu değer ciddi bir ekonomik kayıp demektir.

Korozyon, maddi kaybının yanında çevre kirliliğine de yol açar. ¢ Bu nedenle, korozyon ve korozyonu önleme ilkelerinin metal malzeme kullanan her kesim ve özellikle teknik elemanlar tarafından bilinmesinde büyük faydalar vardır. ¢ Korozyonu önleme yöntemlerini doğru uygulamak suretiyle korozyon kayıpları %40’lara kadar azaltılabilir.

KOROZYON HÜCRESİ ¢ Yalnız sulu ortamdaki metallerin yüzeylerinde değil, atmosfere maruz kalan veya toprak altında bulunan metallerin yüzeylerinde de her zaman su veya değişik kalınlıklarda su filmi bulunur. ¢ Hava ve onun bir bileşeni olan oksijen gazı, atmosferle temas eden her çeşit su içerisinde belirli oranlarda çözünür. ¢ Suda çözünen oksijen gazı metal yüzeyinde indirgenerek, yani elektron alarak iyonik hale dönmeye meyleder. ¢ Eğer indirgenme için gerekli elektronlar metal tarafından sağlanırsa, elektronlarını oksijene vererek oksitlenen metalin atomları sulu iyon haline geçer ve sonuçta metal kimyasal değişime uğrar.

Sulu ortamda elektron verme (yükseltgenme, oksidasyon) ve elektron alma (indirgenme, redüksiyon) şeklinde meydana gelen reaksiyonlara Elektrokimyasal Reaksiyonlar denir. ¢ Su içinde, atmosferde ve toprak altında meydana gelen bütün korozyon reaksiyonları elektrokimyasal reaksiyonlardır. ¢ Korozyon olayı Şekil 26’da görülen korozyon hücresi yardımıyla daha iyi açıklanabilir.

Bir cevap yazın