KADEMELİ MİLLERİN TABİİ FREKANSLARININ RAYLEIGH VE RAYLEIGH-RITZ METODLARI İLE HESAPLANMASI

Transkript

1 KADEMELİ MİLLERİN TABİİ FREKANSLARININ RAYLEIGH VE RAYLEIGHRITZ METODLARI İLE HESAPLANMASI Erdoğan ÖZKAYA*, Ayla TEKİN**, Hüseyin Onur EKİCİ* ÖZET Bu çalışmada, bir ucu ankastre diğer ucu serbest kademeli bir mil ele alınmıştır. Milin boyuna ve enine titreşimleri incelenmiştir. Rayleigh ve Rayleigh Ritz metodu kullanılarak tabii frekanslar hesaplanmıştır. Hesaplamalar için, problemin tüm sınır şartlarını sağlayan deneme fonksiyonları önerilmiştir. Bunun sonucunda, hareket denklemini kullanmadan sistemin tabii frekansları hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar, gerçek değerlerle karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: Tabii frekans, Titreşim, Rayleigh metodu, RayleighRitz Metodu ABSTRACT In this work, variable diameter and one end clamped, and the other end free shaft was studied. I longitudinal and lateral vibrations were investigated. Natural frequencies were calculated using Rayleigh method and RayleighRitz method. For calculations, functions providing all boundary conditions of the problem were suggested. As a result natural frequencies of the system without using the equations of motion were calculated. Obtained results were compared with the real values. Key Words: Natural frequency, Vibration, Rayleigh s method, RayleighRitz method.giriş Mekanik sitemlerin incelenmesi, uygun şekilde seçilen matematik modeller yardımıyla yapılmaktadır. Matematik modelden beklenen, vereceği sonuçların gerçek mekanik sistemde tespit edilen veya gözlemlenen bir takım davranışlara mümkün mertebe yakın olmasıdır. *C.B.Ü. Müh.Fak.Mak.Müh.Böl, MuradiyeManisa, **C.B.Ü.Soma MYO SomaManisa

2 Mekanik sistemler ayrık ve sürekli sistemler olmak üzere ikiye ayrılır. Ayrık sistemlerin davranışları sonlu sayıda ve adi diferansiyel denklemden oluşan sistemler yardımıyla temsil edilirler. Bu sistemlerin çözümü için, matris metotlar kullanılabilir[]. Sürekli sistemlerin matematiksel modelinde ise, kısmi diferansiyel denklemler kullanılır. Çözümleri ayrık sistemlere göre daha karmaşıktır. Kiriş sistemleri ne tür olursa olsun (ayrık/sürekli), tabii frekanslarının hesaplanması bir çok mühendislik uygulama sahalarında oldukça önemlidir. Sistemlerin maruz kaldığı zorlama frekansı ile sistemin tabii frekansı birbirine çok yakın olursa, sistemin titreşim genliği çok fazla büyür ve bu durum sistem için çok tehlikeli olabilir. Sistemlerin frekans denklemlerinin kurulup sayısal olarak çözülmesi, uzun zaman alır. Bunun yerine, yalnızca tabii frekansı diğer sistem parametreleri cinsinden veren yaklaşık formüller kullanılması tercih edilir. Çeşitli sınır şartları altında kiriş sistemlerinin tabii frekanslarının hesaplanması için yaklaşık ve tam analizlerle ilgili bir çok çalışma mevcuttur[]. Bu çalışmada, önce Rayleigh ve RayleighRitz metodunun genel prensibi anlatılacak ve daha sonra bir ucu ankastre diğer ucu serbest kademeli bir milin tabii frekansları, Rayleigh ve RayleighRitz metodu ile hesaplanacaktır. Bulunan sonuçlar karşılaştırılacaktır..rayleigh VE RAYLEIGHRITZ METODU Rayleigh ve RayleighRitz metodu hareket denklemlerini çözmeksizin, genellikle temel frekansın bulunması için kullanılmaktadır. Metot, gerek ayrık gerekse de sürekli sistemlerde kullanılabilir. Ayrık bir sitemin m i maddesel noktası göz önüne alınsın. Maddesel noktanın yer değişimi matris notasyonuyla yazılabilir. { q ( t)} = { u} f ( t) () Burada f(t), ω frekanslı bir harmonik fonksiyondur. Kinetik enerjinin maksimum değeri, T ω T max = { u} [ m]{ u} () yazılabilir. Bu ifade referans kinetik enerji cinsinden, T * T = { u} [ m] { u} () olarak yazılabilir. Bu durumda, maksimum kinetik enerji, T = () max T *ω olarak elde edilir. Benzer şekilde, maksimum potansiyel enerji için, V max T = { u} [ k]{ u} ()

3 yazılır.() ve () ile verilen T max ve V max değerleri birbirine eşitlenip ifade düzenlenirse Vmax = T * ω () elde edilir.bu ifade Rayleigh oranını verir. Rayleigh metodu ile bulunan tabii frekans her zaman gerçek frekanstan büyük değer verir. Tahmini olarak verilen mod yapısı gerçeğe ne kadar yaklaşık ise, bulunan tabii frekans da gerçek değerine o kadar yaklaşık olur. Eşitlik durumu, sadece öz fonksiyonun kullanılması durumunda söz konusu olur. Üniform olmayan kütle ve rijitlik dağılımına sahip sürekli sistemlere ilişkin pek çok öz değer probleminin kapalı çözümünü bulmak, maalesef mümkün değildir. Ayrık sistemler için yazılan Rayleigh oranı bağıntısı(), sürekli sistemler içinde geçerlidir. Çünkü, ifadede potansiyel enerjinin maksimum değeri ile referans kinetik enerjisi geçmektedir. Fakat sürekli sistemlerde ayrık sistemlerde olduğu gibi genel ifadeler vermek mümkün olmadığından, her problem için özel formülasyon söz konusudur[]. Rayleigh Ritz metodunda ise herhangi bir sürekli sistemin çözüm fonksiyonuna ilişkin aşağıdaki kabul yapılır: U x) = n i= au ( () i ( x) i Görüldüğü gibi çözüm fonksiyonu olarak n terimden oluşan bir seri alınmıştır. Bu seride; u (x) ler x e bağlı fonksiyonlar; a i ler ise modları ayırt eden katsayılardır(öz vektörler). Bilindiği gibi, sürekli sistemler, aslında sonsuz serbestlik derecelidir. Ne kadar çok terim kullanılırsa, ilgili modlar için hata payı o kadar azaltılmış olur ve o kadar çok mod için öz değer bulunabilir. Rijitlik ve kütle matrislerini oluşturmak için şu ifadeler kullanılır: V a T a max * i i = = n n j= j= m k ij ij a a j j Ayrık bir sistem gibi öz değer problemi yazılırsa,, (8). (9)

4 k k k k a. = ω a m m m m a. a elde edilir. Denklem () da katsayılar determinantı sıfıra eşitlenerek ω ya bağlı dördüncü mertebeden bir denklem elde edilir: k k ω ω m m k k ω ω m m = Bu denklemin köklerinden de, tabii frekansın yaklaşık ifadeleri elde edilir. Eğer birinci ve ikinci mod için hata payları daha da azaltılmak istenirse, bu durumda üç veya daha fazla terimli bir seri yazılması gerekir. Ancak bu sefer de, hesapların gittikçe karmaşıklaşacağı unutulmamalıdır. () ()..Rayleigh ve Rayleigh Ritz Oranının Boyuna ve Enine Titreşimlere Uygulanması Boyuna titreşimde kullanılan notasyonlar şunlardır. u(x,t): Zamana ve mekana bağlı boyuna deplasman U(x): Karşılaştırma fonksiyonu m(x): Birim uzunluk başına kütle E A(x):Boyuna rijitlik. V max ve T* şu şekilde yazılabilir. L du ( x) Vmax = EA( x) [ ] dx dx L T* = m( x) U ( x) dx () Bu ifadeler () da yerine yazılırsa, elde edilir. L du ( x) EA( x) [ ] dx V dx max ω = = () L T * m( x) U ( x) dx

5 Enine titreşimde kullanılan notasyonlar şunlardır : ω (x,t): Zamana ve mekana bağlı enine deplasman U(x): Karşılaştırma fonksiyonu m(x): Birim uzunluk başına kütle I(x): Kesit eylemsizlik momenti. Enine titreşimde V max ve T* ifadeleri şu şekildedir : L d U( x) Vmax = EI( x) [ ] dx dx L T* = m( x) U ( x) dx () Bu ifadeleri () da yerine yazarsak elde edilir. L du ( x) EI( x) [ ] dx Vmax dx ω = = L T * m( x) U ( x) dx ()..Kademeli Bir Milin Boyuna Titreşimleri Bu çalışma kapsamında incelediğimiz sistem Şekil de gösterildiği gibi bir ucu ankastre, diğer ucu serbest olan kademeli bir mildir. m, A,I m/, A/,I/ L/ L/ Şekil : Ankastreserbest kademeli mil sistemi...rayleigh Enerji Metodu halde, Kullanılacak mukayese fonksiyonu bütün sınır şartlarını sağlamalıdır. O du ( L) U ( ) = ve = () dx

6 olmalıdır. Mukayese fonksiyonu olarak c keyfi bir sabiti göstermek üzere, her iki kısım için aşağıda verilen aynı mukayese fonksiyonu kullanılmıştır : x x U ( x) = c[( ) ] () L L () denkleminde ulanılmak üzere aşağıdaki integraller hesaplanmıştır : L / L / L L / L / du ( x) x 8,9EAc EA[ ] dx= EAc [ ] dx dx = L L L EA du ( x) [ ] dx EAc x dx= [ L L / L / ] L,EAc dx= L (8) (9) x x mu ( x) dx= mc [( ) ] dx=,9mc L L () L L L m mc x x U ( x) dx= [( ) ] dx=,8mc L () L L L / L / Bu değerler, () nolu ifadede yerine konulursa, L / L du ( x) EA du( x) EA[ ] dx+ [ ] dx dx L / ω = L / L m mu ( x) dx+ U ( x) dx L / dx EA =.9 ml elde edilir.rayleigh metodunda tabii frekansın yaklaşık değeri EA ω =.889 () ml olarak bulunmaktadır.tabii frekansın kesin değeri ise ω = EA G.8 ml şeklindedir. Tabii frekans için Rayleigh enerji metodu ile bulunan () değerinin gerçek frekans değerinden ω ω G olduğu görülür ve % Hata=.9 dur. Bulunan değer, gerçek değere oldukça yakındır....rayleighritz Metodu Mukayese fonksiyonu olarak ()

7 x x 8 U ( x) = a[( ) ] + a[ x Lx ] () L L fonksiyonu ele alalım. Kullanılacak bu mukayese fonksiyonu, sistemin bütün sınır şartlarını() sağlamaktadır. Bu mukayese fonksiyonuna bağlı olarak maksimum potansiyel enerji ve referans kinetik enerjisi ifadeleri aşağıdaki gibi olacaktır : V max L / L du ( x) EA du ( x) = EA[ ] dx [ ] dx + dx dx () L / a = ( aa L +.8a L ) EA L T* = L / mu ( x) dx+ L / L mu ( x) dx 9 = (.a L+.aa L +.al ) m () elde edilir. Rijitlik ve kütle matrislerini oluşturmak için, (8) ve(9) nolu ifadelerde () ve () nolu ifadeleri yerine konulursa, Vmax.88 = ( a +.8aL ) EA a L () Vmax = (.8aL +.al ) EA a EA k =.88 ; k = k =.8LEA ; k =. L EA (8) L T * = (.al.a L 9 + ) m a T * 9 = (.al.a L + ) m (9) a 9 =.ml ; m = m =.ml ; m. ml () m = elde edilir.() nolu ifadede (8) ve () da bulunan rijitlik ve kütle matrisleri konursa, tabii frekansın yaklaşık değeri bulunur. EA EA ω =.89 ω =. () ml ml Tabii frekanslar için gerçek değerler ise

8 ω EA = ω ml G,.8 G, =. EA ml olarak bulunur.karşılaştırma yapılırsa ;. mod için % Hata =,8. mod için % Hata =,8 elde edilir. Görüldüğü gibi, iki terimli bir seri kullanılması halinde temel mod için bir terimli ifadeye göre daha iyi bir değer bulundu...kademeli Bir Milin Enine Titreşimleri...Rayleigh Enerji Metodu Şekil de görülen ankastreserbest mesnetleme durumu için, dört adet sınır şartı aşağıdaki gibi olacaktır : U () = d U ( x) EI ( x) dx x= L = du ( x), = x= dx d d U ( x), ( EI ( x) dx dx x= L = () Mukayese fonksiyonu olarak c keyfi bir sabiti göstermek üzere U ( x) = c[ L x Lx + x ] () fonksiyonunu ele alınsın. Bu fonksiyon tüm sınır şartlarını sağlamaktadır. Her iki kademe için de aynı mukayese fonksiyonu önerilmiştir. Böylece süreklilik şartları da otomatik olarak sağlanmıştır. () da yerine koymak üzere aşağıdaki integralleri hesaplanmıştır. L / L / d U ( x) 9 EI[ ] dx= EIc [L Lx+ x ] dx=.8eic L () dx L L / L / L L / L / EI d U ( x) EIc [ ] dx= [L dx mu m U Lx+ x ] dx=.eic L L / ( x) dx mc [ Lx Lx x dx mc L = mc ( x) dx= L / [ Lx + Lx + Bu ifadeler, () nolu ifadede yerine konulursa, ] = x ] dx=,9mc L 9 () () ()

9 L / L d U ( x) EI d U ( x) EI[ ] dx+ [ ] dx dx L / dx EI ω = =.9 (8) L / L m ml mu ( x) dx+ L / U ( x) dx elde edilir.rayleigh metodunda tabii frekansın yaklaşık değeri EI ω =. (9) ml vermektedir....rayleighritz Metodu Şekil de görülen kademeli milin enine titreşimlerinin birinci ve ikinci öz frekanslarının yaklaşık değerlerini bulmak için, bir mukayese fonksiyonu önerelsin. Burada da yine kademeli milin her iki kısmı için aynı mukayese fonksiyonu önerilmiştir : 8 8 U ( x) = a( L x L x + x ) + a (8L x L x + x ) () Kullanılacak bu mukayese fonksiyonu, () de verilen bütün sınır şartlarını sağlamaktadır. Bu mukayese fonksiyonuna bağlı olarak maksimum potansiyel enerji ve referans kinetik enerjisi ifadeleri yazılırsa, V max L/ du ( x) EI du( x) = EI[ ] dx [ ] dx + dx () dx 9 = (.9La +.L aa L a ) EI T* = L / mu ( x) dx+ L L / L L / mu ( x) dx = (.L a +.L aa +.99L a ) m () elde edilir. Rijitlik ve kütle matrislerini oluşturmak için (8) ve(9) nolu ifadelerde () ve () nolu ifadeleri yerine konulursa, V a V a max max 9 = (.La +.L a ) EI = (.L a +.L a ) EI () 9 k =.LEI ; k = k =.L EI ; k =. L EI ()

10 T * = (.9L a +.L a ) m a T * = (.L a+.99l a ) m a m =.9L m ; m = m =.L m ; m =. 99L m () elde edilir. () nolu ifadede () ve () da bulunan rijitlik ve kütle matrisleri konursa tabii frekansın yaklaşık değeri bulunur : EI EI ω =. ω =. () ml ml () Tabii frekansın gerçek değeri ise ω EI ml G, =.99 ω G, = 9. EI ml olarak bilinmektedir. Görüldüğü gibi, her biri üç terimden oluşan iki terimli bir seri kullanılması halinde, temel mod için bir terimli ifadeye göre daha iyi bir değer bulunmuştur. Karşılaştırma yapılırsa. mod için % Hata =,. mod için % Hata =,99 olduğu görülür..sonuçlar Ve ÖNERİLER Yapılan bu çalışmada, önce Rayleigh ve RayleighRitz oranının ayrık ve sürekli sistemlere nasıl uygulanacağı anlatılmıştır. Daha sonra, bir ucu ankastre diğer ucu serbest kademeli bir milin enine ve boyuna titreşimlerinin hesaplanmasında problemin tüm sınır şartlarını sağlayan bir deneme fonksiyonu önerilmiştir. Bunun sonucunda, hareket denklemlerini çözmeden Rayleigh ve RayleighRitz metodu kullanılarak tabii frekanslar hesaplanmıştır. Yaklaşık yöntemlerle bulunan doğal frekans değerleri, analitik olarak bulunan gerçek sonuçlara oldukça yakındır. Deneme fonksiyonunun iyiliği oranında, bu yakınlık daha da artacaktır. Fakat bu yöntemin sonuçları tek değildir. Her zaman için daha iyi deneme fonksiyonları kullanılırsa, daha iyi sonuçlara ulaşmak mümkündür. Bu ilk yaklaşım hesapları, mühendislikte mekanik sistemlerin tabii frekanslarının bulunmasında kullanılır. Bu değerler ilgili problemlerin analitik çözümleriyle de bulunabilir. Ancak, bu daha fazla zaman almaktadır. Üstelik,

11 özellikle sürekli sistemlerde, bir çok problemin kapalı çözümüne ulaşabilmek mümkün olmamaktadır. Milin her iki kademesi için farklı sınır şartları kullanılarak çözüm yapıldığında, sonuçlar kesin çözüme daha yakın çıkabilir. Fakat, burada önerilen mukayese fonksiyonlarının, süreklilik şartlarını da sağlaması gerektiği unutulmamalıdır. KAYNAKLAR [] Gürgöze, M., Analitik Metotlarla Titreşimlerin Etüdü, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,İstanbul,. [] Turhan, Ö., Altınsoy, E. ve İnceoğlu, S., Üzerinde Tekil Kütle Taşıyan Kiriş,Çubuk ve Millerin Temel Frekansları İçin Rayleigh Yaklaşıkları ve Egzakt Çözümleri,S.Ulusal Makina Teorisi Sempozyumu, Gaziantep,999. [] Özkaya, E. Ve Pakdemirli, M., Değişik Sınır Şartları Altında Kiriş ve Kütle Sisteminin Nonlineer Titreşimleri,.Ulusal Makine Teorisi Sempozyumu, Yıldız Teknik Üniversitesi, Eylül 99. [] Low, K.H., Natural Frequencies of A Beam Bass System in Transverse Vibration: Rayleigh Estimation Versus Eigenanalysis Solutions, International Journal of Mechanical Sciences,. [] Low, K.H., Comparisions of Experimantal and Numarical Frequencies for Classical Beams Carriying a Mass inspan, International Journal of Mechanical Sciences, 999. [] Özkaya, E., Basit Mesnetli Çok Kütleli Kiriş ve Kütle Sisteminin Nonlineer Titreşimleri,. Ulusal Makine Teorisi sempozyumu Selçuk Üniversitesi Konya,.

12 Bor mineral ve bileşiklerinin endüstride başlıca kullanım alanları Y. Doç.Dr. Salih Uğur BAYÇA, Dr. Kemal KÖSEOĞLU ve Y. Doç Dr. Turan BATAR ÖZET Boratların ana kullanım yeri cam endüstrisidir. Bu endüstri dünya bor tüketiminin % sini oluşturur. Bor oksit, borosilikat camların, tekstil cam elyafın ve yalıtım cam elyafının önemli bir bileşiğidir. Deterjan pazarı toplam tüketimin %8 ini oluşturur. Boroksit deterjanlarda ağartıcı olarak kullanılır. Avrupa pazarı perboratın en önemli kullanıcısıdır. Seramikler boratlar için diğer önemli kullanım alanıdır. Bor oksit, antimon trioksit ile çinkoborat ve alüminahidrat malzemeye alev geciktirici olarak katılır. Düşük konsantrasyonlardaki bor bileşikleri gübrelerde mikrobesin olarak, yüksek konsantrasyonlardaki bor bileşikleri bitki öldürücü olarak kullanılır. Anahtar kelimeler: bor, boraks, kolemanit, cam, seramik, deterjan, metalurji, alev geciktirici, gübre. ABSTRACT Glass is the principal application of borates. This application is % of all used woldwide. Boric oxide is an essential component of many glasses, borosilicate glass, textilegrade glass fibre and insulation grade glass fibre. Boric oxide is used as bleacging agents in detergents. Detergents occupy 8 % of overall boroxides consumption market. The European market is the most important user of perborates Celal Bayar Üniversitesi Soma Meslek Yüksek Okulu, SomaManisa Ege Üniversitesi Ege Meslek Yüksek Okulu Dokuz Eylül Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü, İzmir.

13 . Ceramics are another important application field for borates. Borates are used for flame retardance mixing with antimon trioxide, zinc borate and alumina hidrate. In small concentrations boron compounds are used as micronutrients in fertelisers and in large concentrations boron compounds are used as herbicides. Keywords: boron, borax, colemanite, glass, ceramic, detergent, metallurgy, flame retardant, ferteliser.. GİRİŞ Dünya bor üretiminin %9 ını Türkiye ve ABD yapmaktadır. Türkiye de kolemanit, üleksit ve boraks mineralleri ve borik asit, boraks dekahidrat, boraks pentahidrat, sodyum perborat monohidrat ve susuz boraks ticari olarak üretilmekte ve üretimin büyük bir bölümü ihraç edilmektedir. ABD de kernit minerali ve borik asit, boraks pentahidrat, susuz boraks, bor oksit, sodyum metaborat, sodyum penta borat, potasyum pentaborat ve solubor gibi bor ürünleri ticari amaçlarla üretilmektedir. Dünyada bor tüketimi bölgesel olarak değişmektedir. Bor minerali Kuzey Amerika da cam, Avrupa da deterjan ve Latin Amerika ve Asya da seramik endüstrisinde kullanılmaktadır. Bor minerallerinin kullanım alanı ve miktarında ABD ve Batı Avrupa da farklılıklar gözlenmektedir, Şekil. ABD de bor tüketiminin %8 i cam, % i deterjan, %, seramik, %, tarım ve %, alev geciktirici endüstrisinde yapılmaktadır. Avrupa da boratların en büyük kullanım alanı deterjan sanayidir. Avrupa da tüketimin % i deterjan, % ü cam, % u Seramik ve % si tarım endüstrisindedir, Şekil.

14 miktar, bin ton ABD Batı Avrupa. Cam,.deterjanlar,. alev geciktirici,. tarım,.seramik,. diğer kullanım alanı Şekil.. ABD ve Batı Avrupa da borat mineralleri kullanım alanına göre miktarları Türkiye de boratların tüketimi çok düşük seviyede olup, dünya tüketiminin % 'si civarındadır. yılı itibariyle Türkiye'de borun %'si demirçelik, %'si cam ve cam elyafı, %8'i seramik ve firit, %'si deterjan, %'i kimya ve %'sı diğer sektörlerde tüketilmiştir (dtm, ). Bu çalışmada bor mineral ve bileşiklerinin miktar olarak en çok kullanıldığı veya gelecekte kullanılabileceği alanlardan bahsedilmiştir.. BORATLARIN KULLANIM ALANLARI.. Cam Endüstrisi Boratların ana kullanım yeri cam endüstrisidir. Bütün dünyada bor kullanımının % si cam endüstrisindedir. Bor oksit; borosilikat camlar, tekstil cam elyafı ve

15 yalıtım cam elyafının önemli bir bileşiğidir. Bu üç ürün cam endüstrisinde bor bileşiklerinin ana tüketim yeridir. Düz cam ve konteyner cam gibi birçok üründe az miktarda bor bileşikleri bulunabilir. Bor oksit, susuz boraks, borik asit gibi bor bileşikleri halinde veya boraks ya da kolemanit gibi mineraller şeklinde cama katılır. Bor oksit, çok kuvvetli bir flukstır, cam yapıcıdır. Diğer bir ifade ile devitrifikasyonu önler. Genleşmeyi düşürdüğünden ısıl şoklara dayanımı artırır (Roskill,999; Smith, 99).... Yalıtım cam elyafı Yalıtım cam elyafı, düz camların bileşimi ile aynı bileşimde ve lifli şekilde üretilir. Camı eritmek için borik asit veya bor oksit kaynakları katılır. Cam harmanı, fırında ºC de eritilir ve paslanmaz çelik bükme makinesinden geçirilir. Borik asit, cam yapıcıdır ve eriyiğin viskozitesini düşürerek lifleşmeye yardımcı olur. Yalıtım cam elyafı bileşimi % B O, %, SiO, %, Al O, % 8 CaO, % MgO, % Na O içerir. Yalıtım cam elyafı üretiminde bor bileşiği olan boraks pentahidrat yaygın olarak kullanılmaktadır. Yalıtım cam elyafları, inşaat endüstrisinde, bina yalıtımlarında kullanılarak, rulo halinde duvara veya tavana uygulanır. Boru, kazan ve tank kaplama, yalıtım panelleri, otomobiller ve ses yalıtım uygulamalarında kullanılır (Roskill,999; Lyday,99).... Borosilikat camlar Borosilikat camlar cama bor bileşiklerinin eklenmesiyle üretilir. Borik asit camın ısıl genleşme katsayısını düşürür. Bu yüzden ısıya direnç artar. Camın devitrifikasyonunu önleyicidir. Bor bileşikleri çizilmeye, aside dayanıklığı artırır. Yansımayı, renk ve parlaklığı artırır. Kimyasallara direnci artırır. Cam tipine göre bor oksit içeriği %, B O arasında değişir. Corning firması Pyrex camda %, B O kullanmaktadır. Bor ilavesi, bor bileşiklerinden borik asit ve bor minerallerinden boraks, kolemanit veya bunların kombinasyonları şeklinde yapılır. Pyrex camlar dondurulabilir, hızla ısıtılabilir özellikteki tava, servis tabağı ve kahve

16 pişiricilerin bünyesinde ve laboratuar camlarının yapımında kullanılır (Bolger, 99). Borosilikat camlar otomobil farları, çamaşır makinasının pencere camı, fırın kapları, mutfak seramikleri ısıya dayanıklı kaplar, endüstriyel cam seramikler, ısıya dirençli transparan camlar ve tüpler, yüksek voltaj izolatörleri, lamba camları ve sinyal camları üretiminde kullanılmaktadır. Borosilikat camlar ve alüminosilikat camlar arasında yeralan alümino borosilikat camların termal genleşme katsayısı yüksektir; ancak bunlar kimyasallara borosilikat camlardan daha iyi dayanırlar. Bu camlar uzay araçlarının camlarında kullanılır (Roskill, 999; Lyday, 99).... Tekstil cam elyafı Tekstil fiber glasın (kontinu iplik fiber glas) en önemli özellikleri, gerilmelere, darbelere ve kimyasallara yüksek mukavemeti ve hafifliğidir. Bu özelliklerden dolayı tekstil cam elyafı plastik ve kompozitlerde kuvvetlendirici olarak kullanılır. Değişik cam formülasyonları kontinu lif cam elyafı üretmek için kullanılabilir. Kolemanit minerali alkali içermez ve bu özelliği nedeniyle düşük alkali borosilikat cam (Eglass) üretiminde tercih edilir. Bor tekstil cam elyafına, kolemanit minerali veya bor bileşiklerinden borik asit olarak eklenir. Modern Eglas % oranında B O içerir. Bor oksit cama kararlılık verir. Toplam alkali içeriği, yüksek elektrik direnci sağlamak için % ile sınırlandırılmıştır. Sodyum istenmediğinden boraks ve boraks bileşikleri kullanılmamaktadır. Borik asit pahalı olduğundan sodyum içermeyen kolemanit mineralinin kullanımı tercih edilmektedir. Düşük alkali camın erimesini zorlaştırır. Bor oksit ise camın erimesini kolaylaştırır. Kolemanit minerali harmana CaO olarak da katkıda bulunur. Böylece kireç katkısı için daha az gereksinme olur. Eglas bot, uçak, otomobil gibi endüstrilerde

17 kullanılmaktadır. Eglas bir kalsiyum alüminosilikat camı olup mekanik, kimyasal ve elektrik özellikleri belirli bir dengeye sahiptir. Bu yüzden Eglas kompozitlerde kullanılmaktadır. Düşük dielektrik özelliklerine sahip yüksek gerilim cam malzemeleri, radar tarafından algılanmadığından gizlilik için değerli bir malzemedir (Roskill,999; Lyday, 99).... Fiber Optikler Fiber optik iletişim sistemleri, datanın ışık olarak çok ince fiber optiklerle uzağa iletilmesidir. Çekirdekte yüksek bir kırınım indeksine sahip camın etrafına düşük kırınımlı ince cam kaplanmasından oluşur. Çekirdek cam erimiş silikadan yapılır. Üzerine borosilikat cam kaplanır. Fiber optik, % B O, % SiO, % Al O, % Na O+K O içerir. Bor oksit, optik özelliklerin gelişmesine yardımcı olur... Deterjan endüstrisi Modern deterjanlar birçok maddeden oluşur. Bunlardan yüzey aktif maddeler (sülfonatlar), suyun yüzey gerilimini düşürür. Böylece kumaşın ıslanmasını sağlar, yağ ve diğer lekeleri kumaştan uzaklaştırır. Deterjan geliştiriciler (zeolit, Na CO, Na SiO ), sert sularda kullanıldığı zaman kalsiyum ve magnezyum iyonlarını sudan uzaklaştırır. Böylece yüzey aktif maddesinin verimini artırır. Ağartıcılar (perborat ve hipoklorit), oksidasyon ile lekeleri uzaklaştırır. Ağartma aktivatörü TEAD (tetraacetyl ethylene daimine) veya sodyum tuzları, düşük sıcaklıkta ağartma verimini artırmak için kullanılır. Dünya deterjan endüstrisinde oksijen bazlı sodyum perborat ve sodyum hipoklorit olmak üzere iki ana ağartıcı kullanılmaktadır. Avrupa da sodyum perborat ağartıcılı deterjanlar, ABD de ise hipoklorit ağartıcılı deterjanlar kullanılmaktadır. Hipokloritlerin ºC sıcaklıkta etkinliği yüksektir. Perborat ağartıcıların ise ºC sıcaklık üzerinde kullanıldıklarında etkinlikleri en yüksektir. Ancak ºC sıcaklıkta etkinliği düşüktür. Sodyum perboratın düşük sıcaklıkta etkinliği artırmak için

18 yıkama süresi veya ağartıcı miktarı artırılabilir. Günümüzde perborat ağartıcıların C sıcaklıktaki etkinliğini artırmak için aktivatörler (TEAD gibi) kullanılmaktadır. Bu konuda araştırmalar devam etmektedir. Bu ağartıcıların karşılaştırılması Tablo de verilmiştir. Tablo. Sodyum perborat ve sodyum hipoklorit ağartıcıların karşılaştırması Sodyum perborat Sodyum hipoklorit Etken madde Oksijen Oksijen Sıcaklık C de etkinliği C de etkinliği düşüktür. yüksektir. Kumaşa etkisi Kumaşa çok az zarar Kumaşa çok fazla verir. zarar verir. Renklere etkisi Boyaya (renklere) çok az Boyaya çok fazla zarar verir. zarar verir. Çevreye etkisi Çevreye çok az zararlı Çevreye çok fazla zararlı Ağartıcı özelliği olan sodyum perborat; boraks ve hidrojen peroksitin birlikte reaksiyonu sonucu elde edilen beyaz, katı, kararlı bir bor bileşiğidir. İki şekilde satışa sunulmaktadır. Sodyum perborat tetrahidrat %, aktif oksijen içerir. Tetrahidratın dehidrasyonu ile üretilen sodyum perborat monohidrat %, aktif oksijen içerir. Ağartıcılar renkli toz ve sıvı deterjanlarda kullanılmaz. Klasik toz deterjanlarda % sodyum perborat tetrahidrat bulunur. Sodyum perborat monohidrat şeklinde % kompakt formülasyonunda yer alır. Günümüzde ºC üzerindeki yıkama sıcaklığı, ºC nin altına düşmüştür. Bunda en önemli faktör polyester ve sentetik elyafların kullanımının artmasıdır. Çünkü bu maddeler düşük sıcaklıkta yıkama gerektirir. Perborat ağartıcılar, düşük sıcaklıkta daha az etkindir. Bu yüzden aynı başarıyı almak için daha yüksek konsantrasyonlar

19 gerekir (Roskill, 999). Perboratlar aktif oksijen taşır. Perborat monohidrat deterjan üretiminde perborat tetrahidratın yerini almıştır. Çünkü monohidrat, soğuk suda tetrahidrattan daha fazla çözünmektedir (Lyday,99). Son yıllarda ağartıcı aktivatörlerin girişi, perborat ağartıcıların düşük sıcaklıkta kullanımını mümkün kılmıştır. Daha düşük yıkama sıcaklığı, kullanılan perboratın tipini belirler. Sodyum perborat tetrahidrat, monohidrat yapısından daha az çözünürdür. Çözünmezlik sebebiyle ağartma verimi yeterince hızlı değildir. Bu yüzden deterjan üreticileri tetrahidrattan daha pahalı olmasına rağmen monohidratı kullanmaktadırlar. ABD de deterjanlarda klor bazlı ağartıcı kullanılmasına karşı çevresel baskı artmaktadır. Bu yüzden beyaz çamaşır deterjanlarında, perborat bazlı ağartıcılara talep artmaktadır... Sır ve emaye Sır ve emaye, sabit bir alt tabaka üzerinde erimiş ince bir cam kaplamadır. Sır ve emaye hammaddeleri pişirme sıcaklığında erimeli ve cam oluşturmalıdır. Boratlar cam yapıcıdır. Bu yüzden devitrifikasyonu önler. Boratların erime noktası ºC dir. Erime noktası silikadan düşük olduğundan düşük sıcaklıkta cam yapabilir. Böylece az bir miktar bor katkısı düşük sıcaklıkta cam oluşumunu sağlar. Borosilikat camlar kimyasal şoklara dayanıklıdır. Bu yüzden yüksek sıcaklık seramiklerinde değerlidir. Az bir miktar bor katkısı, eriyiğin viskozitesini azaltırken akıcılığını artırır. Böylece düzgün yüzey oluşur. Boratlar termal genleşme katsayısını düşürerek bünye ile cam tabaka arasında iyi bir uyum sağlar. Böylece yüzey termal şoklara dayanıklı hale gelir (Bayça, ; Stefanov, 8).... Seramik Sırları Sırlar yer karosu, duvar karosu, sofra eşyası, sıhhi tesisat seramiği, kemik porseleni ve porselen gibi seramiklerde kullanılır. Boratların sırda kullanımı suda çözünürlüğüne göre değişir. Suda yüksek oranda çözünen bor minerali boraks ve bor

20 bileşiklerinden borik asit, boraks pentahidrat gibi maddelerdir. Suda çözünen boratların sır hammaddesi olarak kullanılması durumunda bu maddeler fritleştirilmelidir. Fritleştirme, sır hammaddelerinin eritilerek suda çözünmeyen inert bir cama dönüştürülmesi işlemidir. Özellikle yer ve duvar seramiklerinde büyük miktarda frit kullanılmaktadır. Bu oran %9 a kadar çıkmaktadır. Düşük sıcaklık sırlarında bor oksit kaynakları (boraks ve borik asit) suda eriyen özellikte olduğundan frit yapılarak kullanılır. Herhangi bir sır ºC altında olgunlaşıyorsa düşük sıcaklık sırı olarak bilinir. Yüksek sıcaklık sırlarında hammaddeler, frit yapılmadan kullanıldığından suda çözünmeyen mineraller veya oksitler tercih edilir. Kolemanit minerali, B O kaynağı olup suda çözünmez, bu yüzden bazı sırlarda çok popüler hale gelmiştir (Rhodes, ; Kartal, ). Boratlar sırın kırınım indisini artırır. Parlaklığı artırarak sırın viskozitesini ve yüzey gerilimini düşürür. Sırın olgunlaşmasını hızlandırır ve düzgün bir yüzey oluşturur. Borat ilavesi mekanik dayanımı ve çizilmeye dayanımı artırır, kimyasallara ve su şoklarına dayanıklık sağlar. Sırlar ana bileşenlerine göre kurşunlu sırlar ve kurşunsuz sırlar olarak sınıflandırılır. Çoğu ham kurşunlu sırlar % kolemanit içerir. Kolemanit minerali frite gerek kalmadan sıra CaO ve B O katkısı sağlar. Seramik sırlarında kurşun kullanımı son yıllarda araştırılmaktadır. Kurşun zehirli olduğundan sofra eşyalarında kullanımı yasaklanmıştır. Bazı sırların bor oksit içeriği incelendiğinde bu oranın, kurşunlu akçinide %, kurşunsuz akçinide % 8, kurşunsuz opakta %, kristalinde % 9 olduğu görülmektedir (Roskill, 999; Stefanov, 8).... Emaye Emayeler, metallerin kaplanmasında kullanılır. Metallerin emaye ile kaplanması alt tabakayı kimyasal olarak inert, ısıya dirençli hale getirir ve dekoratif görünüm

21 sağlar. Boraks, silika ve soda ile emaye friti oluşturulur. Modern fritler % B O içerebilir. Borik asidin eklenmesi sırın daha düşük sıcaklıkta alt tabakaya kaplanmasını ve yapışmasını sağlar. Emaye fritleri, metallerin değişik bir kaplama uygulamasıdır. Fırın ve çamaşır makinası gibi beyaz eşyalar, alttaki metal yüzeyi korozyondan korumak ve dekoratif görünüm vermek için emaye ile kaplanır. Emaye fritleri hammadde harmanının eritilmesiyle yapılır. Burada elde edilen cam üründeki hammaddeler kuvars, feldspat ve borakstır. Emaye friti püskürtme, daldırma veya elektrostatik püskürtme ile uygulanır. Bor oksit, boraks, boraks dekahidrat veya boraks pentahidrat olarak hammaddeye % B O katılır. Bazı durumlarda bor oksit susuz boraks veya borik asit olarak katılır (Roskill,999)... Alev geciktiriciler Polietilenik polimerler, ev eşyaları, taşıma, elektrik mühendisliği gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Bu polimerler kimyasal bileşimi nedeniyle kolayca alevlenebilmektedir. Bu yüzden alev geciktiriciler sözkonusu polimerler için önemli bir gereklilik haline gelmiştir. Bir çok alev geciktirici madde vardır. Günümüzde bu amaçla halojen bileşikleri yaygın olarak kullanılmaktadır; ancak korozif olması, yanma ürünlerinin ve dumanının zehirli olması dikkatleri bu alana çekmiştir. Sonuç olarak bu endüstrideki sektörler, halojen içermeyen çinko borat, alüminyum hidroksit veya magnezyum hidroksit gibi alev geciktiriciler ile ilgilenmektedirler. Çinko boratlar, alüminyum hidroksit ve magnezyum hidroksit dolgulu PVA ile birlikte çalışan alev geciktiricilerdir (Bourbigot, 999). Boratlar, yanmayı geciktirici özelliğinden dolayı, cam elyafı halinde tekstil üretiminde kullanılır. Alev geciktiriciler, malzemelerin alev alabilme seviyesini azaltmak için kullanılmaktadır. Alevlenebilmenin azaltılması malzemeye alev geciktiricilerin ilavesiyle olur. Alev geciktiriciler, tutuşmayı ve alevin yayılmasını önlerler.

22 Çinkoborat, borik asit ile çinko oksidin reaksiyonu sonucu üretilen bir bor bileşiğidir. Çinkoboratın, alümina hidratlar ile birlikte alev geciktirici olarak kullanımı artmaktadır. Çünkü bu iki malzeme üretim sırasında yanarak kömür halinde halojen vermez ve yanma durumunda az bir duman ve toksik içerir. Boratlar, değişik malzemelerde alev geciktirici olarak kullanılır. Boratlar eriyerek malzemenin üzerini kaplar ve oksijenle alevin temasını keserek alev almayı önler. Çinko boratlar, plastiklerde kullanılır. Çinko boratlar, borik asit, boraks pentahidrat ve boraks dekahidrat gibi çözünen boratlar selülozik malzemelerde işlenerek kullanılır. Çinko boratın en yaygını ZnO.B O.,H O dur (Smith, 99; Acarkan, ). Son elli yılda kaplamalar ve polimerlerde alev geciktirici olarak kullanılan hidrate boratlar geliştirilmiştir. Çinko boratların, dünyada yılda birkaç bin ton civarında yaygın bir tüketimi vardır. Çinko boratların en yaygın kullanım yeri vynil plastiklerdir. Vynil plastiklerde çinko boratlar tek başlarına kullanılmakta veya plastiğe antimon oksit gibi diğer alev geciktiricilerle birlikte eklenmektedir... Tarım Bor oksit düşük konsantrasyonlarda gübrelerde mikrobesin olarak ve yüksek konsantrasyonlarda bitki öldürücü olarak iki zıt yerde kullanılmaktadır. Dökme gübrelere bor, bakır, demir, mangan, molibden ve çinko bazen kobalt elementleri mikrobesin olarak eklenir. Bor, granüller halinde dökme gübrenin harman bileşimine ve püskürtme işleminden önce sıvı gübreye eklenir. Bor eksikliğinde bitkilerde gövde kısa, yapraklar şekilsiz, kalın, kırılgan ve küçüktür. Bor eksikliği meyve ağaçlarında, kahve, tütün ve zeytin ağaçlarında bulunur. Elma ve armut ağaçları bor eksikliğinde mantar oluşturur. Mikrobesinli süper cins gübreler en az ppm bor içerir. Tarımda bor kaynağı olarak en yaygın kullanılanlar borik asit, sodyum oktaborat, boraks pentahidrat ve borakstır, Tablo.

23 Fakat kolemanit kumlu topraklarda sıkça kullanılır. Çünkü burada aşırı çözünme problemi oluşur. Tablo. Tarımda kullanılan bor ürünlerinin içeriği ve gerekli miktarları Malzeme % B O % B Gerekli miktar, kg Boraks pentahidrat 8,8,,8 Boraks minerali,,, Borik asit,,,8 Sodyum oktaborat,,, Borun az bir miktarı bitkiler için gerekli olmasına rağmen yüksek miktarı zehirlidir. Bu toksiteden dolayı boratlar bitki öldürücü olarak kullanılabilir. Ancak selektif olmadığından tarımda kullanımı sınırlıdır. Bu yüzden tarım dışı uygulamalarda, yabani otların önlenmesinde kullanılır. Boraks, testere ile kesilmiş keresteyi böceklerin saldırmasından korumak için kullanılır. Bor bileşikleri özellikle kınkanatlı böcekler için zehirlidir. Bu böcekler keresteyi bozarlar. Bazı böcekler kontrplağa saldırırlar. Ağacın kabuğu soyulduktan sonra her bir kontrplak kaplanma, tek tek sıcak bir konsantre bor çözeltisine derhal daldırılmalıdır. Borik asit ve boraks pentahidrat veya benzer formülasyon, bor içeren bileşimlerdir. İşlem keresteye ne koku ne de renk verir (Roskill, 999; Smith, 99)... Metalurji Günümüzde çelik üreticileri fluks olarak flüorit kullanmakta ve flüorit tüketimini azaltmak için basınç altında üretim yapmaktadır. Türkiye de demir çelik endüstrisinde fluks olarak florit yerine kolemanit minerali kullanımı yaygınlaşmaktadır. Boratlar demir çelik hammaddelerinin erime sıcaklığını düşürmek suretiyle tüketilen enerjide tasarruf sağlar. Cürufun akışkanlığını artırır.

24 Bor normalde ferrobor yapısında çeliklere uygulanmaktadır. Karbotermik yöntemi ile ferrobor üretimi, bor oksitin yüksek sıcaklıkta karbon ile redüksiyonu sağlanarak yapılır. Alüminotermik yöntemi ile ferrobor üretiminde, borat konsantresi, alümina ve hematit fırında eritilir ve ferrobor alaşımı elde edilir. Alümina ile indirgenmiş bor, demir ile reaksiyona girer ve %, B, yaklaşık %, Al ve %, Si içeren bir alaşım oluşur (Rhodes,, Özpeker,, Acarkan, ). Bor karbür aşındırıcı zımpara taneleri veya tozu olarak kullanılır. Ticari zımpara taneleri µm boyutlarındadır (Ulrich, ). Bor karbür tozları çelik ve diğer demir malzemelerin yüzeyini sertleştirmek için kullanılır. Bu işlem borun metal yüzeyine difüzyonu ile olmaktadır. Böylece µm ferrobor tabaka kalınlığı oluşur. Bu tabaka sert olması dolayısı ile aşınmaya dayanıklı bir Fe B tabakasıdır. Ticari EKabor tozu bu amaçla kullanılmaktadır. EKabor %9 SiC, % B C ve %NaBF içermektedir (Ulrich, )... Araçlarda yakıt Gelecekte bor bileşiklerinin araçlarda yakıt olarak kullanımı sözkonusu olabilir. Bor bileşiklerinin yakıt olarak kullanımında ekonomik ve teknik problemleri çözmeye yönelik araştırmalar devam etmektedir. Bor bileşiklerinin araçlarda yakıt yerine kullanımı yöntemlerinden ikisi şunlardır: a) bor çözeltisinden üretilen hidrojen gazının motorda yakılması, b) bor bobini ve oksijen karışımının motorda yakılması.... Bor bileşiği çözeltisinden üretilen hidrojen gazının motorda yakılması,... İşlemin teorisi (Hydrogen on demand TM ) Sodyum bor hidrür yüksek miktarda hidrojen içeren bir bor bileşiğidir. Sodyum bor hidrür su ile reaksiyona girerek bir çözelti oluşturur. Çözelti katalizör (rutenyum metalinden yapılmış) bir odadan geçirilirse hidrojen gazı ve metaborata dönüşür.

25 katalizör NaBH + H O H + NaBO + ısı Sodyum hidrojen sodyum bor hidrür gazı meta borat Reaksiyon ekzotermiktir, dolayısıyla hidrojen gazı üretimi için dışarıdan ısı vermeye gerek yoktur. Reaksiyondan çıkan ısı suyun buharlaşmasını sağlar. Böylece % izafi nemli hidrojen elde edilir. Hidrojen gazının nemli olması kendi kendine tutuşmayı azaltır. Reaksiyon inorganik olduğundan zararlı emisyon vermez. Hidrojen sadece sıvı yakıtın metal katalizör ile teması sonucu üretildiğinden hidrojen gazı depolama sorunu bulunmaz. Yakıt katalizör ile temas etmez ise çözelti inert olduğundan hidrojen üretilmeyecektir. İstenildiği anda yakıt, metal katalizörden geçirilerek istenildiği kadar hidrojen gazı elde edilir. Hidrojen gazının yarısı bor hidrürden diğer yarısı sudan gelir (Erarslan ; Millenium cell, ).... Çalışma sistemi Sodyum bor hidrür su ile reaksiyona sokularak sodyum bor hidrür çözeltisi elde edilir. Bu çözelti bir yakıt pompası ile rutenyum bir odadan geçirilerek hidrojen gazı ve sodyum metaborat elde edilir. Bir gaz/sıvı ayırıcı ile ayrılan hidrojen gazı ısı değiştiricisinden geçirilerek motora gönderilir. Sodyum metaborat ise atık olarak depolanır, Şekil.

26 katalizör Gaz / sıvı ayırıcı Saf H motora NaBH H Yakıt tankı Yakıt pompası NaBO Sıvı NaBO Atık tankı Isı değiştiricisi Şekil. Bor bileşiğinden hidrojen gazı üreten sistem (Erarslan, ). Bu sistem ile psi üzerindeki bir basınçta dakikada 8 litre saf hidrojen gazı üretebilir, Tablo. New York ta doğal gazla çalışan bir Ford Crown takside bu sistem uygulanmıştır (Millenium cell, ). Tablo. Bor çözeltisinden üretilen hidrojen gazının motorda yakılmasının avantaj ve dezavantajları Avantajları Dezavantajları Yakıt NaBH a. zehirsiz b. alev almaz c. yenilenebilir d. depolanması güvenilir ve kolay e. dışarıdan ısı gerekmez f. deposu benzin deposu ile aynı ölçüde olabilir Çok pahalı

27 g. mevcut benzinli motor kullanılabilir. Atık a. zehirsiz NaBO b. emisyonsuzdur c. Yenilenebilir d. Depolanması güvenilir ve kolay e. yanmaz, patlamaz Katalizör reaksiyonu hızlandırır Rutenyum metal... Bor bobini ile oksijen karışımının motorda yakılması, a. çok pahalı b. nadir bulunan bir metal... İşlemin teorisi Saf bor bobini (ipliği) saf oksijenle (/ oranında) bar basınç altında patlama özelliği nedeniyle motorda istenen itme kuvvetini sağlar. B (iplik) + / O ½ B O (sıvı) Reaksiyon ekzotermiktir, dolayısıyla hidrojen gazı üretimi için dışarıdan ısı vermeye gerek yoktur. Havadaki % oranında oksijen gümüş filtre ile filtrelenerek saf oksijen üretilir. Reaksiyon sonucu camsı sıvı bor oksit elde edilir (Cowan, ).... Çalışma sistemi Saf bor bobini ile saf oksijen motorda sıkıştırılınca ateşlenme sonucu bir itme kuvveti oluşur. Aracın önüne yerleştirilmiş gümüş filtre ile havadaki oksijen filtre edilerek saf oksijen üretilir. Böylece oksijen gazının depolanmasına gerek kalmaz, gerektiği zaman üretilir. Saf bor, bor oksidin termal parçalanması ile elde edilir. Sistem atığı camsı sıvı bor oksittir. Sıvı boroksit bir tankta depolanabilir. Sıvı atık C sıcaklık altında katılaşmaktadır. Böylece soğutularak katı halde de depolanabilir. Sıvı boroksit atığı tekrar işlenerek yakıt olarak kullanılabilir Tablo. Aracın hızını artırmak için iplik ve oksijen besleme hızının artırılması gerekir.

28 Motorun çalışması sırasında motorda ısınma olacaktır, bunun için mevcut hidrolik soğutma sistemi kullanılabilir (Erarslan, Cowan ). Tablo. Bor ipliği ile oksijen karışımının motorda yakılması avantaj ve dezavantajları Avantajları Dezavantajları a. zehirsiz b. alev almaz Yakıt c. yenilenebilir d. depolanması güvenilir ve kolay filtre ile oksijen gazı üretimi düzensiz Saf bor iplik e. dışarıdan ısı gerekmez f. çevre dostu g. mevcut benzinli motor bazı değişikliklerle kullanılabilir. Atık B O a. zehirsiz b. emisyonsuzdur c. Yenilenebilir d. Depolanması güvenilir ve kolay e. yanmaz, patlamaz. FİYATLAR.. Bor mineralleri Konsantre minerallerin fiyatları (son on yıldaki) aşağıda verilmiştir (Roskill,999). % B O içerikli konsantre kolemanit 9 $/t % 8 B O içerikli konsantre üleksit $/t... Bor ürünleri Bor ürünlerin fiyatları (son on yıldaki) aşağıda verilmiştir (Roskill,999).

29 Boraks dekahidrat Boraks pentahidrat Sodyum perborat tetrahidrat Susuz boraks Borik asit Sodyum borohidrit Susuz borik asit $/t $/t $/t 8 $/t 8 $/t 8 $/t $/t SONUÇ Boratlar, çok kuvvetli eritici özelliği nedeniyle, cam ve sırın ana hammaddesi silikanın çok yüksek erime sıcaklığını düşürerek ekonomik ve teknolojik avantajlar sağlar. Eriyiğin viskozitesini düşürme özelliği nedeniyle erimiş cam ve sırın akıcılığını artırır. Böylece akıcılığı yüksek olan camın şekillendirilmesinde özellikle lif (elyaf) malzemelerin şekillendirilmesinde teknolojik ve ekonomik yararlar sağlanır. Sırda ise yüksek akıcılık düzgün yüzeyli sır oluşumunu sağlar. Çok düşük ısıl genleşme katsayısı nedeniyle ısıl şoklara dayanıklı cam ve sır elde edilir. Düşük yüzey gerilim katsayısı özelliği ile sırın bünye yüzeyinde toplanma hatasını önler, yüzeye homojen yayılmasını sağlar, kristallenmeyi engellediğinden cam ve sırın saydamlığını ve parlaklığını artırır çünkü kristallenme ve camlaşma birbirine zıt kavramlardır. Önceden saydam sır üretiminde kurşunlu bileşikler kullanılmaktaydı. Ancak günümüzde özellikle sofra eşyalarında kurşun bileşiklerinin insan sağlığına zararlı etkisi nedeniyle sırda aynı özelliği (saydamlık, eriticilik) sağlayan boratlar tercih edilmektedir. Bu amaçlarla cam ve sır üretiminde kolemanit, ve boraks mineralleri ile borik asit, boraks pentahidrat, susuz boraks gibi bor bileşikleri kullanılmaktadır. Boratlar; yüksek miktarda aktif oksijen içerirler. Bu özellikleriyle deterjan endüstrisinde tercih edilir ve çamaşırdaki lekeleri oksidasyon yoluyla

30 uzaklaştırırlar. Ancak C sıcaklık altında ağartıcı etkisinin düştüğü gözlenmiş, ağartıcılığı artırmak için sodyum perborat monohidrat (SPM) ve TEAD (tetraacetyl ethylene daimine) katkısı kullanılmıştır. Sodyum perborat tetrahidrat yerine daha yüksek aktif oksijen içeren SPM ve aktivatör TEAD katkısının kullanılması sonucunda C sıcaklıkta da ağartıcı etkinin artırdığı belirlenmiştir. Diğer bir ağartıcı olan klor bazlı ağartıcıların çevreye zararlı etkisinden dolayı boraks ve hidrojen peroksit bileşiği olan sodyum perborat monohidrat ağartıcı içeren deterjanlara olan talebin gelecekte artacağı düşünülmektedir. Boratlar; meyvelerdeki bor eksikliğini giderme özelliği nedeniyle gübrelere çok az miktarda katılır. Yüksek miktarının bitkileri öldürücü etkisi olduğundan yabani otların önlenmesi için kullanılmaktadır. Böcek öldürücü özelliği nedeniyle kerestenin böceklerden korunmasını sağlar. Bor bileşiklerinden borik asit, sodyum oktaborat, boraks pentahidrat ve bor minerallerinden boraks kolemanit en yaygın kullanılan bor kaynaklarıdır. Boratlar; alev geciktirici olduklarından tekstil ve PVC malzemelerin yanmasını önler. Organik halojen içeren alev geciktiricilerin zehirli olması ve çok yüksek korozif gaz emisyonu içermeleri nedenleriyle son yıllarda borik asit ve çinko oksit bileşimi olan çinkoboratlar bu alanda tercih edilmektedir. Çinko boratlar, duman ve alev bastırıcı özelliği nedeniyle tel ve kablo üretiminde kullanılmakta, çevreye çok daha az zararlı emisyonu nedeniyle tercih edilmektedir. Bu alanda çalışmalar devam etmektedir. Gelecekte bu alanda kullanımın artacağı düşünülmektedir. Boratlar; ertici özelliği nedeniyle demirçelik ve demir dışı metallerin üretiminde erime sıcaklığını düşürerek metal oksit empüritelerini çözer, böylece cüruftan bu empüritelerin uzaklaşmasını kolaylaştırır. Eritici özelliği nedeniyle metalleri kaplayarak hava ile yüzeyin oksidasyonunu önler. Sertleştirici özelliği nedeniyle çeliklere çok az bor ilavesi çeliğin sertliğini artırır. Bor karbür; çok yüksek sertliğe sahip olması nedeniyle zımpara üretimine imkan sağlar, çelik yüzeyine difüze olarak

31 yüzeyde ince bir ferrobor tabakası oluşturma özelliği nedeniyle yüzeyin aşınma direncini artırır. Borun geleceğin yakıtı olarak değerlendirilmesi bütün dikkatleri bor minerallerine çekmektedir. Dünya bor rezervinin % tan fazlasının ülkemizde olması gelecekte Türkiye nin bu alanda çok büyük ekonomik yarar sağlayacağına işaret etmektedir. KAYNAKLAR. Roskill, 999, The Economics of Boron, roskill Information Services Ltd, london England.. Smith, R., and McBroom R., 99, Boron Compounds, Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley, Canada.. Lyday, P., A., 99, Boron, US Department of the Interior, Bureau of Mines, Washington.. Bolger, R., 99, Specialty Glass Minerals, Industrial Minerals, June, London, England.. Rhodes, D.,, Clay and Glazes for the Potter, Greenberg, Newyork.. Ulrich B.,, Boron and Boron Alloys, Ullmann s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Volume A, Germany.. Acarkan, N,, Bor Ürün çeşitleri ve kullanım alanları, I. Uluslar arası Bor Sempozyumu, Ekim, Kütahya. 8. Bayça, S., U.,, Seramik ve Üretim Teknolojisi, ders notu, CBÜ, Manisa. 9. Kartal, A. ve Gürtekin, H.,, Çeşitli bor hammaddelerinin sırın erime davranışlarına etkileri, I. Uluslar arası Bor Sempozyumu, Ekim, Kütahya.. Bourbigot, S., Bras, M.,L, Leewendal, R., Shen, K., K, and Schubert, D., 999, Recent advances in the use zinc borates in flame retardancy of EVA, Polymer Degradation and Stability, Vol:, January, Elsevier.. Stefanov, S., Batschwarow, S., 8, Ceramic glazes, Bauverlag GmbH, Wiesbaden und Berlin.

32 . Özpeker, I.,, Borat yataklarımın değerlendirilmesi, I. Uluslar arası Bor Sempozyumu, Ekim, Kütahya.. Erarslan, K. Ve Karakoç, F.,, Borlu Yakıt Sistemleri, I. Uluslar arası Bor Sempozyumu, Ekim, Kütahya.. Millenium Cell,, Hyrogen on DemandTM, Cowan, G,, Boron: A beter energy carrier than hydrogen, Dış ticaret müsteşarlığı,

33 METALİK MALZEMELERDE GERİLMELİ KOROZYON Öğr. Gör. Nurcan KUMRU * ÖZET Gerilmeli korozyon çatlaması (GKÇ), korozif çevre etkileri ve statik çekme gerilmelerinin birleşimiyle malzemelerin hasara uğramasıdır. Gerilme, uygulanan kuvvetlerden veya artık iç gerilmelerden kaynaklanabilir. Makalede GKÇ nın mekanizması, gerilimkorozyon spektrumu, çeşitli metallerin GKÇ duyarlılığı ve GKÇ nın önlenmesi için yapılabilecek uygulamalar ele alınmıştır. Anahtar Kelimeler: Gerilmeli Korozyon Çatlaması, ABSTRACT StressCorrosion Cracking is the failure of materials from the combined effects of a corrosive environment and a static tensile stress. The stress may result from applied forces or lockedin residual stress. To conclusion in this article, mechanisms of stresscorrosion cracking, the stresscorrosion spectrum, of various materials stresscorrosion cracking sensitivity and feasible applications to be prevented of SCC are considered. Key Words: StressCorrosion Cracking GİRİŞ Genel olarak korozyon; malzemelerin ortam ile oluşturduğu kimyasal ve elektrokimyasal reaksiyonların sonucu kimyasal ve fiziksel özelliklerde meydana gelen olumsuz değişimler olarak tanımlanır. Ancak bu tanımlama çok geniş bir malzeme grubunu kapsadığından bizim için önemli olan, metalik malzemelerin korozyonudur. Metalik malzemeler açısından korozyon; bir elementin sıfır veya düşük valans değerinden pozitif veya daha yüksek valans değerine yükselmesidir. Altın ve platin gibi asal metallerin haricinde, metallerin çoğu doğada oksit bileşikler halinde bulunur. Bu yüzden bir metalin en kararlı hali oksitli halidir ve metallerin oksidasyon yoluyla korozyona uğraması kaçınılmazdır. Bir malzemenin korozyonla birlikte, dış yüklerin oluşturduğu statik çekme gerilmelerinin veya artık çekme gerilmelerinin etkisi altında hasara uğramasına gerilmeli korozyon çatlaması adı verilir. GKÇ malzemede çatlaklar oluşturarak dayanımını azaltan bir korozyon şeklidir [Eryürek B, 99, ]. GKÇ nin sebep olduğu yapısal kırılma genellikle ani ve beklenmediktir. Kılcal çatlakların tespiti güç olduğundan önceden fark edilemez. Birkaç saat gibi kısa bir servis süresinde ortaya çıkabildiği gibi birkaç hafta yada uzun bir servis ömründen sonra da meydana gelebilir. Normal halde korozyon ürünleri metal yüzeyinde koruyucu bir kabuk oluşturduğu halde, gerilim altında iken kabuk oluşturamaz. Bunun sonucu olarak korozyon hızla devam ederek metalin o bölgede çatlamasına neden olur [Yalçın H, Koç T, 8]. Olay üç aşamada oluşur. Çatlak oluşumu, * C.B.Ü. SOMA MYO

34 Çatlak ilerlemesi, Zoraki kırılma. GKÇ genel olarak şu özelliklere sahiptir. a) Çekme gerilmesi gereklidir. Bu gerilme: Dış yüklerden, Soğuk şekil verme nedeniyle doğan iç gerilmelerden, Isıl işlem, kaynak v.b. nedeniyle doğan iç gerilmelerden, Montaj sırasında oluşan kaçıklıklar nedeniyle doğan gerilmelerden meydana gelebilir. b) Bazı istisnalar dışında bu olaya sadece alaşımlar maruz kalır, saf metallerde görülmez. c) Verilen bir alaşımda olaya özgü bir elektrolit bulunmalıdır. Alaşım, gerilmeli korozyona neden olan bu elektrolite karşı normalde aktif değil soydur. Yani bu elektrolit normalde alaşımda genel elektrokimyasal korozyon oluşturmaz. Çeşitli alaşımlarda GKÇ na yol açan ortamlar Tablo de verilmiştir. d) Alaşım statik yük altında sünek kırılma gösterse bile gerilmeli korozyonla gevrek olarak kırılır. e) Malzeme ve ortama özgü bir eşik gerilme şiddet faktöründe gerilmeli korozyon oluşmaz. f) Katodik koruma GKÇ nı engellemede etkilidir. g) Alaşımın cinsine, mikroyapısına ve ortama bağlı olarak, gerilmeli korozyon çatlağı taneler arası, tane içi veya karışık tip şeklinde ilerleyebilir. Çatlaklar mikroskobik seviyede sık sık dallanmaya uğrarlar [Eryürek B, 99, ]. Tablo. Çeşitli alaşımlarda GKÇ na yol açan ortamlar. Ortam Alaşım Sıcaklık ( C) Sulu çözeltideki klorürler Ostenitik paslanmaz çelik > Yüksek dayanımlı çelik Yüksek dayanımlı AL alaşımı Erimiş klorür tuzları Ti ve Zr alaşımları >tuzun erime sıcaklığı Suda çözünmüş O Hassas paslanmaz çelik Hidroksitle (NaOH, KOH) Alaşımsız çelikler Sulu çözeltideki Alaşımsız çelikler H S gazı Düşük alaşımlı yüksek dayanımlı çelikler Sıvı N O Ti alaşımları Azot oksitle birlikte rutubet Bakır alaşımları

35 . GERİLMELİ KOROZYON ÇATLAMASININ MEKANİZMASI Gerilim korozyonunun görünür kanıtları, malzemede doğal gevreklik etkisi yaratan çatlaklardır. Gerçekte gerilim korozyonuyla bozulan bir metal, bu malzeme için normal süneklik standartlarına uygundur. Bu şekilde davranışın nedeni, normal olarak sünek malzemenin neden olduğu durumların kombinasyonu olan, özel bir çevre, yeterli büyüklükte bir çekme gerilimi ve genellikle alaşımın bileşim ve yapı şartlarındaki özel metalürjik gereksinimlerin bulunmasıdır. Kırılmanın normal enerji dengesi yaklaşımı (serbest kalan gerilim enerjisini, yeni yüzey yaratmada ve plastik deformasyon oluşturmada tüketilen enerjiye eşitlenmesiyle) korozyon işleminin olduğu yerde serbest kalan kimyasal enerji miktarını almayı içeren değişim gerektirir ve bu, gerilim korozyonunu çevresel etkileşim içermeyen diğer kırılma türlerinden ayırt eder. Yüzey enerjisi değişimi + Plastik iş yapımı = Başlangıçta depolanan enerjideki değişim + Serbest kalan elektro kimyasal enerji () Yüzey enerjisi evresi, sünek malzemelerin gerilim korozyonundaki plastik iş evresiyle karşılaştırmaya genellikle değmeyeceğinden ihmal edilebilir. Kalan evreler kırılma mekaniklerinden ve geleneksel elektro kimyasal durumlardan elde edilebilir ve West tarafından gösterilen çeşitli sınır durumları için P = K ı ( ν ) / E + ( z F ρ δ / M ) η () ile sonuçlanır. Burada P : plastik iş evresi, K ı : gerilim yoğunluk faktörü, ν : Poisson oranı, E : Young modülü, z : çözünmüş iyonların değerliği, F : Faraday sabiti, ρ : yoğunluk, δ : ilerleyen çatlak kenar boyu, M : metalin moleküler kütlesi ve η : anodik fazla gerilimdir. Bu, çatlak ilerleme mekanizmasını metalin lokal çözünmesi