BÖLÜM 3 DİFÜZYON (YAYINIM)

Benzer belgeler
ATOM HAREKETLERİ ve ATOMSAL YAYINIM

Difüzyon (Atomsal Yayınım)

İTÜ Elektrik Elektronik Fakültesi MAL 201 Malzeme Bilimi Ders Notları. Difüzyon (Yayınım)

Boya eklenmesi Kısmen karışma Homojenleşme

1. Giriş 2. Yayınma Mekanizmaları 3. Kararlı Karasız Yayınma 4. Yayınmayı etkileyen faktörler 5. Yarı iletkenlerde yayınma 6. Diğer yayınma yolları

Malzeme Bilgisi Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Mekanizma ve etkileyen faktörler Difüzyon

İçindekiler. 1 )Difüzyonun Tanımı. 2 )Difüzyon Mekanizmaları. 3 )Fick Kanunları. 4 )Difüzyona Etki Eden Faktörler

MALZEME BİLİMİ. Difüzyon

MALZEME BİLİMİ (DERS NOTLARI)

BÖLÜM 9 - DİFÜZYON. Difüzyon nasıl oluşur? Neden önemlidir? Difüzyon hızı nasıl tahmin edilebilir?

Bölüm 5: Yayınma (Difüzyon)

Ç l e i l k i l k e l r e e e Uyg u a l na n n n Yüz ü ey e y Ser Se tle l ş e t ş ir i me e İ şl ş e l m l r e i

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

MALZEME BİLGİSİ. Katı Eriyikler

Bölüm 4: Kusurlar. Kusurlar

SEMENTASYON

Malzemeler yapılarının içerisinde, belli oranlarda farklı atomları çözebilirler. Bu durum katı çözeltiler olarak adlandırılır.

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

MALZEME BİLGİSİ. Kristal Yapılar ve Kristal Geometrisi

şeklinde, katı ( ) fazın ağırlık oranı ise; şeklinde hesaplanır.

MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY.

MALZEMELERİN MUKAVEMETİNİ ARTIRICI İŞLEMLER

Faz dönüşümleri: mikroyapı oluşumu, faz dönüşüm kinetiği

ÇÖKELME SERTLEŞTİRMESİ

MMM291 MALZEME BİLİMİ

Doç.Dr.Salim ŞAHİN SÜRÜNME

Paslanmaz Çelik Gövde. Yalıtım Sargısı. Katalizör Yüzey Tabakası. Egzoz Emisyonları: Su Karbondioksit Azot

MALZEME BİLGİSİ DERS 4 DR. FATİH AY.

TERMOKİMYASAL YÜZEY KAPLAMA (BORLAMA)

FAZ DİYAGRAMLARI ve DÖNÜŞÜMLERİ HOŞGELDİNİZ

Eksi (-) işareti atomların düşük yoğunluğa doğru akışından dolayı gelmekte. Konsantrasyon gradyanı varsa yayınma ile bir madde akışı olur.

Bölüm 4: Kusurlar. Kusurlar. Kusurlar. Kusurlar

5 Prof. Dr. Hatem Akbulut, Prof. Dr. Uğur Şen, Yrd. Doç. Dr. M. Oğuz Güler

Yüzey Sertleştirme 1

Faz ( denge) diyagramları

MALZEME BİLGİSİ DERS 5 DR. FATİH AY. fatihay@fatihay.net

1. Amaç Kristallerin üç boyutlu yapısı incelenecektir. Ön bilgi için İnorganik Kimya, Miessler ve Tarr, Bölüm 7 okunmalıdır.

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0

O )molekül ağırlığı 18 g/mol ve 1g suyun kapladığı hacimde

GENEL KİMYA. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0

DOĞAL KURŞUN METALİK KURŞUN PLAKALAR

Isıl işlem, katı haldeki metal ve alaşımlarına belirli özellikler kazandırmak amacıyla bir veya daha çok sayıda, yerine göre birbiri peşine uygulanan

Faz kavramı. Kristal yapılı malzemelerin iç yapılarında homojen ve belirli özellikler gösteren bölgelere faz (phase) adı verilir.

ELEMETLER VE BİLEŞİKLER ELEMENTLER VE SEMBOLLERİ

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

Gaz. Gaz. Yoğuşma. Gizli Buharlaşma Isısı. Potansiyel Enerji. Sıvı. Sıvı. Kristalleşme. Gizli Ergime Isısı. Katı. Katı. Sıcaklık. Atomlar Arası Mesafe

ATOMLAR ARASI BAĞLAR

Dislokasyon hareketi sonucu oluşan plastik deformasyon süreci kayma olarak adlandırılır.

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

İmal Usulleri. Döküm Tekniği

Tozların Şekillendirilmesi ve Sinterleme Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

BÖLÜM-III YAYINMA (DİFÜZYON)

Paylaşılan elektron ya da elektronlar, her iki çekirdek etrafında dolanacaklar, iki çekirdek arasındaki bölgede daha uzun süre bulundukları için bu

MMT407 Plastik Şekillendirme Yöntemleri

METALİK MALZEMELERİN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ BAHAR 2010

Kristal Kusurları Noktasal Kusurlar Yayınma-Katı Hal Yayınması Şubat 2016

İNŞAAT MALZEME BİLGİSİ

Malzeme Bilimi I Metalurji ve Malzeme Mühendisliği

TOKLUK VE KIRILMA. Doç.Dr.Salim ŞAHĠN

KRİSTALLERİN PLASTİK DEFORMASYONU

Faz Dönüşümleri ve Faz (Denge) Diyagramları

ÇİNKO ALAŞIMLARI :34 1

Metallerde Özel Kırılganlıklar HASAR ANALİZİ

BÖLÜM#5: KESİCİ TAKIMLARDA AŞINMA MEKANİZMALARI

ÇÖKELME SERTLEŞTİRMESİ HOŞGELDİNİZ

MALZEMENİN İÇ YAPISI: Katılarda Atomsal Bağ

BÖLÜM 2 ATOMİK YAPI İÇERİK. Atom yapısı. Bağ tipleri. Chapter 2-1

KRİSTAL KUSURLARI BÖLÜM 3. Bağlar + Kristal yapısı + Kusurlar. Özellikler. Kusurlar malzeme özelliğini önemli ölçüde etkiler.

Prof. Dr. HÜSEYİN UZUN KAYNAK KABİLİYETİ

Malzemelerin Deformasyonu

Demirin Kristal Yapıları

ATOMLAR ARASI BAĞLAR Doç. Dr. Ramazan YILMAZ

MMT440 Çeliklerin Isıl İşlemi 2 Sertleştirme Isıl İşlemi ve Sertleşebilirlik

KTÜ, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü

Katılar & Kristal Yapı

Prof.Dr.Muzaffer ZEREN SU ATOMİZASYONU

Hidroklorik asit ve sodyum hidroksitin reaksiyonundan yemek tuzu ve su meydana gelir. Bu kimyasal olayın denklemi

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

ELEMENT VE BİLEŞİKLER

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

ÖĞRETĐM TEKNOLOJĐLERĐ VE MATERYAL GELĐŞĐMĐ ÇALIŞMA YAPRAĞI

CALLİSTER - SERAMİKLER

Katılar. MÜHENDİSLİK KİMYASI DERS NOTLARI Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN. Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2006

formülü zamanı da içerdiği zaman alttaki gibi değişecektir.

Malzeme Bilimi ve Malzemelerin Sınıflandırılması

KOROZYON DERS NOTU. Doç. Dr. A. Fatih YETİM 2015

MADDENİN HALLERİ KATI SIVI GAZ SEZEN DEMİR

Bölüm 3 - Kristal Yapılar

SU VE HÜCRE İLİŞKİSİ

ÖĞRENME ALANI : MADDE VE DEĞİŞİM ÜNİTE 4 : MADDENİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ

1. Öğretmen Kılavuzu. 2. Öğrenci Kılavuzu

MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ. Bölüm 5 Malzemelerde Atom ve İyon Hareketleri

METALLERDE KATILAŞMA HOŞGELDİNİZ

Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 1

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

IVA GRUBU ELEMENTLERİ

Gelin bugün bu yazıda ilkokul sıralarından beri bize öğretilen bilgilerden yeni bir şey keşfedelim, ya da ne demek istediğini daha iyi anlayalım.

MMT113 Endüstriyel Malzemeler 4 Metaller, Aluminyum ve Çinko. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

BÖLÜM 2 ATOMİK YAPI İÇERİK. Atom yapısı. Bağ tipleri. Chapter 2-1

Transkript:

BÖLÜM 3 DİFÜZYON (YAYINIM) 1

Mürekkebin suda yayılması veya kolonyanın havada yayılması difüzyona örnektir. En hızlı difüzyon gazlarda görülür. Katılarda atom hareketleri daha yavaş olduğu için katılarda sıvılardaki gibi difüzyon olayını gözlemlemek oldukça zordur. 2

DİFÜZYON (YAYINIM) Maddelerin çok yoğun ortamdan, az yoğun ortama doğru kendiliğinden yayılmasıdır. Difüzyon iki ortamın yoğunlukları eşitleninceye kadar devam eder. Difüzyon sıcaklık ve zamanın bir fonksiyonudur. 3

Difüzyon mekanizmaları a) Boşluk Difüzyonu Atomların komşu olan boş örgü noktalarını doldurması yani örgü boşluğu difüzyonudur. Çözünen element atomlarının boş noktalara sıçraması neticesinde boş olan yeri doldurması ve bu olayın zincirleme olarak devam etmesi söz konusudur. Fakat bu boşluklar atomsal doldurma hareketi sonucunda tane sınırlarında yok olurlar. Atom göçü, boşluk akma yönüne zıttır. 4

Difüzyonda aktivasyon (etkinleştirme) enerjileri Aynı cins (orjinal) atomların konumlarını değiştirmesiyle ortaya çıkan yayınmaya kendi kendine ya da öz difüzyon (self diffusion) denir. Yaklaşık eşit çaptaki yabancı atomların difüzyonuna da yabancı atom difüzyonu denir. 5

Başlangıç durumu Ara durum Son durum Enerji Aktivasyon enerjisi 6

b) Arayer Difüzyonu Küçük çaplı atomların (hidrojen, karbon, azot,..) ara bölgelere sıçraması ile difüzyon gerçekleşir. Sıcaklığa bağlıdır. Bu mekanizmanın gerçekleşmesi için boşluklara gerek yoktur. Karbon atomları demir içinde Arayer Difüzyonu mekanizma ile yayınır. 7

c) Halka Difüzyonu Metallerde en yaygın olarak boşluk ve arayer difüzyon mekanizmaları görülmesine rağmen, nadirende olsa halka difüzyonu gösterir. Birbirine değen halka şeklinde bulunan atomlar aynı yönde beraberce hareket ederek birbirlerinin yerlerini alırlar. Atomların bu şekilde hareketine halka difüzyonu denir. 8

Küçük atomlar daha kolay yayınır. Belirli bir atom ergime sıcaklığı düşük dolayısıyla atomlararası bağ daha zayıf olan ortamda daha kolay yayınır. Atomsal dolgu faktörü düşük ortamlarda yayınım daha az enerjiyi gerektirir. Düzensiz yapıya sahip ve atom sıklığı tanelere göre daha az olan tane sınırları boyunca yayınım daha kolay oluşur. 9

DİFÜZYON KANUNLARI I. FICK KANU (Kararlı Hal Difüzyon) 10

DİFÜZYON KANUNLARI I. FICK KANU (Kararlı Hal Difüzyon) J : difüzyon hızı veya difüzyon akısı (atom/m 2.s) D : difüzyon katsayısı (m 2 /s) C : difüzyona uğrayan atomların konsantrasyonu (atom/m 3 ) X : difüzyon mesafesi (m) dc/dx : konsantrasyon gradyeni 11

Örnek: 1000 o C ortam sıcaklığında Fe bir levhanın bir kenarı karbonca zengin bir atmosfere diğer kenarı ise karbonca daha fakir bir atmosfere temas ettirilmektedir. Fe levhanın x=2 mm deki C konsantrasyonu 1kg/m 3 ve x=7 mm deki C konsantrasyonu ise 0,5 kg/m 3 tür. Kararlı hal difüzyonunun söz konusu olduğu durumda Fe levhanın bir kenarından diğer kenarına doğru karbon atom yayınım (difüzyon) akısını hesaplayınız. (1000 o C deki C un Fe içindeki D=3x10-11 m 2 /s dir.) 12

13

Örnek: Cu içindeki Zn nun 600 o C deki difüzyon katsayısını hesaplayınız. (çinkonun Cu içindeki difüzyon sabitini 3.4x10-5 m 2 /s, aktivasyon enerjisini 191 kj/mol ve gaz sabitini 8.31 J/mol.K olarak alınız.) Örnek: 300 C de Si kristalinde bakır difüzyonu için difüzyon katsayısı ve aktivasyon enerjisi D = 7,8 x10-11 m 2 /s ve Q = 41,5 kj/mol olarak verilmektedir. 350 C sıcaklıktaki difüzyon katsayısını hesaplayınız. 14

Bazı metalik sistemlerin difüzyon katsayısı ve aktivasyon enerji değerleri 15

II. FICK KANU (Kararsız Hal Difüzyon) Konsantrasyonun Zamanla değişim hızı Konsantrasyon gradyenin türevi Bu diferansiyel denklem sınır şartları dikkate alınarak çözülürse Cs: malzeme yüzeyine difüz eden atomların sabit konsantrasyonu C 0 : malzemede difüz eden atomların başlangıç konsantrasyonu Cx: t zaman sonra yüzeyden x kadar uzaklıkta difüz eden atomların konsantrasyonu erf: hata fonksiyonu 16 t : zaman

17

Örnek: 1020 çeliğinden bir dişliyi 927 C ta karbonladığınızı düşünün. Yüzeyin 0.50 mm altında karbon miktarını %0.40 a çıkarmak için gerekli zamanı dakika cinsinden hesaplayın. Yüzeyde karbon miktarının %0.90 ve çeliğin karbon miktarının %0.20 olduğunu kabul edin. D =1.28x10-11 m 2 /s, 927 C 18

Bazı Endüstriyel Uygulamalar a) Galvanizasyon İşlemi Demirin korozyona karşı mukavemetini arttırmak için ergimiş çinko banyosuna daldırılır. Çinko yüzeysel yayınım sonucu demir yüzeyinde ince bir tabaka oluşturur. Böylece korozyona karşı koruma sağlanır. 19

b) Karbürleme (Sementasyon) işlemi Az karbonlu çeliklerin işlenmesi kolaydır fakat aşınma mukavemetleri düşüktür. Çeliğe şekil verdikten sonra sürtünmeye maruz kalacak yüzeylere sementasyon işlemi uygulayarak yüzeydeki karbon oranı arttırılır, Sementasyonda aktif karbon ortamında az karbonlu çelik yüksek sıcaklıklara ısıtılır. Karbon atomlarının yayınması sonucu yüzeyde ince bir tabaka boyunca yüksek karbonlu bir yapı oluşur. Sonra su vererek sertleştirilir. Bu çeliğe su verilirse yüzeyi sert ve aşınmaya dayanıklı, içi yumuşak ve tok bir malzeme elde edilir. Örneğin motorların krank millerinin sürtünen yüzeyleri bu yöntemle sertleştirilir. 20

Örnek: Bir YMK (FCC) demir-karbon alaşımının başlangıç karbon içeriği ağırlık yüzdesi olarak 0.20 iken yüksek sıcaklıkta karbonlanmış ve yüzey karbon konsantrasyonu ağırlık yüzdesi olarak 1.0 sabit değeri veren bir atmosfere maruz bırakılmıştır. 49.5 saat sonra yüzeyin 4,0 mm altında karbon konsantrasyonu ağırlık yüzdesi olarak 0.35 ise işlemin yapıldığı sıcaklığı bulunuz. ( D o = 2,3x10 5 m2 R = 8,314 J mol, Q = 148 kj/mol) s, 21

c) Sinterleme Sinterleme (pişirme) malzeme parçacıklarının birbirleriyle birleşmesini sağlayan ve kademeli bir şekilde parçacıklar arasındaki gözenek hacmini azaltan bir yüksek sıcaklık işlemidir. Sinterleme esnasında difüzyon işlemleri. Temas noktalarındaki atomlar difüzeder, körüler oluşturur ve sonunda boşlukları doldurur. 22

d) Kaynak ve Lehim 2 metal parça belli bir sıcaklıkta birbirine bastırılarak belli bir süre bekletilir. Bu sırada basınç ve sıcaklığın etkisiyle 2 farklı metal yüzeyindeki atomlar geçiş yaparak güçlü bir bağ oluşur. Ergime sıcaklığı 1535 C olan demire basınç kaynağı 800 C civarında uygulanır. Lehimde dolgu metalinin ergime sıcaklığı birleştirilecek ana metalinkinin çok altındadır. Lehim metalinin ergime sıcaklığı yükseldikçe yayınım derinliği artar ve daha kuvvetli bir bileşim sağlanır. Yumuşak lehimde bazı ergime - kullanma sıcaklıkları; Pb-Sn : 185 C Sn-Zn : 260 C Pb-Hg : 310 C Ag-Cu-Zn : 620 C 23