MALZEME BİLİMİ (DERS NOTLARI)

Benzer belgeler
BÖLÜM-III YAYINMA (DİFÜZYON)

ATOM HAREKETLERİ ve ATOMSAL YAYINIM

BÖLÜM 3 DİFÜZYON (YAYINIM)

MALZEME BİLİMİ. Difüzyon

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

Boya eklenmesi Kısmen karışma Homojenleşme

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

Bölüm 5: Yayınma (Difüzyon)

MALZEME BİLİMİ (DERS NOTLARI)

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

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

Difüzyon (Atomsal Yayınım)

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

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

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

MALZEME BİLGİSİ. Katı Eriyikler

Faz dönüşümleri: mikroyapı oluşumu, faz dönüşüm kinetiği

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

MMM291 MALZEME BİLİMİ

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

Bölüm 4: Kusurlar. Kusurlar. Kusurlar. Kusurlar

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

CALLİSTER FAZ DÖNÜŞÜMLERİ

Bölüm 4: Kusurlar. Kusurlar

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

Dislokasyon hareketi sonucu oluşan plastik deformasyon süreci kayma olarak adlandırılır.

ÇELİKLERİN ISIL İŞLEMLERİ. (Devamı)

Malzeme Bilgisi Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Temel kavramlar Demir-Karbon Denge Diyagramı

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

Doç.Dr.Salim ŞAHİN SÜRÜNME

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

KATILARIN ATOMİK DÜZENİ KRİSTAL YAPILAR

MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY.

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

KRİSTALLERİN PLASTİK DEFORMASYONU

ÇÖKELME SERTLEŞTİRMESİ

Demir-Karbon Denge Diyagramı

Döküm Prensipleri. Yard.Doç.Dr. Derya Dışpınar. İstanbul Üniversitesi

MALZEMELERİN MUKAVEMETİNİ ARTIRICI İŞLEMLER

BÖLÜM 2. Kristal Yapılar ve Kusurlar

CALLİSTER FAZ DİYAGRAMLARI ve Demir-Karbon Diyagramı

MALZEME BİLGİSİ DERS 9 DR. FATİH AY.

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

MALZEME BİLGİSİ. Katılaşma, Kristal Kusurları

CALLİSTER - SERAMİKLER

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

METALİK MALZEMELERİN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ BAHAR 2010

MMT407 Plastik Şekillendirme Yöntemleri

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

Faz ( denge) diyagramları

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

İNŞAAT MALZEME BİLGİSİ

Bölüm 4: Katılarda Kusurlar

Kristalleşme ve Kusurlar

MALZEME BİLGİSİ DERS 4 DR. FATİH AY.

BARTIN ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ

TOKLUK VE KIRILMA. Doç.Dr.Salim ŞAHĠN

Malzeme Bilgisi Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Kristalleşme ve kusurlar Kristal Yapılar

Kristal Kusurları Noktasal Kusurlar Yayınma-Katı Hal Yayınması Şubat 2016

ÇÖKELME SERTLEŞMESİ (YAŞLANMA) DENEYİ

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ DEKANLIĞI DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU MALZEME BİLGİSİ. Dersin Kodu: MMM 2011

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

TEKNOLOJİSİ--ITEKNOLOJİSİ. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ

MALZEME BİLİMİ. Mekanik Özellikler ve Davranışlar. Doç. Dr. Özkan ÖZDEMİR. (DERS NOTLARı) Bölüm 5.

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

METALLERDE KATILAŞMA

METALLERİN TEMEL MEKANİK ÖZELLİKLERİ Malzemelerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi: İkizlenme mekanizması

MALZEME BİLGİSİ DERS 11 DR. FATİH AY.

Bir katı malzeme ısıtıldığında, sıcaklığının artması, malzemenin bir miktar ısı enerjisini absorbe ettiğini gösterir. Isı kapasitesi, bir malzemenin

İNTERMETALİK MALZEMELER (DERS NOTLARI-2) DOÇ. DR. ÖZKAN ÖZDEMİR

MUKAVEMET ARTIRICI İŞLEMLER

MALZEME BİLGİSİ. Kristal Yapılar ve Kristal Geometrisi

Malzemelerin Deformasyonu

DENEYİN ADI: Çeliklerin Isıl İşlemi. AMACI: Çeliklerde ısıl işlem yoluyla mikroyapı ve mekanik özelliklerin değişiminin öğretilmesi.

Yeniden Kristalleşme

MALZEME BİLİMİ Bölüm 1. Malzeme Bilimi ve Mühendisliğine Giriş Hazırlayan Doç. Dr. Özkan Özdemir

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ DEKANLIĞI DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Dersin Kodu: MMM 2011

METALLERDE KATILAŞMA HOŞGELDİNİZ

Bir kristal malzemede uzun-aralıkta düzen mevcu4ur.

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

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

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

Katı ve Sıvıların Isıl Genleşmesi

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

SEMENTASYON

TERMOKİMYASAL YÜZEY KAPLAMA (BORLAMA)

PLASTİK ŞEKİLLENDİRME YÖNTEMLERİ

Bölüm 3 - Kristal Yapılar

Malzeme Bilimi I Metalurji ve Malzeme Mühendisliği

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

1. Düzensiz yapı : Atom veya moleküllerin rastgele dizilmesi. Argon gibi asal gazlarda görülür.

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

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

Isı transferi (taşınımı)

ADIM ADIM YGS-LYS 27. ADIM HÜCRE 4- HÜCRE ZARINDAN MADDE GEÇİŞLERİ

MEMM4043 metallerin yeniden kazanımı

KRİSTAL KAFES SİSTEMLERİ

GENEL KİMYA. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM

DEMİR KARBON FAZ DİYAGRAMI

Pratik olarak % 0.2 den az C içeren çeliklere su verilemez.

Transkript:

MALZEME BİLİMİ (DERS NOTLARI) Bölüm 4. Malzemelerde Atom ve İyon Hareketleri Doç.Dr. Özkan ÖZDEMİR Doç. Dr. Özkan ÖZDEMİR

Hedefler Malzemelerde difüzyon uygulamalarını ve prensipleri incelemek. Difüzyonun ileri malzemelerin üretimi ve sentezlenmesinde nasıl uygulandığını görmek Doç.Dr. Özkan ÖZDEMİR

DİFÜZYON(YAYINMA) Mühendislik malzemelerin işlenmesindeki ve kullanılmasındaki süreçlerin çoğu, katı durumda meydana gelir. Süreç boyunca atomlar yeni ve daha kararlı oldukları yerlere hareket ederek yeniden dizilirler. Bu nedenle difüzyon (yayınma) olayının iyi bilinmesi gerekir. Difüzyon (yayınım), sıcaklığa bağlı olarak bir malzeme içinde atomların veya moleküllerin hareketi ile kütle taşınımına denir. Atomlar veya moleküller, konsantrasyon farkını yok etmek ve homojen bir kompozisyon oluşturmak için düzgün şekilde hareket ederler (örneğin mürekkep ile suyun karışması). Ancak homojen malzemelerde aynı atomların yer değişimi-self difüzyon gerçekleşebilir (Genelde kütle taşınması görülmez). Malzeme üretimi sırasında avantaj iken yüksek kullanım sıcaklıklarında dezavantaj teşkil eder. Örneğin özellikleri yükseltmek için malzemeler sıkça ısıl işleme maruz bırakılır. Isıl işlemde atomik difüzyon meydana gelir ve duruma bağlı olarak yüksek veya düşük difüzyon hızları istenir. Isıl işlem sıcaklığı ve süresi, ısıtma veya soğutma hızları difüzyonun fiziksel olarak incelenmesi ile tespit edilebilir. Örnek: Çelik dişlilerin yüzeylerinin C veya N ile sertleştirilmesi. Katı hal şartlarında metallerde ve alaşımlarda atomların yayınımının önemini vurgulamaya örnek olarak ikincil fazların katı çözeltiden çökelmesi ve soğuk şekillendirilmiş metalde yeni tanelerin çekirdeklenmesi ve büyümesidir. Doç.Dr. Özkan ÖZDEMİR

1. Kendi Kendine Difüzyon (self-difüzyon) 2. Alaşımlarda Difüzyon (İnterdifüzyon veya empürite difüzyonu) Alaşımlarda difüzyon: Alaşımlar ve seramiklerde, benzer olmayan atomların difüzyonu da söz konusudur. Bir alaşım veya difüzyon çiftinde atomlar yüksek konsantrasyondan düşüğe doğru göç etmeye meyillidirler. Doç.Dr. Özkan ÖZDEMİR

Kendi kendine difüzyon (Self-difüzyon): Saf malzemelerde atomların bir latis pozisyonundan diğerine hareket etmeleri, kompozisyon değişikliği olmaz. Doç.Dr. Özkan ÖZDEMİR

Difüzyon Mekanizmaları Boşluk Difüzyonu: Bir atom yanındaki boşluğu doldurmak için kendi kafesindeki yerini terk eder, orijinal kafeste bir boşluk oluşturur. Difüzyon devam ettiğinde atomların ve boşlukların karşıt akımı söz konusudur. Boşluğun yanındaki bir atom titreşim sonucu boşluğa yönelir ve hareket eder. Çok yüksek aktivasyon enerjisi gerekmez. Distorsiyon olmadan atomlar hareket eder Ara yer Difüzyonu: Kristal yapıda küçük bir ara yer atomu varsa, atom bir ara yerden diğerine hareket eder. Bu mekanizmanın gerçekleşmesi için boşluklara gerek yoktur. Genelde atom yarıçapı küçük olan atomlar ana atomlar arasına göç etmesi (H, O, N, C ve B). Distorsiyonsuz difüzyon. Düşük aktivasyon enerjisi Doç.Dr. Özkan ÖZDEMİR

Diğer Difüzyon Mekanizmaları: Direkt Yer değiştirme :Atom yoğunluğu yüksek sistemlerde meydana gelir. Yüksek oranda distorsiyona yol açar. Çok yüksek aktivasyon enerjisi bariyeri aşılmalı. Çevrimli Yer değiştirme (Halka): Zener modeli olarak da bilinir. N adet atom sürekli olarak birbirinin yerini alır. Aktivasyon enerjisi direkt yer değiştirmeden çok daha düşüktür. Arayerimsi difüzyon, Bazen bir yer alan atomu normal kafes noktasını terk eder ve bir arayer pozisyonuna girer. Çok yüksek aktivasyon enerjisi, yüksek distorsiyon Tırmanmalı Difüzyon Çok yüksek aktivasyon enerjisi, yüksek distorsiyon Doç.Dr. Özkan ÖZDEMİR

Difüzyon İçin Aktivasyon Enerjisi (Q) : Nispeten kararlı konumda ve düşük enerjili atomun yeni bir bölgeye hareket etmesi için gerekli olan enerjidir. Atomların yeni konumlarına geçmelerini sağlayacak bir enerji gereklidir. Aktivasyon enerjisi düşük ise difüzyon daha kolay gerçekleşir, Q(arayer) < Q (boşluk) Doç.Dr. Özkan ÖZDEMİR

KARARLI HAL DİFÜZYONU (Difüzyon Hızı, Birinci Fick Kanunu): Birim zamanda, birim düzlem alanı boyunca geçen atom sayısı olarak tanımlanan akı(j) ile ölçülebilir. Difüzyon zamana bağlı işlemdir ve makroskobik hassasiyettedir. Akı: Birim zamanda birim alandan geçen malzeme yada atom miktarı, J = M/(A. t) Difüzyonda: --Boşlukların --Asal atomların (A) --Empürite atomların(b) Akısı hesaplanabilir veya ölçülebilir Doç.Dr. Özkan ÖZDEMİR Kararlı hal difüzyonu: Akışkan atomlar ile difüzyon katsayısı ve konsantrasyon gradyantı arasındaki ilişkidir. Konsantrasyon zamanla ve mesafeyle değişmez. Pratikte difüzyon çoğu zaman kararsız hal ile gelişir. Kararsız hal difüzyonunda I. Fick kanunu geçersiz Difüzyon katsayısı (D): Atom, iyonların difüzyonunda sıcaklık bağımlı katsayıdır. Konsantrasyon gradyanı: dc/dx (kg.m -4 ): Uniform olmayan malzemede kompozisyon değişim hızının uzaklıkla değişmesidir. Tipik olarak atom/cm 3.cm veya at%/cm.

Eksi (-) işareti atomların düşük yoğunluğa doğru akışından dolayı gelmekte, D yi etkileyen en önemli iki faktör: a) Sıcaklık, b)kompozisyon. Düzensizlik artınca D artar (Tane sınırı ve dislokasyonlar) Doç.Dr. Özkan ÖZDEMİR

Difüzyon değerleri bir çok değişkene bağlıdır: 1) Difüzyon (yayınma) mekanizmasının türü. Difüzyonun ara yer veya yer alan (asal) olması etkilidir. 2) Difüzyonun meydana geldiği sıcaklık. Sıcaklık artıkça difüzyon artar. 3) Çözen kafesin kristal yapısının türü önemlidir. Ör: Karbon atomları, HMK yapıdaki Fe atomları arasından YMK yapısındakine kıyasla daha kolay difüze olur. Bunun nedeni HMK yapısının dolum oranı 0,68 iken, YMK 0,74 dür ve HMK yapıda Fe atomları arasındaki mesafe YMK kristalinkine göre daha büyüktür. 4) Katı hal difüzyonunun olduğu bölgede bulunan kristal kusurlarının türleri de önemlidir. Ör: metallerde ve seramiklerde difüzyon tane sınırlarında tane içinden daha hızlıdır. Boş kafes noktalarının artması metal ve alaşımlarda difüzyon hızını arttıracaktır. 5) Yayınan maddelerin derişimi(konsantrasyonu) önemlidir. Çözünen atomların derişimi yüksek olması difüzyonu etkiler. Doç. Dr. Özkan ÖZDEMİR

KARARSIZ HAL DİFÜZYONU (İkinci Fick kanunu) Koşulların zamanla değişmediği kararlı durum difüzyonu mühendislik malzemelerinde yaygın değildir. Çoğunlukla malzemenin herhangi bir noktasında, çözünen atomların derişiminin zamanla değiştiği kararsız hal difüzyonu görülür. Doç.Dr. Özkan ÖZDEMİR

Soru: Doç.Dr. Özkan ÖZDEMİR

Soru: Doç.Dr. Özkan ÖZDEMİR

Soru: Arrhenius eşitliğinden; Doç.Dr. Özkan ÖZDEMİR

Kaynaklar: W. D. Callister, D. G. Rethwisch, Malzeme bilimi ve Mühendisliği, Baskıdan Çeviri, Edt: K. Genel, 2013 D. R. Askeland, Malzeme Bilimi ve mühendislik Malzemeleri, 3. Baskıdan çeviri, M. Erdoğan, W. F. Smith, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, 3. Baskıdan Çeviri, N.G. Kınıkoğlu, 2001 K. Onaran, Malzeme Bilimi 1997. Doç.Dr. Özkan ÖZDEMİR