BAKIR KATKISININ Co-Fe-Ta-B İRİ HACİMLİ METALİK CAM SİSTEMİNİN CAMLAŞMA KABİLİYETİNE OLAN ETKİSİ

BAKIR KATKISININ Co-Fe-Ta-B İRİ HACİMLİ METALİK CAM SİSTEMİNİN CAMLAŞMA KABİLİYETİNE OLAN ETKİSİ Ziya Ozgur Yazıcı 1, Aytekin Hitit 2, Şükrü Talaş 3, Rıza Kara 4, Fatih Çolak 5 1 Afyon Kocatepe Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, 03200, Afyonkarahisar, E-mail: zyazici@aku.edu.tr 2 Afyon Kocatepe Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, 03200, Afyonkarahisar, E-mail: hitit@aku.edu.tr 3 Afyon Kocatepe Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, 03200, Afyonkarahisar, stalas@aku.edu.tr 4 Afyon Kocatepe Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, 03200, Afyonkarahisar, rkara@aku.edu.tr 5 Afyon Kocatepe Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, 03200, Afyonkarahisar, fcolak@aku.edu.tr ÖZET Co 43 Fe 20 Ta 5.5 B 31. 5 iri hacimli metalik cam alaşımı şu ana kadar rapor edilen en yüksek kırılma dayanımına (5.2GPa) sahip metalik cam alaşımlardan birisidir. Ancak bu alaşımın kritik camlaşma kalınlığı 2mm ile sınırlıdır. Bu çalışmada, Co 43 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 alaşımına yapılan minör Cu ilavelerinin, bu alaşımın camlaşma kabiliyetine olan etkisi incelenmiştir. Bu amaçla Co 43-x Cu x Fe 20 Ta 5.5 B 31. 5 (x=0, 0.5, 1.5) Cu ilaveleri ile modifiye edilerek, Co 43 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5, Co 42.5 Cu 0.5 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5, Co 41.5 Cu 1.5 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 kompozisyonları sentezlenmiştir. Sentezlenen alaşım kompozisyonları indüksiyon fırında ergitilerek kama şekline sahip bakır kalıplara dökülmüştür. Elde edilen numuneler polarize optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve x-ışınları kırınım analizleri (XRD) ile karakterize edilmiştir. Buna göre kompozisyonlara ilave edilen bakır katkısına göre camlaşma kalınlıkları belirlenmiştir. Ayrıca alaşımların cam geçiş (T g ), kristallenme (T x ) ve ergime sıcaklıkları (T l ) diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) analizleri ile tespit edilmiştir. Key Words: Co-esaslı metalik cam, camlaşma kabiliyeti, indüksiyon ergitme, minor bakır ilavesi 1. GİRİŞ Teknolojinin ilerlemesiyle birlikte mevcut geleneksel malzemelerin dayanımlarının iyileştirilmesi ve teknolojik yeni malzemelerin ortaya çıkarılması ihtiyacı doğmuştur. Bu nedenle, araştırmacılar geleneksel olan bu malzemelerin dayanımlarını artırmak için, çeşitli yöntemlere başvurmaktadırlar. Malzemelerin özellikleri mikroyapılarıyla önemli derecede ilişkili olduğu için [1], bu özelliklerinin geliştirilmesinde hata yoğunluğu ve tane boyutu azaltılması ile ilgili çalışmalara ağırlık verilmektedir. Diğer yandan, bir kısım araştırmacı ise kristal latis düzensizliği ile yüksek mukavemete sahip yeni alaşımlar üzerinde çalışmaktadırlar. Bu yaklaşım amorf veya metalik cam alaşımların ortaya çıkmasına neden olmuştur [2]. Geleneksel metalik malzemelerin mikroyapıları çeşitli boyutlardaki tanelerden oluşmaktadır. Böylesi bir mikroyapı eriyiğin katılaşması esnasında kristal fazların çekirdeklenmesi ve büyümesi ile elde edilmektedir. Kristalin metal alaşımlarından farklı olarak, metalik camlar uzun mesafede düzen eksikliği gösterirler. Keskin Bragg pikleri ile tanımlanan kristal metallerin aksine amorf bir metal, x-ışınları difraksiyon deneylerinde geniş difüz hale sergiler. Metalik camlar, tane ve faz sınırları, dislokasyon gibi mikroyapısal hatalardan yoksun olmaları, homojenlikleri, mükemmel soft manyetik özellikler sergilemesi (Fe-esaslı kompozisyonlar), kimyasal korozyon dirençleri ve özellikle yüksek kırılma mukavemetleri nedeniyle dikkatleri üzerine çekmektedir. Metalik alaşımların amorf hale getirilmesi için genellikle çok yüksek soğutma hızlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Yüksek soğutma hızları veya yavaş çekirdeklenme mekanizması, o kompozisyonun camlaşma kabiliyetini ortaya koyar. Kritik soğutma hızların ölçülmesi zor olduğu için, iri hacimli metalik camların camlaşma kabiliyetleri genellikle kritik camlaşma kalınlığı ile verilmektedir. 195

Geleneksel metalik cam alaşımlarının düşük camlaşma kabiliyetleri nedeniyle, mühendislik malzemesi olarak kullanılabilirlikleri sınırlı kalmıştır. Bu nedenle metalik malzemelerin camlaşma kabiliyetlerini geliştirmek, cam oluşumu, kristallenme ve termal kararlılıkları üzerindeki çeşitli faktörlerin etki mekanizmalarının anlaşılması üzerindeki uğraşlar devam etmektedir. Birçok araştırmacı çalışmalarında inceledikleri çeşitli kompozisyonların daha iyi camlaşma kabiliyetleri olduğunu görmüşlerdir. Bu çalışmalar esnasında şerit şekilli numuneler üreterek, 1mm ve üzerindeki kalınlıklarda elde edilen amorf numunelere kalın metalik cam adıyla anmışlardır [3-6]. Inoue ve arkadaşları 2004 yılında o güne kadar rapor edilen en yüksek kırılma mukavemetine sahip (5185MPa) olan iri hacimli metalik camı sentezlediklerini bildirmişlerdir. Ancak Co 43 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 metalik cam alaşımının kritik döküm kalınlığı 2mm dir. [7]. Böylesi üstün özelliğe sahip bir alaşımın kritik döküm kalınlığı geliştirilebilirse, bu alaşım için potansiyel bir uygulama alanı da oluşacaktır. Camlaşma kabiliyeti kompozisyona önemli derecede bağlı olduğu için, çalışmaların genelinde kolay camlaşabilen kompozisyonların etrafında en iyi camlaşan kompozisyonların bulunmasına yönelmiştir. Bununla birlikte Cu, Ni, Co, Nb, Y gibi elementlerin minör ilaveleri düşük camlaşma kabiliyetli alaşımların geliştirilmesinde kullanılmaktadır. [8]. Co 43 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 kompozisyonu Co-bazlı alaşımlar arasında en yüksek dayanıma sahip olmasına rağmen, 2 mm lik camlaşma kabiliyeti uygulama alanı bulmasını sınırlamıştır. Bununla birlikte bu güne kadar bu kompozisyonun camlaşma kabiliyetinin artırılması üzerine yeteri kadar çalışma yapılmamıştır. Bu nedenle, bu çalışmada minör Cu ilavesinin Co 43 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 kompozisyonlu alaşımın camlaşma kabiliyeti üzerindeki etkileri incelenmiştir. 2. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Bu çalışma Co 43-x Cu x Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 (x=0, 0.5, 1.5) nominal kompozisyonlarına sahip kama şekilli olarak üretilen, numuneler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalarda yüksek saflıktaki elementler kullanılmıştır (Co: 99.8% Cu: 99.7%, Fe, Ta: 99.9%, B: 98.0%). İfade edilen kompozisyonlar dikkatli bir şekilde tartılıp hazırlandıktan sonra, karıştırılarak homojen toz karışımları elde edilmiş ve daha sonra hidrolik preste tablet haline getirilmiştir. Tabletlerin ergitilmesi işlemi öncesinde, ergitme haznesi ~100 mbar vakuma alınmış ve daha sonra hazne içerisine ~1atm civarında Argon gazı doldurulmuştur. Bununla birlikte Ar gazı ergitme işlemi esnasında da eriyik üzerine üflenmeye devam edilerek, numunenin oksitlenmesi önlenmiştir. Böylece tablet halindeki toz karışımları ark ergitme yöntemi ile ~20gr lık master alaşımlar halinde ergitilmiştir. Ergitme işlemi kimyasal homojenliğin sağlanması amacıyla en az 3 kere tekrar edilmiştir. Üretilen master alaşımlardan uygun miktarlarda parçalar alınarak, vakumlu indüksiyon fırında (Indutherm-VC- 500 D) kama şekilli bakır kalıplara dökülmüştür. İndüksiyon ergitme sıcaklığı ~1650 o C dir. Döküm işlemi sırasında ergitme haznesi ve döküm haznesi arasında basınç basınç farkı bulunmaktadır. Böylece hazneler arasındaki basınç farkı sayesinde eriyiğin bakır kalıp içerisine emilmesi sağlanmıştır. Numuneler Şekil.1 deki akım şemasına uyularak üretilmiştir. Alaşım kompozisyonları sentezlendikten sonra, kimyasal analiz yapılarak (ICP) (Perkin Elmer DRC II model) nominal kompozisyonlarla kıyaslanmıştır. Amorf yapının belirlenmesinde x-ışınları difraksiyon yöntemi (XRD, Cu-Kα) (Shimadzu 6000) kullanılmıştır. Boyuna kesitleri alınmış kama şekilli numunelerin camlaşma kalınlığının belirlenmesinde ise polarize optik mikroskop (Olympus BX51M) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) (LEO-1430VP) kullanılmıştır. Elde edilen metalik cam numunelerinin termal özellikleri diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) (Netzsch STA 409 Pc/Pg) analizi yapılarak belirlenmiştir. 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Deneysel çalışmalar öncesinde, ergitme ve döküm sıcaklıklarının tespit edilmesi amacıyla bazı ön çalışmalar (1.Aşama) yapılmıştır. Bu amaçla, hazırlanan kompozisyonlar çeşitli döküm sıcaklıklarında dökülerek, farklı döküm sıcaklıklarının bir fonksiyonu olarak camlaşma davranışları incelenmiştir. Camlaşmanın elde edilebildiği işlem sıcaklığı belirlendikten sonra, bu sıcaklık 2.Aşama çalışmaları için optimum işlem sıcaklığı olarak 196

kullanılmıştır. İkinci aşama çalışmalarında ise değişen Cu oranlarına göre Co 43 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 alaşımının camlaşma kabiliyetindeki değişimler incelenmiştir. Kompozisyonların hazırlanması ve Tartım işlemleri Karıştırma ve Homojenleştirme Hidrolik Preste Tablet Haline Getirme Master alaşımın ark ergitme işlemi (~100mbar vakum +1atm Ar) (~3000 C) MASTER ALAŞIM HAZIRLAMA İŞLEMLERİ İndüksiyon Ergitme İşlemi (5-10gr) (1300-1650 o C) Bakır Kalıba Döküm İşlemi Şekil.1 Üretim akım şeması 3.1. Ön Hazırlık Çalışmaları Deneysel çalışmalar öncesi yapılan hazırlık çalışmalarında, alaşımların indüksiyon ergitme işlemiyle hangi sıcaklıkta ergitilerek dökülmesi gerektiği araştırılmıştır. Co 43 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 camsı alaşımının ergime sıcaklığı literatürde 1243 o C olarak verilmektedir [9]. Bu nedenle indüksiyon fırını ile yapılan döküm çalışmalarına ergime sıcaklığının üzerindeki 1320 ºC sıcaklığı seçilerek başlanıldı. Eriyik haldeki alaşım, bu sıcaklıkta belirli bir süre beklenerek kama şekilli kalıba döküldü. Kama şekilli numuneler incelendiğinde yapının genelinin kristallendiği görülmüştür. Kama şekilin en ince kısmı (~300µm) incelenmesine rağmen, bünye içerisinde hala kristal fazların mevcut olduğu belirlenmiştir (Şekil.2). Şekil.2 de proses sıcaklığın artırıldığında keskin kristal piklerinin kademeli olarak azaldığı açıkça gözlenmektedir. Kısaca, döküm sıcaklığının artması ile camlaşmada artış gözlenmiştir. Buna benzer şekilde, Zhao ve arkadaşları Cu 36 Zr 48 Ag 8 Al 8 metalik camını 6-10 kv döküm voltajları arasında üreterek, farklı döküm voltajlarında elde edilen camsı numuneler için belirli bir aşırı-ısıtma eşiğinin bulunduğundan bahsetmişlerdir [10]. Bu sonuçlara dayanarak indüksiyon fırın döküm işlemlerinde 1600 o C nin üzerindeki sıcaklıklar kullanılmıştır. Ancak deneysel çalışmalarda kullanılan indüksiyon fırının maksimum işlem sıcaklığı 1690 o C ile sınırlıdır. Bu nedenle daha yüksek sıcaklıklara çıkılamamıştır. 3.2 Bakır Katkısının Camlaşma Kalınlığına Etkisi 1.Aşama çalışmalarından elde edilen sonuçlara gore, döküm sıcaklığının 1600 o C den daha yüksek olması gerektiği bulunmuştur. Buna gore Çizelge.2 de belirtilen alaşım kompozisyonları 1600 o C nin üzerindeki sıcaklıklar kullanılarak kama şekilli kalıplara dökülmüştür. 197

1600 o C Şiddet 1450 o C 1320 o C 2θ Şekil.2 Co 43 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 kompozisyonlu kama şekilli numunelerin en ince kısmından (0.3mm) elde edilen XRD analiz sonuçları Şekil.3.d de Co 43 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 alaşımının kama şekilli numunesinin optik mikroskop görüntüsü verilmiştir. Fotoğraflarda üç bölge gözlenmektedir. Bu üç bölgeden nispeten daha ince olan kısım hariç, diğer ikisinde camsı faz neredeyse yoktur (Şekil.3.a) veya çok azdır (Şekil.3.b). Bu iki bölgede genellikle dendritik kristal oluşumlar gözlenmektedir. Kama şekilli numunenin en alt ve ince kısmında polarize optik mikroskopta kontrast vermeyen camsı bölge bulunmaktadır (Şekil.3.c). Amorf bölgenin kalınlığı kontrast vermeyen sınıra kadar ölçülmüştür. Biribirinden farklı kontrast veren eş eksenli kristal toplulukları camsı bölgenin hemen üzerinde görülmeye başlamaktadır. Buna göre, amorf yapıya sahip en kalın kesitin kalınlığı optik mikroskop incelemelerine göre yaklaşık 600-700 µm arasındadır. Şekil.3.e, f ve g de aynı numunenin SEM incelemeleri sonucunda elde edilen mikroyapı fotoğrafları verilmektedir. İncelemeler sonunda SEM ve polarize optik mikroskop sonuçları yaklaşık olarak birbiriyle uyuşmaktadır. Tamamen amorf olarak katılaşan bölgenin kalınlığı yaklaşık olarak 500-600 µm civarındadır. Daha kalın bölgelere çıkıldıkça eş eksenli kristal kümeleri 1mm kalınlığındaki bölgelere kadar devam etmektedir. En kalın bölgelerde ise uzun bloklar halinde kristallenme davranışı gözlenmektedir. Kısaca, Co 43 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 alaşımının kontrast farklılığına göre ölçülen camlaşma kalınlığı yaklaşık olarak 600 µm civarındadır. Ancak bu kalınlık literatürde ifade edilen camlaşma kalınlığından düşüktür. Aşağıda verilen nedenler, bu farklılığın sebebleri arasındadır: - Master alaşım hazırlama esnasında meydana gelen kimyasal kompozisyondan sapma - Master alaşım hazırlama ve indüksiyon ergitme işlemlerinde kullanılan nispeten daha düşük vakum seviyeleri (yüksek oksijen seviyesi) - Kritik soğutma hızının yetersiz olması (camlaşmayan bölgelerin üzerindeki kütle fazlalığı) İndüksiyon ergitmede kullanılan master alaşım (sadece ön ergitme işlemi yapılmış) parçalarından alınan numunelere kimyasal analiz (ICP) yapılmıştır. % 0 ve % 0.5 Cu katkılı numunelere yapılan kimyasal analizlerde ergitme sonrasında bor miktarının azaldığı belirlenmiştir (Çizelge.1). Camlaşma kabiliyeti kompozisyona önemli derecede bağlıdır. Bu nedenle bor miktarındaki böylesi bir kayıp ile kompozisyon değiştiği için, bu kompozisyonun da camlaşma kabiliyeti daha düşük olabilir. Ayrıca, bu çalışmada ve Kaynak [7] deki master alaşım ve indüksiyon ergitme işlemlerinde kullanılan ergitme atmosferi özellikleri arasında farklılıklar olabilir. Ergitme atmosferinde bulunan oksijenin camlaş kabiliyetini bozduğu bilinmektedir. Üçüncü durum ise, kompozisyonların camlaşma kabiliyetleri bilinmediğinden dolayı, numune miktarları kamanın en kalın bölgesi 8 mm olacak şekilde ayarlanmıştır. Fakat kritik camlaşma kalınlığının (>2 mm) üzerindeki bölgeler daha yavaş soğuyacaktır. Kalın bölgelerdeki fazla kütle yavaşça soğurken, ısısının bir kısmını alt bölgelere de verecektir. Bu üç sebepten dolayı, camlaşma kalınlıkları Kaynak [7] te verilenden daha düşük çıkmaktadır. Bütün numunelere aynı koşullar uygulandığı için, sentezlenen kompozisyonların kendi aralarında kıyaslanmasında bir sorun bulunmamaktadır. 198

13th International Materials Symposium (IMSP 2010) 13-15th October 2010 Pamukkale University Denizli - Turkey (a) (d) (e) (b) Kristal bölge 1mm (f) (c) Geçiş Bölgesi 600-700μm (g) Camsı bölge Şekil.3 Kama şekilli olarak üretilen Co43Fe20Ta5.5B31.5 alaşımının (a-d) polarize optik mikroskop ve (e-g) SEM görüntüleri Çizelge.1 Co43Fe20Ta5.5B31.5 ve Co43Cu0.5Fe20Ta5.5B31.5 kompozisyonlu numunelerin kimyasal analiz sonuçları % Atomik Nominal Kompozisyon Analiz Kompozisyonu Nominal Kompozisyon Analiz Kompozisyonu Co Fe Ta B Cu 43 47.18 42.5 46.391 20 20.30 20 22.206 5.5 5.09 5.5 4.776 31.5 27.42 31.5 26.137 0.5 0.510 Bakırın Fe ve Co elementleri içerisinde çözünürlüğü düşüktür [11]. Yüksek miktarlarda (>%0.5) ilave edilen bakır katkısı genellikle kompozit yapıya (cam+kristal) neden olmaktadır [12,13]. Bu nedenle bazı kaynaklarda bakır ilavelerinin camlaşma kabiliyetini düşürdüğünden de bahsedilmektedir [14]. Bu bilgilere dayanarak Co43Fe20Ta5.5B31.5 kompozisyonuna ilk olarak % 0.5 oranında bakır ilave edilmiştir. 1625oC de üretilen bu numunenin camlaşma kalınlığı optik mikroskop incelemelerinde ~800-900 µm (Şekil.4.b), SEM incelemelerinde ise ~780 µm (Şekil.5.a ve b) olarak ölçülmüştür. Baz alaşımla kıyaslandığında camlaşma kalınlığında bir artış meydana gelmiştir. Benzer şekilde at.% 1.5 Cu ilaveli durum incelendiğinde ise camlaşma kalınlığında düşüş gözlenmiştir (Şekil.4.d ve Şekil.5.c ve d). Ölçüm sonuçları Çizelge 2 te verilmiştir. 199

Camsı Kalınlık (µm) Kompozisyon Optik Mikroskop SEM Co 43 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 600 600 Co 42.5 Cu 0,5 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 900 800 Co 41.5 Cu 1.5 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 500 <300 Çizelge.2 Cu katkısı ile modifiye edilmiş kompozisyonlar ve camlaşma kalınlıkları Genellikle kritik döküm kalınlığı, silindirik çubuk şeklinde dökülen numunelerin XRD analizi çözünürlük sınırları içerisinde, kristalleşmenin görülmediği en büyük kalınlık olarak rapor edilmektedir. Bu nedenle Cu ilavesinin etkisini görmek amacıyla, tüm kompozisyonlar 2mm çaplı bakır kalıplara tekrar dökülmüştür. Silindirik numunelerden alınan parçalar toz haline getirildikten sonra XRD incelemesi yapılmıştır. Şekil.6 da 2mm çapındaki silindirik numunelere ait XRD analizleri verilmiştir. Buna göre at.%0.5 Cu katkılı durum, kompozisyondaki bor kaybına rağmen camlaşma kalınlığını 2mm ye kadar artırmıştır. Bakır miktarı at.% 1.5 e artırıldığında ise kristal fazların varlığını gösteren keskin difraksiyon pikleri gözlenmektedir. Kama şekilli ve 2mm çapındaki silindirik numunelerden elde edilen sonuçlar kıyaslandığında, sonuçlar birbiri ile uyumludur. (a) (b) (c) % 0 Cu % 0.5 Cu % 1.5 Cu 800 µm 600 µm 500 µm Şekil.4 at.%0.5 Cu katkılı Co 43-x Cu x Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 alaşımının camlaşma kabiliyeti üzerindeki etkileri Bununla birlikte %1.5 Cu ilaveli kompozisyonun mikroyapısında dendritler arasında Ta elementince daha zengin olan kristaller de çökelmektedir. Şekil.5.d de beyaz renkli olarak görülen bu kristaller yapıda homojen olarak dağılmıştır. Kama şekilli numunelerde gözlenen kritik camlaşma kalınlığı, silindirik çubuk kalıplar kullanıldığında artış göstermiştir. Bu durum, kama şekilli numunelerin üst kısmında bulunan aşırı malzemenin sıcaklığının yavaş düşmesi, alt bölgelerin camlaşmasını engellediğini göstermesi açsısından önemlidir. 200

13th International Materials Symposium (IMSP 2010) 13-15th October 2010 Pamukkale University Denizli - Turkey (a) (b) Ck 780µm Ck 1mm (c) (d) Ck 400mm Ck 500µm Şekil.5 Co43-xCuxFe20Ta5.5B31.5 alaşımının SEM görüntüleri (a)(b) x=0.5 Cu, ve (c)(d) x=1.5 Cu durumların mikroyapıları (Ck: incelemenin yapıldığı kalınlık) x= 1.5 x=0.5 x=0 2θ Şekil.6 Co43-xCuxFe20Ta5.5B31.5 (x=0, 0.5, 1.5) nominal kompozisyonlu 2mm kalınlığındaki numunelere ait XRD desenleri Üretilen kama şekilli numunelerin plakalarından alınan parçalara ait 20K/dk hızında yapılan DSC analiz eğrileri Şekil.7 de gösterilmiştir. DSC analizlerinden elde edilen termal özellikler ise Çizelge.3 te verilmiştir. 201

Tg Tx 2 x=1.5 Ekzotermik x=0.5 x=0 Tx 1 Tm Tl 800 1000 1200 1400 1600 Sıcaklık ( o C) Şekil.7 Co 43-x Cu x Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 alaşımının DSC eğrileri Çizelge.3 Co 43-x Cu x Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 (x=0, 0.5, 1.5) alaşımının termal özellikleri Kompozisyon Tg (K) Tx 1 (K) Tx 2 (K) Tl (K) ΔTx Trg(Tg/Tl) γ Co 43 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 876 921 991 1516 45 0,578 0,385 Co 42.5 Cu 0.5 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 879 904 1100 1511 25 0,582 0.378 Co 41.5 Cu 1.5 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 846 901 1121 1471 55 0,575 0,389 Katkısız Co 43 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 kompozisyonu yaklaşık 876 K de cam geçişi karakteristiği olan endotermik bir olay sergilemektedir. Sıcaklığın artmasıyla birlikte 921K, 986K ve 1166K de üç basamaklı bir kristallenme davranışına sahiptir. 921 K de gözlenen keskin ekzotermik pik, yapının cam olduğunun bir göstergesidir. Bu pikin olmaması durumu, yapının tamamen kristal olduğunu akla getirmelidir [15]. Co 43 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 alaşımına at.%0.5 Cu ilave edildiğinde cam geçiş sıcaklığı yaklaşık olarak 879K olarak belirlenmiştir. Co 42.5 Cu 0.5 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 alaşımının ilk kristallenme başlangıç sıcaklığı ise 904K e düşmüştür. Katkısız durum ve at.%0.5 Cu katklı durumda ergime sıcaklıkları neredeyse eşit olmasına rağmen, at.%0.5 Cu katkısı baz alaşımın ikinci kristallenme pik sıcaklığını daha yüksek sıcaklıklara ötelemektedir. Co 41.5 Cu 1.5 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 kompozisyonlu numune ise yaklaşık 846K de cam geçişi sergilerken, ilk kristallenme başlangıç sıcaklığı ise 901K olarak belirlenmiştir. Alaşımların Tg/Tl ve ΔTxg ve γ parametreleri Çizelge.3 te verilmiştir. Literatürde kullanılan aşırı soğutulmuş sıvı bölgesi (ΔTx=Tx-Tg), indirgenmiş cam geçiş sıcaklığı (Trg) ve γ parametrelerine göre kıyaslamalar yapıldığında, camlaşma kabiliyeti en iyi olan durum olan at.%0.5 Cu katkısının ΔTx ve γ parametrelerine uyum göstermediği gözlenmiştir. Bununla birlikte, camlaşmanın en yüksek olduğu ve Trg parametresinin en yüksek durum %0.5 Cu ilaveli kompozisyona aittir. Sonuç olarak nominal kompozisyonu Co 43-x Cu x Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 olan alaşıma x=0.5 e kadar yapılan bakır ilavelerinin bu alaşımın camlaşma kabiliyetini artırdığı gözlenmiştir. Ancak kompozisyonlar, literatürde belirtilen camlaşma parametrelerine göre kıyaslandığında aralarında önemli bir fark gözlenmemiştir. Bu çalışma, camlaşmanın gerçekleşmesi için ergitme ve döküm işlemlerinde belirli bir aşırı ısıtmanın gerekliliğini göstermesi açısından önemlidir. Dolayısıyla camlaşma kabiliyetinin belirlenmesinde bu durumun göz önünde bulundurulması gerekmektedir. 4 TEŞEKKÜR Bu çalışma 104M124 numaralı proje ile TÜBİTAK tarafından desteklenmiştir. 202

5 KAYNAKLAR 1. Raghavan, V., 2006, Materials Science and Engineering: A First Course, 5th Ed., 468 s., Prentice-Hall of India, New Delhi 2. Fan, J., Zhang, Z., Shen, B., Mao, S.X., Plastic deformation of a Co-based metallic glass composite with in situ precipitated dendritic phases, Scripta Materialia, 59, 603-606, 2008 3. Johnson, W.L., Fundamental aspects of bulk metallic glass formation in multicomponent alloys, Materials Science Forum, Vol.225-227, 35-50, 1996 4. Laws, K.J., Gun, B., Ferry, M., Influence of casting parameters on the critical casting size of bulk metallic glass, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol.40A, 2377-2387, 2009 5. Wang, W.H., Elastic moduli and behaviors of metallic glasses, Journal of Non-Crystalline Solids, 351,1481-1485, 2005 6. Inoue, A., Takeuchi, A., Recent progress in bulk glassy, nanoquasicrystalline and nanocrystalline alloys, Materials Science and Engineering, A375-377, 16-30, 2004 7. Inoue, A., Shen, B.L., Koshiba, H., Kato,H., Yavari, A.R., Ultra-high strength above 5000MPa and soft magnetic properties of Co-Fe-Ta-B bulk glassy alloys, Acta Materialia, 52, 1631-1637, 2004 8. Fiore, G., Ichim, I., Battezzati, L., Effect of minor elements addition on glass formation and properties of gold alloys, Journal of Physics: Conference Series, 144, 012039, 2009 9. Inoue, A., Shen, B.L., Chang, C.T., Fe- and Co-based bulk glassy alloys with ultrahigh strength of over 4000 MPa, Intermetallics, 14, 936-944, 2006 10. Zhao, Y., Kou, S., Suo, H., Wang, R., Ding, Y., Overheating effects on the thermal stability and mechanical properties of Cu36Zr48Ag8Al8 bulk metallic glass, Materials and Design, 31, 1029-1032, 2010 11. Durand-Charre, M., 2004, Microstructures of Steels and Cast Irons-Engineering Materials and Processes, 404 s., Springer, New York 12. Stoica, M., Roth, S., Eckert, J., Karan, T., Ram, S., Vaughan, G., Yavari, A.R., FeCoBSiNb Bulk metallic glass with Cu additions, Phys. Status Solidi C, 1-5, DOI 10.1002/pssc.200983375, 2010 13. Shen, B., Men, H., Inoue, A., Fe based bulk glassy alloy composite containing in situ formed α- (Fe,Co) and (Fe,Co) 23 B 6 microcrystalline grains, Applied Physics Letters, 89, 101915-1, 101915-3, 2006 14. Li, R., Stoica, M., Eckert, J., Effect of minor Cu addition on phase evolution and magnetic properties of FeCoSiBNbCu alloys, The 13th International Conference on Rapidly Quenched and Metastable Materials, Journal of Physics: Conference Series, DOI: 10ç1088/1742-6596/144/012042, 2009 15. Wang, W.H., Roles of minor additions in formation and properties of bulk metallic glasses, Progress in Materials Science, 52, 540-596, 2007 BİYOGRAFİLER Ziya Özgür Yazıcı 1975 yılında Eskişehir de doğdu. Orta ve lise öğrenimini Trabzon Anadolu Lisesi nde tamamladıktan sonra, 1995 yılında Anadolu Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Seramik Mühendisliği Bölümü nde lisans eğitimine başladı. 2003 yılında aynı bölümde yüksek lisans eğitimini tamamladıktan sonra, 2005 yılında Afyon Kocatepe Üniversitesi Metal Eğitimi ABD da doktora programına başladı. Halen metalik cam malzemelerin üretilmesi ve karakterizasyonu ile ilgili doktora çalışmalarına devam etmektedir. Yaklaşık on yıldır Afyon Kocatepe Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü nde araştırma görevlisi olarak görevine devam etmektedir. Aytekin Hitit 1970 yılında Yusufeli de doğdu. Orta ve lise öğrenimini Bolu Atatürk Lisesi nde tamamladıktan sonra, 1987 yılında Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisliği Bölümü nde lisans eğitimine başladı. 1992 yılında lisan eğitimini tamamladı. 1998 yılında yüksek lisans, 2002 yılında da doktora eğitimini Amerika Birleşik Devletleri nde Carnegie Mellon Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü nde tamamladı. 2003 yılından bu yana Afyon Kocatepe Üniversitesi Mühendislik Fakültesi nde görev yapmaktadır. 203