Magnezyum alaşımlarının sıvılaşma sıcaklıkları
Bu yazıda, magnezyum dökümüyle ilgili merak edilen bir konu üzerinde duracağız: Döküm sıcaklığı. Magnezyumun düşük sıcaklıkta sıvılaştığını biliyoruz: 650°C üzerinde sıvı faza geçen bu elementin sıvılaşma (likidüs) sıcaklığı alaşımlandığı zaman daha da düşüyor.
Alüminyum da benzer sıcaklıklarda ergiyen ve dökülen bir malzeme olmasına rağmen, magnezyum dökümünde döküm sıcaklığını çok daha hassas bir şekilde kontrol etmemiz gerekiyor. Bunun temel nedeni, magnezyumun buhar basıncının yüksek olması. Daha gündelik bir dil kullanmak istersek, magnezyumun çok hızlı bir şekilde buharlaşıyor olması. Buharlaşma hızı sıcaklık arttıkça artan bir parametre olduğu için, malzemenin buharlaşmadan kalması için döküm sıcaklığını mümkün olduğunca düşük tutmamız gerekiyor. Bunun için de, hazırladığımız alaşımın tam olarak hangi sıcaklıkta sıvılaştığını bilmemiz gerekiyor.
Aşağıdaki grafik üzerinde, magnezyum içine eklenen çeşitli alaşım elementlerinin sıvılaşma (likidüs) sıcaklığını nasıl etkilediğini görebilirsiniz. Grafiğin daha kolay anlaşılmasını sağlamak için grafik üzerindeki eğriler sadece kısmi bir şekilde gösteriliyor. Fakat bu eğrilerin alt eksende gösterilen kompozisyon değerleri boyunca uzandığını belirtelim.
İlk bakışta sanki grafik üzerinde gösterilen tüm elementler benzer bir etki yaratıyormuş gibi görünse de, ayrıntısına baktığımız zaman işin pek de öyle olmadığını görüyoruz: Farklı elementler, sıvılaşma sıcaklığını farklı şekillerde düşürebiliyorlar. Farklı elementlerin ortaya çıkardığı bu farklı etkiler, eklenen elementin sıvı çözeltide nasıl bir davranış sergilediğine bağlı olarak değişiklik gösteriyor. Örneğin eklediğimiz element eğer kuvveti bir bileşik oluşturma eğilimi sergiliyorsa, doğal olarak sıvı içindeki aktivitesi toplam konsanrasyonundan farklı bir değer alıyor.
Grafik üzerindeki eğrilere dikkat ederseniz, sıvılaşma sıcaklığını en çok düşürenler nadir toprak elementeri (La, Ce) olarak göze çarpıyor. Bu elementler, magnezyumla tepkimeye girerek MgxCe tipi bileşikler oluşturuyorlar. Benzer bileşikler ortaya çıkaran ve sıvılaşma sıcaklığını en çok düşüren diğer elementlere baktığımız zaman, grafik üzerinde gösterilmeseler de Sr ve Ca’nın da bu tür bir etki yarattığını gözlemliyoruz. Tabii burada sadece bileşik oluşumuna bağlı bir etkinin ortaya çıktığını söyleyemeyiz. İşin biraz teorisine gireceğiz belki ama bu iki elementin atom çapları, katı çözelti içinde barınamayacakları kadar büyük: Mg’nin atom yarıçapı 149 pm gibi bir değer sergilerken, Sr 219 pm, Ca ise 194 pm yarıçapına sahip. Bu büyük atomlar katı içinde barınmakta zorlandıkları için katılaşmanın son aşamasına kadar sıvı içinde kalıp, sıvılaşma sıcaklığını aşağı çekebiliyorlar.
Yukarıdaki grafiğe dair son bir noktaya dikkat etmemiz gerekiyor: Grafik üzerindeki elementlerin miktarları ağırlık değil, atom yüzdesi olarak gösteriliyor. Bir örnek vermek gerekirse lityum (Li), magnezyuma kıyasla çok daha hafif bir metal. Daha doğrusu, aslında bildiğimiz en hafif metal (yoğunluğu sadece 0,53 g/cm3). Dolayısıyla yukarıdaki grafik üzerinde sıvılaşma sıcaklığını düşürmek için sanki çok fazla Li eklenmesi gerekiyormuş gibi görünse de, aslında ağırlık yüzdesine çevirdiğimiz zaman oldukça düşük miktarlardan bahsettiğimizi görebiliriz.
Kaynaklar ve ek bilgiler
- Principles of magnesium technology. E.F. Emley. Pergamon Press (1966).
İçerik hazırlığında kullanılan tüm kaynakların listesi için bu bağlantıyı takip edebilirsiniz.
Yazan: Dr. Arda Çetin. (Dökümhane Akademi ekibi hakkında ayrıntılı bilgi için bu bağlantıyı takip edebilirsiniz.)
