Alaşımların yapısı

Birden fazla elementin bir araya gelmesiyle oluşan metalik malzemelere alaşım adını veriyoruz. Bu tanımdan da anlaşıldığı üzere, herhangi iki ya da daha fazla sayıda elementin bir araya gelmesi bir alaşım oluşması için yeterli değil. Bir malzemeye alaşım diyebilmemiz için, metalik özellikler taşıması gerekiyor; bunun için de sahip olduğu elementlerden en az bir tanesinin metal olması gerekiyor.

İki ya da daha fazla elementin atomlarını sıvı fazda karıştırıp, bir alaşım oluşacak şekilde katılaşmasını sağladığımızda, elementlerin alaşım içerisinde bir ya da daha fazla sayıda fazın oluşmasını sağlayacak şekilde dağılabildiklerini gözlemliyoruz. Örneğin tek fazlı alaşımlarda, elementlerin malzeme içinde homojen bir şekilde dağıldıklarını görüyoruz. Element atomları malzeme içerisinde homojen olmayan bir şekilde, belli bölgelere gruplanarak dağıldıklarında ise, farklı fazların ortaya çıktığını; yani, çok fazlı bir alaşımın oluştuğunu gözlemliyoruz. Burada önemli bir noktanın altını çizmemizde fayda var: mikroskop altında bir fazın homojen görünüyor olması, atomik düzeyde hatalar içermediği, ya da homojenliğin atomik düzeyde de korunduğu anlamına gelmiyor. Büyük ölçekte homojen görünen bir fazın yapısında atomik hatalar mutlaka bulunuyor. Fazların homojen yapısından bahsettiğimizde, atomik boyutta değil, daha ziyade mikroskobik ölçekte homojen olan yapıları kastediyoruz. Aşağıdaki, optik mikroskop altında çekilmiş mikroyapı fotoğrafında, %0.2 karbon içeren bir çelik parçadaki ferrit (açık renk) ve perlit (koyu renk) fazları gösteriliyor. Çok fazlı bu gibi alaşımlarda, alaşımın kimyasal kompozisyonu sabit olmasına rağmen (%99.8 Fe, %0.2 C), numuneye mikroskop altında baktığımızda, numunenin farklı kompozisyona sahip birçok fazdan oluştuğunu görüyoruz.

Resim: Core Materials. Creative Commons (CC BY-NC-SA 2.0)

Bir alaşımı oluşturan elementleri kontrol ederek alaşımın özelliklerinin de kontrol edilebiliyor olması nedeniyle, çoğu mühendislik uygulamasında saf malzemeler yerine alaşımların tercih edildiğini görüyoruz. Bu özellik değişimlerinin miktarı, alaşımlanan malzemeye ve alaşımlama miktarına bağlı olarak değişebileceği gibi, bir özellikten diğerine farklılık da gösterebiliyor. Örneğin saf demiri çok az miktarda karbonla alaşımlayarak çelik ürettiğimizde, saf demire kıyasla çok daha güçlü bir malzeme üretebiliyor olmamıza rağmen, üretilen çeliğin yoğunluğu saf demire yakın bir değere sahip oluyor.

Alaşımları saf malzemelerden ayıran en önemli farklardan bir diğeri de, tek bir sıcaklıkta katılaşmıyor, ya da erimiyor olmaları. Bildiğiniz gibi bütün metaller, denge koşullarında (yani çok yavaş soğutulduklarında ya da ısıtıldıklarında) tek bir sıcaklıkta katılaşıyor, ya da eriyorlar. Alaşımların katılaşması (ve erimesi) ise iki sıcaklık değeri arasında gerçekleşiyor. Bir alaşımı bu iki sıcaklık değeri arasında bir noktaya kadar ısıtıp beklettiğimizde ise, ne tam katı faza, ne de tam olarak sıvı faza geçmeden, iki fazın birden bulunduğu çamurumsu bir yapıya sahip olmasını sağlayabiliyoruz.

Metal alaşımları iki farklı şekilde, ara bileşik ya da katı çözelti oluşturarak karşımıza çıkabiliyor. İlerleyen sayfalarda bu iki farklı alaşım türünün yapıları üzerinde duracağız.


Devamı: