Kafes Sisteminin Etkisi
İki elementin yüksek konsantrasyonlarda katı çözelti oluşturması için, kafes sisteminin aynı veya benzer olması gerekir. Yüzde yüz katı eriyik oluşturmak için kafes sisteminin aynı olması gerekmektedir. Hegzagonal sıkı paket (SPH) sistemlerde özel bir durumla karşılaşılır. SPH yapıdaki metallerin atomik hacim oranları aynı ise c/a oranları farklı dahi olsa, sürekli katı eriyik oluşturabilirler. Buna en güzel örnek Cd-Mg ikili sistemi verilebilir ve bu sistem süper kafes yapısı da göstermektedir. Bu temel yaklaşımdan farklı olarak, oldukça farklı kristal yapısına sahip olan indium(YMT) ve talyum(SPH) çok geniş bir katı eriyik bölgesine sahip olmasına rağmen, sürekli katı eriyik oluşturamazlar. Çünkü bir kristal sisteminden diğerine geçiş bölgesi söz konusu olamamaktadır.
Boyut farkları uygun olmasına rağmen, Al-Ga ve Mg-Hg geniş katı eriyik bölgesi göstermezler. Bunun nedeni Ga'un kompleks ortorombik Hg'nın basit rombohedrik yapıda olmaları ve kristal yapılarındaki belirgin farklılık sebebiyledir.
Boyut Faktörünün Etkisi
Eğer alaşım yapan metaller aynı kafes yapısına sahipseler, sürekli katı çözelti yapmak için diğer bir şart olan boyut faktörü ortaya çıkar. Şekil 2.1'den de görüleceği gibi diyagramların oluşumunda boyut faktörünün etkisi oldukça önemlidir.
Bakır ve nikel'in her ikiside YMK yapıya sahiptir. Fakat, kristal yapısı benzer olan metallerin birincil katı çözeltileri, atomların boyut faktörleri ile sınırlanmaktadır. Eğer atomların boyutları birbirine çok yakınsa, elektrokimyasal olarak uyum içindeyseler ve de, relatif valans etkileri çözünürlüğe etki etmeyecek durumda ise, tam çözünürlük sağlanmaktadır. A ve B gibi iki metalin atomları arasındaki boyut farkı, %15'den küçük ise Cu-Ni tipinde faz yapısı sergiler. Eğer fark %15'i geçerse birincil ötektik katı çözelti sistemine geçer(Şekil 2.1.b.).
Atomik boyut faktörü etkisinde, ana latiste çözünen atom bulunduğu bölge etrafında bir miktar distorsiyona neden olarak, iç enerjide ve böylece serbest enerjide bir artışa neden olur(Şekil 2.3). Latis distorsiyonu belirli değerlerin üzerine çıktığı zaman, birincil katı çözelti diğer fazlara göre termodinamik olarak dengede olamayacaktır.
Boyut faktörü kuralı, elastisite kavramından hesaplanarak kısmen belirlenebilir. Bir alaşım bileşiminde, çözünen atomla ilgili olarak genleme enerjisi ; Es =8pmro3e2 olarak hesaplanabilir. Bu teoriye göre, düzensizlik arttıkça elektronik düzensizliğin artması sebebiyle, belirli sıcaklıklara kadar sıcaklık bileşim diyagramı kubbe şeklini koruyarak C=1/2'de maksimum sıcaklık değerine ulaşır ve hata derecesinin artışına bağlı olarak bu sıcaklık yükselir(Şekil 2. 1.c).
T=2mWe2/k
m=Alaşımın kayma modülü,
W=Atomik hacim,
k=Boltzman sabiti
(k=1.38x10-23j/K=8.63x10-3eV/K)
e=Çözeltinin hata derecesi(r1-ro/ro'a eşittir).
ro=Çözen atomun yarı çapı
r1=Çözünen atomun yarı çapı
Şekil 2.1. Denge diyagramlarının oluşumunda boyut faktörlerinin etkisi
a) Cu-Ni,Au-Pt b) Ni-Pt , c) Au-Ni ve d) Cu-Ag
Eğer her hangi bir T sıcaklığında katı çözelti tanımlanamıyorsa, sıcaklık olarak ergime noktası(Tm) alınır ve bu durumda birincil katı çözeltinin oluşması için gerekli olan çeç>(kTm/2mW)1/2eşitliğine bakılır. Bir çok metal için kTm/mW yaklaşık olarak 0.04 ve hata derecesi çeç ise %14 çivarındadır [(r1-ro)/ro].
Şekil 2.2. Bakır-Çinko alaşım sisteminin ikili denge diyagramı
Şekil 2.3. Atomlar arası mesafeye bağlı olarak potansiyel enerji değişimi. |