Bölüm 5 Difüzyon (Yayınma)

Slides:



Advertisements
Benzer bir sunumlar
TOPRAĞIN HİKAYESİ HORİZON: Toprağı meydana getiren katmanlara horizon adı verilir. TOPRAK: Toprak taşların parçalanması ve ayrışmasıyla meydana gelen,
Advertisements

Hâsılat kavramları Firmaların kârı maksimize ettikleri varsayılır. Kâr toplam hâsılat ile toplam maliyet arasındaki farktır. Kârı analiz etmek için hâsılat.
Mastarlar.
Dinamik sistemin kararlılığını incelemenin kolay bir yolu var mı? niye böyle bir soru sorduk? Teorem 1: (ayrık zaman sisteminin sabit noktasının kararlılığı.
9. SINIF 3.ÜNİTE: Kimyasal türler arası etkileşimler
Çözünme durumuna göre Tam çözünme: Bir elementin diğeri içerisinde sınırsız çözünebilmesi. Hiç çözünmeme: Bir elementin diğeri içinde hiç çözünememesi.
İletkenlik Elektrik iletkenlik, malzeme içerisinde atomik boyutlarda “yük taşıyan elemanlar” (charge carriers) tarafından gerçekleştirilir. Bunlar elektron.
Çeliklerde ısıl işlemler. Isıl işlemler Şu ana kadar yavaş soğuma hızlarında elde edilebilecek iç yapılar görüldü. Faz diyagramları yavaş soğumada dengede.
İklim ve İklim Elemanları SICAKLIK. Bilmemiz Gereken … Isı : Cisimlerim potansiyel enerjisidir. Sıcaklık : Isının dışa yansıtılmasıdır.Birimi santigrat.
PLASTİK ŞEKİL VERME YÖNTEMİ
 Ülkemizdeki nüfusun sayısı ve nüfusla ilgili veriler yapılan nüfus sayımları ile elde edilir. Bu sayımlar sonucunda, toplam nüfus, nüfusun yaş gruplarına.
Kuantum Teorisi ve Atomların Elektronik Yapısı
Kararlılık Sıfır giriş kararlılığı Tanım: (Denge noktası) sisteminin sabit çözümleri, sistemin denge noktalarıdır. nasıl belirlenir? Cebrik denkleminin.
HERON & ZEPLİN İbrahim KURU SİVAS.
Fe/C ve Fe/Fe3C Faz diyagramı
Jominy (Uçtan Su Verme) Deneyi
YARI İLETKEN DİYOTLAR Elektronik Devreler.
Hidrojen Gevrekliği.
ÖZEL TANIMLI FONKSİYONLAR
MALZEME BİLGİSİ Doç.Dr. Gökhan Gökçe 2. MALZEME YAPISI.
Aktif Karbon Adsorpsiyonuyla Ağır Metal Giderimi ve Alevli AAS ile Tayin PEKER S1, KAŞ M.1, BAYTAK S.1  1Süleyman.
Kimyasal Kinetik Kimyasal reaksiyonların hız ve mekanizmalarını inceleyen kimya dalıdır. Reaksiyona giren maddelerin tümünün aynı fazda olduğu homojen.
FOTOSENTEZ HIZINA ETKİ EDEN FAKTÖRLER
COĞRAFİ KONUM.
MÜHENDİSLİK MALZEMELERİ
1 Yarıiletken Diyotlar.
Metal Fiziği Ders Notları Prof. Dr. Yalçın ELERMAN.
1. RİP Kıyıdan / Plajdan denize doğru olan bir akıntıdır.
Stokiyometri, element ölçme anlamına gelen Yunanca, stocheion (element) ve metron (ölçme) kelimelerinden oluşmuştur. Stokiyometri, bir kimyasal reaksiyonda.
Bölüm 2: Bir Boyutta Hareket. Bölüm 2: Bir Boyutta Hareket.
İMAL USULLERİ PLASTİK ŞEKİL VERME
Yapay Sinir Ağı Modeli (öğretmenli öğrenme) Çok Katmanlı Algılayıcı
MODEL YETERSİZLİKLERİNİ DÜZELTMEK İÇİN DÖNÜŞÜMLER VE AĞIRLIKLANDIRMA
MAT – 101 Temel Matematik Mustafa Sezer PEHLİVAN *
KİMYASAL BAĞLAR.
-MOMENT -KÜTLE VE AĞIRLIK MERKEZİ
1-HETEROJEN KARIŞIMLAR (ADİ KARIŞIMLAR):
ELEMENTLER VE BİLEŞİKLER
Maddenin Ayırt Edici Özellikleri
İŞ SAĞLIĞI VE GÜVENLİĞİ KARŞILAŞTIRMA ÖLÇÜTLERİ
5.Konu: Kimyasal Tepkimeler.
FAZLAR ARASI KÜTLE TRANSFERİ
DİFÜZYON KATSAYILARI Gazlar için Difüzyon katsayıları
HAYEF FEN VE TEKNOLOJİ ÖĞRETMENLİĞİ
BÖLÜM 5 Atomlar ve Moleküller. BÖLÜM 5 Atomlar ve Moleküller.
YAĞMURUN KARIN OLUŞUMU YERYÜZÜNDE SUYUN UĞRADIĞI DEĞİŞİKLİKLER
MADDENİN DEĞİŞİMİ VE TANINMASI
BÖLÜM 7 SIVILAR VE GAZLAR. BÖLÜM 7 SIVILAR VE GAZLAR.
Madde ve Maddenin Özellikleri
METALİK BAĞ Metal atomlarını bir arada tutan bağdır. Metallerde değerlik elektronları atom tarafından çok zayıf bir şekilde tutulur. Çünkü çekirdeğe uzaklıkları.
SİSMİK PROSPEKSİYON DERS-3
NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ
SİSMİK YORUMLAMA DERS-7 PROF.DR. HÜSEYİN TUR.
NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ
NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ
KARIŞIMLAR Karışım, birden fazla maddenin yalnız fiziksel özellikleri değişecek şekilde bir araya getirilmesiyle oluşturulan madde topluluğudur. Karışımın.
ÖLÇME-DEĞERLENDİRME 1.DERS
Üç bileşenli sistemlerde uygulamalar
SIVILAR Sıvıların genel özellikleri şu şekilde sıralanabilir.
Metallere Plastik Şekil Verme
Tane sınırları Metal ve alaşımları tanelerden oluşur. Malzemenin aynı atom dizilişine sahip olan parçasına TANE denir. Ancak her tanedeki atomsal.
FOTOSENTEZ.
Veri ve Türleri Araştırma amacına uygun gözlenen ve kaydedilen değişken ya da değişkenlere veri denir. Olgusal Veriler Yargısal Veriler.
NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ
NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ
NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ
Prof. Dr. Halil İbrahim Karakaş
YRD. DOÇ. DR. OKTAY KIZILKAYA
A.Ü. GAMA MYO. Elektrik ve Enerji Bölümü
FEN BİLİMLERİ-6 5.ÜNİTE SES VE ÖZELLİKLERİ 3.Sesin Sürati HALİM GÜNEŞ.
Sunum transkripti:

Bölüm 5 Difüzyon (Yayınma) Şekilde yüzey sertleştirme uygulanmış bir çelik dişlinin fotoğrafı görülmektedir. Yüksek sıcaklıkta yapılan ısıl işlem sırasında, dişlinin içinde bulunduğu ortamdaki karbon, yüzeyden içeri yayınarak yüzey tabakasının sertleşmesi sağlanmıştır. Kesitin alındığı kısımda sertleştirilmiş olan yüzey tabakası, koyu tonda görülmektedir.

İleride açıklanacağı üzere, karbon miktarının yükselmesi, sertliğin artmasını ve bu da dişlinin aşınma direncinin iyileşmesini sağlamaktadır. Ayrıca, sertleştirilmiş yüzey tabakasında gelişen basma artık gerilmeleri dişlinin çalışma sırasında yorulma hasarına olan direncini de arttırmaktadır (ilerleyen bölümlerde).

BÖLÜM 5 - DİFÜZYON • Difüzyon nasıl oluşur? • Neden önemlidir? • Difüzyon hızı nasıl tahmin edilebilir? • Difüzyon malzemenin yapısına ve sıcaklığa göre nasıl değişir

Malzemelerin özelliklerini iyileştirmek amacıyla ısıl işleme tabi tutulmaları yaygın olarak baş vurulan bir işlemdir. Isıl işlem sırasında meydana gelen olayların temelinde atomsal yayınım (difüzyon) söz konusudur.

Çoğu zaman yayınma hızının artması istense de, bazı durumlarda yavaşlaması için de önlemler alınır. Isıl işlem sıcaklıkları ve süreleri ve/veya soğuma hızları çoğunlukla yayınma denklemleri ve uygun sabitlerle belirlenir.

Difüzyon Nedir? Difüzyon veya yayınım, bir malzeme içinde atomların hareketidir. Atomlar, konsantrasyon farkını yok etmek ve homojen bir kompozisyon oluşturmak için hareket ederler.

Gazlardaki, sıvılardaki ve katılardaki atomlar sürekli hareket halindedir ve zamanla bir yerden diğerine geçer. Pişen yemeğin kokusunun yayılmasından anlaşılacağı gibi gazlarda atom/molekül hareketi nispeten hızlıdır.

Sıvılardaki atom hareketi, suya katılan bir mürekkebin yayılmasından görüleceği gibi, gaza göre daha yavaştır. Katılarda atomlar birbirine kuvvetli bağlandıklarından dolayı atomların hareketi yavaştır. Fakat, katılardaki ısıl titreşimler, bazı atomların hareket etmesine imkan verir

Difüzyon Nedir? Malzemelerde üretim ve uygulama sırasında görülen katılaşma, çökelme, yeniden kristalleşme, tane büyümesi gibi olaylar ile kaynak, lehim, sementasyon gibi işlemler büyük ölçüde atomların kütle içindeki hareketlerine bağlıdır. Atomların hareketleri ısıl enerji etkisinde oluşur ve iki aşamalıdır: Birincisi ısıl etki ile atomların kendi denge konumları çevresindeki küçük titreşim hareketleri, İkincisi ise yine aynı etki ile bir denge konumundan diğerine atlayarak yaptıkları uzak mesafe hareketleridir. Bu sonuncuya atomsal yayınım veya difüzyon denir. Katı malzemelerde meydana gelen difüzyon gaz ve sıvılardaki difüzyondan çok daha yavaştır.

Kendi Kendine Difüzyon (Öz difüzyon) Tamamen saf katı düzenli malzemelerde atomlar bir kafes noktasından diğerine hareket ederler. Tüm atomlar aynı tipte atomlar ile yer değiştirme yaparlar. Bu olaya kendi kendine difüzyon denir. Tabii ki burada konsantrasyonda değişim yoktur. Kendi kendine difüzyon, saf metallerde olur. Aynı elemente ait A,B, C, D, atomları sıcaklığın etkisi ile hareket ederler veya yayınırlar.

Alaşımlarda Difüzyon Alaşımlarda difüzyon, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi yüzeyleri birbirine temas eden iki farklı metal (mesela Cu ve Ni) çubuk ile açıklanabilir. Bu şekilde ara yüzeyde atom yerleri bileşim şematik olarak gösterilmiştir. Metal çifti erime noktalarının altında bir sıcaklığa ısıtılıp belli bir süre bekletilir. Ara yüzeyde kimyasal analiz yapıldığında saf bakır ve nikel bölgeleri arasında alaşımlı bölge bulunduğu görülür. Her iki metalin derişimi (konsantrasyonu) aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi mesafeye bağlı olarak değişir. Sonuç olarak bakır atomları nikel içine hareket etmiş veya yayınmıştır ve nikel atomları da bakır içine yayınmıştır. Cu-Ni örneğinde olduğu gibi yüksek konsantrasyonlu bölgeden düşük konsantrasyonlu bölgeye atomların hareketi vardır. Konsantrasyon profili, aşağıdaki örnekte, ara yüzeyden itibaren konsantrasyonun mesafeye bağlı değişimini gösterir

Katılarda Difüzyon Mekanizmaları Boşluk difüzyon mekanizması Eğer atomların ısıl titreşiminin sağladığı yeterli aktivasyon enerjisi varsa ve atomların hareket ettiklerinde girebilecekleri boşluklar veya diğer kafes kusurları mevcutsa, atomlar kristal kafesinde bir yerden diğerine hareket eder. Metal ve alaşımlarında boşluklar her zaman vardır ve atomların yayınmasına yardımcı olur. Bir kafes noktasından diğerine atomların sıçraması için atomlar, komşuları ile yaptıkları bağ koparacak ve sıçrama sırasında kafes çarpılmaları yapacak seviyede aktivasyon enerjisine enerjiye ihtiyaç vardır. Bu enerji, atomik ısıl titreşimlerden gelir. [YMK (100) düzlemi]

Katılarda Difüzyon Mekanizmaları Arayer difüzyon mekanizması Kristal kafeslerinde atomların arayer difüzyonu, ana kristal kafesini kalıcı olarak bozmadan atomlar bir ara yerden diğerine hareket ettikleri zaman meydana gelir. Arayer mekanizmasının işleyebilmesi için yayınan atom boyutunun ana faz atomu(çözen) boyutuna göre küçük olması gerekir. Hidrojen, oksijen, azot, karbon gibi küçük atomlar ara yer boşluklarına sığabilecek boyutlarda oldukları için arayer difüzyon mekanizması ile hareket ederler. Arayer difüzyonu, boşluk difüzyonundan genellikle daha hızlıdır. Çünkü arayer atomlarının komşu atomlar ile olan bağ normalde daha zayıf ve atom boşluğundan çok daha fazla ara yer boşlukları vardır.

Katılarda Yayınım Mekanizmaları

Difüzyonda aktivasyon enerjileri Yayınan bir atom, yeni yerine ulaşmak için komşu atomları sıkıştırarak geçmek zorundadır. Bunun olabilmesi için atomların yeni konumlarına geçmesini zorlayacak enerji sağlanmalıdır. Bu durum yandaki şekilde boşluk difüzyonu ve arayer difüzyonu için gösterilmiştir. Atom, başlangıçta nispeten kararlı konumda ve düşük enerjili haldedir. Yeni bir konuma hareket etmek için enerji engelini aşmak zorundadır. Bu enerji”aktivasyon enerjisi” dir. Ve Q ile gösterilir. Söz konusu enerji engelini aşmak için gerekli enerji sıcaklığın artırılması suretiyle elde edilir. Normal olarak bir arayer atomunun komşu atomları geçmek için sıkıştırması daha az enerji gerektirir. Bunun sonucu olarak, ara yer difüzyonu için aktivasyon enerjileri boşluk difüzyonu için olandan daha azdır. Aktivasyon enerjisi düştükçe difüzyon kolaylaşır. Difüzyon sırasında atomların birbirlerini sıkıştırarak geçmesi için enerji engelinin (aktivasyon enerjisi,Q) aşılması gerekir.

Difüzyon Akısı Difüzyon, zamana bağlı bir süreçtir. Bir elementin atomlarının taşınma miktarı zamanın fonksiyonudur. Difüzyon hızı, birim zamanda birim düzlem alandan geçen atom sayısı (atom/(m2 .san)veya malzeme miktarı (kg/(m2.san) olarak tanımlanan akı “J” ile ölçülebilir (Aşağıdaki şekil) J nin birimi, bir metre kareden bir saniyede yayınan atomun ağırlıkça ya da sayıca miktarıdır.

Kararlı hal difüzyonu Eğer, difüzyon akısı zamanla değişmiyor ise kararlı hal durumu ortaya çıkar. En çok bilinen örnek olarak, iki tarafında konsantrasyonları sabit olan gaz halindeki bir elemente ait atomların bulunduğu ince bir metal levhadan geçen bu atomların difüzyonu verilebilir. Aşağıda (Şekil a) şematik olarak gösterilmiştir. Eğer, levha içinde yayınan atomların konsantrasyonunu (C, kg/m3 ) mesafeye (X) bağlı olarak grafiğini çizersek, bir eğri elde edilir. Bu eğri, “konsantrasyon profili” olarak tanımlanabilir. Bu eğrinin belirli bir noktadaki eğimine de “konsantrasyon gradyantı” denir. Şekil b’de konsantrasyon profilinin lineer olduğu var sayılmıştır. Katı içerisindeki karbon (C) konsantrasyonunun konumla, x göre değişimi çizildiğinde, elde edilen eğri konsantrasyon profili, bu eğri üzerinde belirli bir noktadaki eğim ise konsantrasyon gradyeni olarak adlandırılmıştır.

Kararlı hal difüzyonu-1.Fick Kanunu Tek bir yöndeki kararlı hal difüzyonu matematiksel olarak aşağıdaki denklem ile ifade edilir. Burada, akı (J), konsantrasyon gradyantı ile orantılıdır. (Yayınan atomun, ana faz atomu ile kimyasal reaksiyona girmediği varsayılır). Burada orantı sabiti D difüzyon katsayısı olarak tanımlanır. Denklemdeki negatif işaret difüzyonun yönünün konsantrasyon gradyantının aşağısına doğru olduğunu gösterir. Konsantrasyon gradyantı dikleştikçe akı artar. Difüzyon için itici güç, konsantrasyon gradyantıdır. Aşağıdaki denklem 1. Fick Kanunu olarak adlandırılır Genelde «itici güç» terimiyle bir reaksiyonun gerçekleşmesini sağlayan etkenler kastedilir. Yayınma reaksiyonlarında böyle birkaç tane etken söz konusudur. Ancak yayınmanın yukarıdaki denkleme göre gerçekleşmesi durumunda itici güç konsantrasyon gradyanıdır.

Metalik sistemler

Kararsız hal difüzyonu-2. Fick kanunu Koşulların zamanla değişmediği kararlı hal difüzyonu mühendislik malzemelerinde sık rastlanmaz. Çoğunlukla katı içinde bir noktada, difüzyon akısı ve konsantrasyon gradyantı aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi zamanla değişir. Örneğin, çelik bir milin yüzeyinden içeriye sertleştirmek amacıyla karbon yayınıyor ise yüzeyin altında karbon konsantrasyonu zamanla değişecektir. Kararsız hallerde 2. Fick kanunu olarak bilenen aşağıdaki denklem kullanılır: Fick in ikinci kanunu-kararlı yayınma durumu için (bir yöndeki) yayınma denklemi

Sabit yüzey konsantrasyonu için (yarı sonsuz katıda) Fick in ikinci kanununa ait denklem çözümü

Tablo üzerinde: 23

ÖRNEK Problemler: 1020 çeliğinden bir dişliyi 927°C'de karbonladığınızı düşünün. Yüzeyin 0.50 mm al­tında karbon miktarını %0.40'a çıkarmak için gerekli zamanı dakika cinsinden hesaplayın. Fırın atmosferindeki karbon miktarının %0.90 ve çeliğin karbon miktarının %0,20 olduğunu kabul edin. D927°C = 1.28x 10-11 m2/sn Cy = %0.90 x = 0.5 mm = 5.0 x 10-4 m Co = %0.20 Cx = %0.40 t = ? Sn Çözüm: veya 24

veya 25

Örnek 1020 çeliğinden bir dişliyi bir önceki problemdeki gibi 927 °C'ta gazla karbonlayacağımızı düşünelim. Bu kez 5 saatlik karbonlamadan sonra dişli yüzeyinin 0.50 mm altındaki karbon miktarını hesaplayın. Atmosferdeki karbon miktarının %0.90, çeliğin karbon miktarının da %0.20 olduğunu kabul edin Z = 0.521 kabul edelim. Şimdi bu Z - 0.521 değerine hangi hata fonksiyonunun uydu­ğunu bilmemiz gerekir. Bu sayıyı Tablo’dan bulmak için verileri yandaki tabloda olduğu gibi ara değerlememiz gerekir 26

Dikkat edilecek olursa, 1020 çeliğinde karbonlama süresini 2 Dikkat edilecek olursa, 1020 çeliğinde karbonlama süresini 2.4 saatten 5 saate yükseltmek, dişli yüzeyinin 0.5 mm altındaki karbon miktarını % 0.4'ten sadece % 0.52'ye yükseltebilmektedir. 27

Endüstriyel uygulamalarda difüzyon-1

Endüstriyel uygulamalarda difüzyon-2

Endüstriyel uygulamalarda difüzyon-3

Endüstriyel uygulamalarda difüzyon-4

Endüstriyel uygulamalarda difüzyon-5

Endüstriyel uygulamalarda difüzyon-6 Sinterleme esnasında difüzyon işlemleri. Temas noktalarında atomlar difüz eder, köprüler oluşturur ve sonunda boşlukları doldurur. ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.

Difüzyonu etkileyen faktörler-1

Difüzyonu etkileyen faktörler-2

Difüzyonu etkileyen faktörler-3