Eriyik Eğirme Yöntemi İle Üretilmiş Hızlı Katılaştırılmış Al-20Si-5Fe

Şekil 4.15– 19 te eriyik eğirme yöntemi ile üretilen şeritlerden hafif dağlama ve derin dağlama işlemlerinden sonra alınmış optik ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) fo- toğrafları görülmektedir. Şeritlerin dağlanmasında kullanılan asit çözeltisinin derişimi ve dağlama süreleri materyal ve metot kısmında verilmiştir.

Şeritler üzerinde yapılan hafif dağlama işleminin amacı, şeridin mikroyapısının genel durumu hakkında bilgi edinmektir. Çünkü hafif dağlamadan sonra alüminyum matris mikroyapıdan giderilmez ve böylece alüminyum, silisyum ve intermetalik fazların bira- rada görülmesi mümkün olabilmektedir. Şekil 4.15 de hafif dağlamadan sonra alınan optik fotoğraflar görülürken Şekil 4.16 da ise hafif dağlama işleminden sonra alınmış SEM mikrografı görülmektedir.

Şekil 4.15. Eriyik eğirme (MS) yöntemi ile üretilmiş (a) MS20, (b) MS20-1, (c) MS20- 3 ve (d) MS20-5 şeritlerinin hafif dağlamadan sonra alınmış optik mikrog- rafları

Kimyasal modifikasyon ve hızlı katılaştırma süreçleri gibi işlemler sonucunda incelmiş ve daha homojen hale gelmiş mikroyapılar üzerinde, dağlama amacı ile kullanılan asit çözeltisi mastır alaşımlara nazaran daha az etkilidir. Dahası, mikroyapı incelmesi devam ettikçe asidin etkisi daha da azalır. Nitekim, Şekil 4.15 dikkatle incelendiğinde katkısız ve %1 kobalt katkılı numunelerin optik mikroyapılarındaki fazlar (silisyum ve interme- talikler) (Şek.4.15a ve b) hafif dağlama sonucunda nispeten ayırt edilebilir durumda iken, %3 ve 5 kobalt katkılı numunelerin mikroyapıları (Şek.4.15.c ve d) için aynı şey- leri söyleyebilmek kolay değildir. Bu durum, şeritlerden hafif dağlama sonunda alınan SEM fotoğraflarından da (Şekil 4.16) teyit edilmektedir. MS20 (Şek.4.16 (a)) ve MS20- 1 (Şek.4.16 (b)) numunelerinin mikroyapılarının neredeyse tamamında iğnemsi interme- talikler (açık gri) gözlenebilirken, TC20-3 (Şek.4.16 (c)) numunesinin sadece bir bölü- münde iğnemsi intermetalikler belli belirsiz bir şekilde görülebilmektedir. Şek.4.16 (a- c) den, bu üç numunenin hiç birisinin silisyum fazları hakkında pek fazla bir bilgi elde edilememektedir.

Şekil 4.16. MS yöntemi ile üretilmiş (a) MS20, (b) MS20-1, (c) MS20-3 ve (d) MS20-5 şeritlerinin hafif dağlamadan sonra alınmış SEM mikrografları.

Yine TC20-5 numunesinde (Şek.4.16 (d)), mikroyapı kısmen açığa çıkmışsa da, inter- metalikler ve silisyum fazları hakkında çok fazla yorum yapmak şu aşamada mümkün değildir.

Şekil 4.17 de şeritlerden şiddetli dağlama sürecinden sonra alınmış optik ve taramalı elektron mikroskopbu (SEM) mikrografları verilmektedir. Şekildeki optik mikrograflar- da şeritler, şiddetli dağlamanın etkisiyle daha koyu/karanlık görülmektedir. Dikkat edi- leceği üzere, derin dağlanmış mikroyapılar (Şekil 4.17) hafif dağlamadan sonra alınan optik fotoğraflardakilere (Şekil 4.15) göre biraz daha belirgin hale gelmiştir. Özellikle MS20 ve MS20-1 (Şekil 4.17 (a ve b)) deki birincil silisyum fazlarının (açık renkli gö- rülenler) mikroyapı içerisindeki dağılımları net bir şekilde görülürken, MS20-3 ve MS20-5 (Şekil 4.17 (c ve d)) numunelerinde daha ince ve homojen dağılımlı bir mikro- yapının oluştuğu kanaatine varılabilir.

Şekil 4.17. MS yöntemi ile üretilmiş (a) MS20, (b) MS20-1, (c) MS20-3 ve (d) MS20-5 şeritlerinin şiddetli dağlamadan sonra alınmış optik mikrografları.

Şekil 4.15-17 dikkate alındığında, MS yöntemi ile üretilen şeritlerin mikroyapılarının incelenmesi için optik mikroskopun ayırma gücü yeterli görülmemektedir. Ayrıca, SEM analizlerinde de net görüntüler elde edebilmek için hafif dağlamanın yetersiz olduğu kanaatine varılmaktadır. Böylece, bundan sonraki SEM analizleri derin/şiddetli kimya- sal dağlama (deep chemical etching) işlemlerinden sonra alınmıştır. Burada de- rin/şiddetli dağlamadan kasıt, incelenen yüzeydeki mikroyapıdan alüminyum matriksin önemli ölçüde giderilmesidir.

Şekil 4.18 de MS20 numunesinden derin dağlama işleminden sonra alınan 10.000X (Şek.4.18 (a)) ve 30.000X (Şek.4.18 (b)) büyütmeli iki SEM mikrografı görülmektedir. Şekilden görülebileceği üzere, alüminyum matriksi büyük ölçüde giderilmiş olan alaşı- mın mikroyapısında iğnemsi/plaka benzeri (needle/plate like) intermetalik fazlar ve par- çacık benzeri silisyum fazları gayet net bir şekilde seçilebilmektedir. Alaşımın mikro- yapısının genel durumunu gösteren Şek.4.18 (a) da, genelde daha açık renkli görülen 3 – 5 m boyutlu iğnemsi intermetaliklerin mikroyapı içerisindeki dağılımları büyük ölçüde homojendir.

Şekil 4.18. MS yöntemi ile üretilmiş MS20 numunesinden alınmış (a) 10.000X ve ( b) 30.000X büyütme oranlarına sahip mikrograflar

Aynı şekilde, 1,5 – 2 m boyutunda parçacık benzeri morfolojideki silisyum fazlarının dağılımları da homojendir. Parçacık benzeri silisyum fazlarının kimisinin faset yapılı (keskin kenarlı/köşeli) kimisinin ise kenarlarının daha yuvarlak köşesiz oldukları da

Şek.4.18 (a) dan görülebilir. Şek.4.18 (b), yaklaşık 2 m boyutlu hem faset yapılı bir silisyum kristali (sol alttaki) hem de yuvarlak kenarlı bir silisyum kristali (sağ alttaki) birlikte görülebilmektedir. Yine Şek.4.18 (b) de mikroyapının genelde son derecece keskin hatlara sahip intermetalik ve silisyum fazlarından oluştuğu daha net bir şekilde görülmektedir. Mikroyapı içerisindeki fazların bu şekilde keskin hatlara sahip olması (faset yapılı silisyum, iğnemsi intermetalikler) genelde modifiye edilmemiş mikroyapı- ların tipik bir özelliğidir (Kang ve ark. 2005; Xu ve ark., 2006).

Nitekim kobalt ile modifiye edilmiş MS20-1, MS20-3 ve MS20-5 numunelerinin mik- royapıları (Şek. 4.19 - 21), MS20 numunesinin mikroyapısından (Şekil 4.18) oldukça farklıdır. Şekil 4.19 – 21 den açıkça görülebileceği üzere, Co katkısı ile hızlı katılaştır- manın sebep olduğu yüksek hızlı soğumanın bileşimi hem silisyum hem de Fe- içerikli intermetalik fazlar üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Şek. 4.19 (a) da görülen SEM mikrografına göre, MS20-1 numunesinin mikroyapısında iğnemsi intermetalikler MS20 numunesine nazaran çok daha az görülmektedir. Silisyum fazları ise çok daha homojen ve ince taneli bir şekilde bütün mikroyapıya dağılmış durumdadırlar. Şek. 4.19 (b) de verilen daha yüksek büyütmeli SEM mikrografında silisyum fazlarının, deniz yosunu benzeri lifli (seaweed like fibrous) bir morfolojiye evrildikleri gözlenmektedir. Şekil 4. 20 de ise MS20-3 numunesine ait SEM mikrografları verilmektedir. MS20-3 numunesi- nin mikroyapısının genelde iki tür morfolojiye sahip olduğu görülmektedir. Bunlar son derece ince (fine) ve homojen dağılımlı bir silisyum fazı ve şeritin hava yüzeyine yakın bölgelerde iğnemsi intermetalik fazlar şeklindedir (Şek. 20 (a)). Şekil 20 (b) de ise silis- yum fazlarının yaklaşık 200 nm boyutlu parçacık benzeri (particle like) bir morfolojiye sahip oldukları görülmektedir. Yapılan kobalt katkısı ağırlıkça %5’e çıkarıldığında (MS20-5 alaşımında), mikroyapı içerisinde artık iğnemsi herhangi bir intermetalik olu- şumu gözlenmemekte olup, mikroyapı son derece homojen dağılımlı silisyum fazların- dan oluşmaktadır Şekil 4.21 (a)). MS20-5 numunesinin mikroyapısındaki silisyum faz- ları yine MS20-3 numunesindekilere benzer olarak parçacık benzeri (200 nm) bir mor- folojiye sahiptirler (Şekil 4.21 (b)).

Şekil 4.19. MS20-1 numunesinden alınmış (a) 10.000X ve (b) 30.000X büyütme oranla- rına sahip mikrograflar

Şekil 4.20. MS20-3 numunesinden alınmış (a) 5.000X ve (b) 50.000X büyütme oranla- rına sahip mikrograflar

Şekil 4.21. MS20-5 numunesinden alınmış (a) 10.000X ve (b) 30.000X büyütme oranla- rına sahip mikrograflar

MS20, MS20-1, MS20-3 ve MS20-5 numunelerinin mikroyapılarının genel durumları- nın karşılaştırılabilmeleri için, bu numunelerden alınan 5.000X büyütmeli SEM mikrog- rafları Şekil 4.22 de birlikte verilmektedir. Şekilde görülen mikrograflar, eriyik eğirme

yöntemi ile şerit halinde üretilmiş Al-20Si-5Fe alaşımlarının mikroyapılarının Co katkı- sıyla değişimlerini belirgin bir şekilde göstermektedir. İngat numuneler ile (Şekil 4.8) kıyaslandığında hızlı katılaştırılmış şeritlerin mikroyapılarının (Şekil 4.22), çok daha ince taneli oldukları açıkça görülmektedir. Şekil 4.22 de, Şek.4.18-21 de gözlenen yapı- lardan farklı olarak, bütün şertilerin kesitlerinin tamamı görülebilmektedir. Buna göre MS20 alaşımının disk yüzeyinde, yaklaşık 6 µm genişliğinde olan bir özelliksiz bölge de

(featureless zone) gözlenmektedir (Şek.4.22 (a)). Söz konusu bölge, eriyik eğirme yön-

temi ile üretilen alaşımlarda sıklıkla karşılaşılan bir yapıdır. Hemen baştan belirtmek gerekirse, kobalt ilavesi sebebi ile çalışmamızda elde edilen sonuçlar, literatürde yapılan benzer çalışmalarla kısmen farklılaşmaktadır. Sha ve ark. (2012) tarafından yapılan bir çalışmada, geleneksel döküm yöntemi ile üretilmiş Al-20Si alaşımında Co katkısının silisyum fazları üzerinde dikkate değer bir etkisinin olmadığı ifade edilmiştir. Halbuki MS20-1 alaşımının optik ve SEM mikroyapıları incelendiğinde (Şekil.4.19 ve 4.22 (b)), Co ilavesiyle birlikte intermetalik fazların mikroyapı içerisindeki hacimsel oranlarının azaldığı gözlenmektedir.

Şekil 4.22. MS yöntemi ile üretilmiş (a) MS20, (b) MS20-1, (c) MS20-3 ve (d) MS20-5 şeritlerinin şiddetli dağlamadan sonraki SEM mikrografları.

Ayrıca, mikroyapının yaklaşık 5 µm genişliğinde bir özelliksiz bölgeye sahip olduğu ve daha önce de belirtildiği üzere oldukça dallanmış deniz yosunu–benzeri lifli bir Si fazı ve iğnemsi intermetalik fazlardan müteşekkil olduğu görülmektedir. Co katkısı %3’e çıkarıldığında (MS20-3), özelliksiz bölgenin genişliğinde (~17 µm) MS20 ve MS20-1 numunelerine nazaran yaklaşık 3 kat bir artışın meydana geldiği ve son derece ince bir tane yapısının (200 nm den daha az) oluştuğu gözlenmektedir (Şekil 4.22 (c)). Burada özelliksiz bölgenin genişliğinin (~17 µm) şeridin toplam kalınlığının (~25 µm) yarısın- dan daha fazla olduğu gözlenmektedir. Bu durum oldukça dikkat çekicidir. Çünkü lite- ratürde yapılan çalışmalarda sıklıkla rastlanılan bu bölgenin genişliği toplam şerit kalın- lığının çok az bir kısmını oluşturmaktadır (Öveçoğlu ve ark. (2003); Uzun ve ark. (2003)). Diğer taraftan, MS20-3 numunesinin (Şek.4.22.c) hava yüzüne yakın bölgeler- de iğnemsi ve plaka şekilli intermetaliklerin görünür hale geldikleri de müşahede edil- mektedir. MS20-5 numunesi Şekil 4.22 (d) dikkate alındığında ise, şaşırtıcı bir biçimde özelliksiz bölgeden oluştuğu ve tane boyutunun yaklaşık 200 nm olduğu gözlenmektedir. Bilebildiğimiz kadarı ile eriyik eğirme yöntemi ile üretilmiş şerit numunelerde böyle bir durum ile ilk kez karşılaşılmaktadır. Yeri gelmişken, Fenkse’nin naklettiğine göre “özelliksiz bölge (featureless zone) terimi literatürde, o bölgedeki mikroyapının fazları- nın ayırt edilememesinden dolayı kullanılmaktadır (Fenkse, 2010). Esasında özelliksiz bölge, hızlı katılaştırılmış alaşımlarda özellikle MS yöntemi ile üretilenlerde sıklıkla gözlenen bir yapıdır. Dolayısıyla hızlı katılaştırmanın ilk ortaya çıktığı 1960’lı yıllarda mikroskopların ayırma gücünün çok iyi olmadığı da göz önüne alındığında, mikroyapı- sal özellikleri gözlenemeyen bu bölgenin bu terimle adlandırılması doğal bir sonuçtur. Ancak, günümüzde son derece gelişmiş TEM ve SEM mikroskopları ile özelliksiz böl- geninde mikroyapısal özellikleri ayrıntılı bir şekilde incelenebilmektedir. Nitekim bu tez çalışmasında da özelliksiz bölgenin nano taneli parçacık benzeri silisyum fazlarından oluştuğu SEM mikrograflarında gözlenmiştir (Şek. 4.22).

Şek.4.23’te hızlı katılaştırılmış MS20, MS20-1, MS20-3 ve MS20-5 şerit numunelerin X-ışını kırınım desenleri verilmektedir. Şekilden görüleceği üzere, Co katkısız MS20 numunesinde gözlenen Al ve Si fazlarının tümü diğer Co katkılı numunelerde de göz- lenmektedir.

Şekil 4.23. MS20, MS20-1, MS20-3 ve MS20-5 şerit numunelerinin X-ışını desenleri. Alaşımların mikroyapısındaki intermetalik bileşikler açısından ise durum kısmen farklı- dır. Katkısız MS20 ve %1 Co katkılı MS20-1 numunelerinde gözlenen  intermetalik fazına ait 235° civarındaki yansıma, %3 ve 5 Co katkılı MS20-3 ve MS20-5 numune- lerinde gözlenmemektedir. Aynı durum benzer bir biçimde ingat numunelerin XRD analizlerinde de gözlenmektedir (Şek.4.9). Dolayısıyla, intermetalik  fazına ait 235° civarındaki mümkün yansımanın MS20-3 ve MS20-5 numunelerinde gözlenmemesi, soğuma hızından (hızlı katılaştırmadan) kaynaklanan bir durum olmayıp Co katkısın- dan kaynaklandığı düşünülmektedir. Literatürde de belirtildiği üzere (Sha ve ark. (2012)) kobalt katkısının daha çok intermatlik fazlar üzerinde etkili olduğu yargısı, ça- lışmamızdaki XRD analizleri ile de teyit edilmiştir.

Diğer taraftan, ingat numunelerin XRD analizlerinde (Şek.4.9) gözlenen  fazının 218° mümkün olan yansıması, hızlı katılaştırılmış şeritlerin XRD analizlerinin hiçbi- risinde gözlenmemiştir. Bu da açık olduğu üzere hızlı katılaştırmanın bir sonucudur. Görüleceği üzere,  intermetalik fazları üzerinde sadece Co katkısının etkisi olmayıp hızlı katılaştırmanın da etkisi mevcuttur. Bu durum, mikroyapı analizleri tarafından da

desteklenmektedir. Ayrıca, ingat numunelerdekine benzer biçimde hızlı katılaştırılmış alaşımların XRD analizlerinde de β-Al5FeSi fazı ise hiç gözlenmemiştir. Daha önce de

belirtildiği üzere bu durumun, mikroyapı içerisinde belirli bir orandan daha küçük mik- tardaki fazların tespitinde, XRD tekniğinin yeterli olamayaşından kaynaklandığı düşü- nülmektedir.

Tez çalışmasının bu kısmında bazı numunelerden alınan TEM analizleri verilmektedir. TEM analizleri ağırlıkça %20 silisyum içeren alaşımlarda baz numune olan MS20 nu- munesinde ve SEM mikrograflarında mikroyapısının tamamen özelliksiz bölgeden oluş- tuğu gözlenen MS20-5 numunesi üzerinde gerçekleştirilmiştir.

Şekil 4.24 te MS20 numunesinden alınmış TEM fotoğrafları görülmektedir. Şekil 4.24 (a)’da, iğnemsi/çubuk benzeri geometriye sahip Fe-içeren intermetalik fazların boyutla- rının nanometre düzeyinden (100 nm) mikron mertebesine (>2 m) kadar değiştiği gözlenmektedir. Daha önceden de belirtildiği gibi sivri uçlu bu tür intermetalik fazlar alaşımın mekanik özellikleri açısından oldukça zararlıdırlar. Çünkü bu tür intermetalik- lerin sivri uçları stres/zor biriktiriciler olarak iş görür ve malzemenin kırılganlığını arttı- rırlar. Şekil 4.24 (b) faset yapılı silisyum taneciği ile nano boyutlu çubuk-benzeri Fe- içeren intermetalik yan yana görülmektedir. Fotoğrafta görülen son derece küçük silis- yum fazının ötektik ya da birincil Si yapılarından hangisine ait olduğunu kestirebilmek, oldukça güçtür. Ancak hangi yapıda olursa olsunlar, yapı içerisindeki intermetalik ve silisyum fazlarının bu şekilde küçük boyutlu ve homojen bir şekilde dağılması malze- menin mekanik özellikleri açısından istenen bir durumdur. Şekil 4.24 (c) de ise nano boyutlu silisyum ve alüminyum taneleri yan yana görülmektedir. Sonuç olarak, hızlı katılaştırma sonucunda malzemenin mikroyapısının son derece inceldiği açıktır.

Şekil 4.24.MS20 numunesinden alınan TEM fotoğrafları: (a) Çubuk şeklindeki Fe- içeren intermetalikler, (b) Nano boyutlu faset yapılı silisyum parçacığı ve çubuk şeklindeki intermetalik, (c) Nano boyutlu alüminyum ve silisyum parçacıkları

Şekil 4.25 de, Şekil 4.24 (a) da görülen iğnemsi/çubuk benzeri Fe-içeren intermetalik- lerden bir tanesinden alınan TEM-EDS analizleri verilmektedir. Çizelge 4. 2 de ise Şek.25 te verilen TEM- EDS analizlerinin sonuçları sunulmaktadır. XRD ve TEM-EDS analiz sonuçları birlikte değerlendirildiğinde, MS20 numunesinin mikroyapısında göz- lenen iğnemsi ve çubuk benzeri intermetalik bileşiklerin Fe-içeren δ-Al4FeSi2 fazı ol-

dukları sonucuna varılabilir. Zaten Çizelge 4.2 de TEM-EDS analizlerin verilen Fe- içeren intermetalik fazın stokiyometrik oranı Al4.2-Fe1.4-Si2 şeklinde olup , δ-Al4FeSi2

fazının stokiyometrik oranına oldukça yakındır.

Şekil 4.25. MS20 numunesindeki Fe-içeren çubuk benzeri intermetalik faza ait TEM- EDS analizi

Çizelge 4.2.MS20 numunesinde gözlenen intermetalik fazların TEM- EDS analizleri

.

MS20-5 numunesinden alınmış TEM fotoğrafları ise Şekil 4.26 ve 27 de verilmektedir. Bu fotoğraflardan, yapılan %5 kobalt katkısının hızlı katılaştırılmış Al-20Si-5Fe alaşı- mının mikroyapısını çarpıcı bir şekilde değiştirdiği rahatlıkla tespit edilebilir. Dikkat edileceği üzere, bütün intermetalikler ve silisyum parçacıklar nano boyutlu olup mikro- yapı içerisinde homojen bir şekilde dağılmış durumdadırlar. MS20-5 alaşımının mikro- yapısındaki α-Al tanelerinin boyutları 100-350 nm arasında değişirken, silisyum par- çacıklarının boyutları 75-300 nm arasında değişmektedir. Demir içeren δ- intermetaliklerinin boyutları ise 100-300 nm arasındadır. Yine burada da, silisyum fazlarının çok küçük boyutlu olmaları dolayısıyla ötektik ve birincil silisyum fazlarını birbirlerinden ayırt etmek oldukça zordur. MS20 ve MS20-5 numunelerinin sırasıyla Şekil 4.24 ve Şekil 4.26 da verilen TEM fotoğrafları karşılaştırmalı olarak incelendiğin- de, MS20 numunesinde demir içeren δ-intermetalik fazlar keskin uçlu ve uzun çubuk benzeri bir morfolojiye sahip iken, söz konusu fazlar MS20-5 numunesinde yuvarlak uçlu kısa çubuk benzeri bir görüntü sergilemektedir. Ayrıca, Şekil 4.26 dan silisyum fazlarının (Si ile işaretlenmiş) δ-intermetalik fazları (δ ile işaretlenmiş) üzerinde büyü- yebildikleri de gözlenmektedir. Bu durum δ-intermetalik fazlarının silisyum için uygun bir heterojen çekirdeklenme yeri olduğu anlamına gelmektedir.

Faz

Al Si Fe

(ağ. %)(at. %)(ağ. %)(at. %)(ağ. %)(at. %)

Şekil 4.26. MS20-5 numunesinden alınan ve büyütme oranına göre küçükten büyüğe (a) ve (b) şeklinde sıralanan TEM fotoğrafları

Şekil 4.27 te MS20-5 numunesinden alınmış yüksek büyütmeli TEM fotoğrafları veril- mektedir. Bu fotoğraflarda nano boyutlu bir çubuk benzeri δ-intermetaliği (Şekil 27 (a)) ile yine nano boyutlu bir silisyum kristali (Şekil 4.27 (b)) görülebilir. Şekil 4.27 (a) da çubuk benzeri δ-intermetaliği üzerinde oluşan ikiz düzlemleri net bir şekilde görülürken, Şekil 4.27 (b) de silisyum kristalinin fesatalı (keskin kenarlı) yapısı belirgin bir şekilde izlenebilmektedir.

Şekil 4.27. MS20-5 numunesinden alınan yüksek büyütme oranlı TEM fotoğrafları. (a) Fe-içeren intermetalik üzerinde ikiz düzlemleri görülmektedir. (b) Silisyum kristalinin fasetalı karakteri açık bir şekilde görülebilmektedir.

Raghavan ve ark. (2011) tarafından yayınlanan Al-Fe-Si üçlü faz diyagramına göre ağır- lıkça % 5 demir ve 20 den fazla siliyum içeren Al-Si-Fe alaşımlarının soğutulmaları esnasında katı fazların oluşum sıraları alaşımdaki silisyum miktarından etkilenmektedir (EK-1). Buna göre ağırlıkça % 22 silisyum oranına kadar eriyikten ilk çekirdekleşen faz Fe-içerikli δ-Al4FeSi2 fazıdır. Şekil 4.28 (a-c) de ağırlıkça %20 Si içeren numunelerden

MS20-5 numunelerine ait DSC eğrilerinin hepisinde, 4 tanesi ısıtma (heating) esnasında endotermik (pik 1, 2, 3 ve 4) ve üç tanesi de soğutma (cooling) esnasında ekzotermik (pik 5, 6 ve 7) olmak üzere, toplam 7 adet pik tespit edilmiştir (Şek.4.28.a-c). Bu piklere ait maksimum pik sıcaklık ve pik başlangıç sıcaklık değerleri ise Çizelge 4.3.a-c de ve- rilmektedir.

Şekil 4.28 (a). MS20 numunesinden elde edilmiş ısıtma (heating) ve soğuma (cooling) süreçlerine ait DSC eğrileri

Çizelge 4.3 (a). MS20 numunesinin DSC analizlerinde gözlenen Pik Sıcaklıkları ve Pik Başlangıç Sıcaklıkları

MS20 Pik 1 Pik 2 Pik 3 Pik 4 Pik 5 Pik 6 Pik 7

Pik Sıcaklığı (ᴼC) 586 606 667 732 688 645 556

Şekil 4.28 (b). MS20-3 numunesinden elde edilmiş ısıtma (heating) ve soğuma (coo- ling) süreçlerine ait DSC eğrileri

Çizelge 4.3 (b). MS20-3 numunesinin DSC analizlerinde gözlenen Pik Sıcaklıkları ve Pik Başlangıç Sıcaklıkalrı

MS20-3 Pik 1 Pik 2 Pik 3 Pik 4 Pik 5 Pik 6 Pik 7

Pik Sıcaklığı (ᴼC) 584 595 647 741 693 649 523

Şekil 4.28 (c). MS20-5 numunesinden elde edilmiş ısıtma (heating) ve soğuma (cooling) süreçlerine ait DSC eğrileri

Çizelge 4.3 (c). MS20-5 numunesinin DSC analizlerinde gözlenen Pik Sıcaklıkları ve Pik Başlangıç Sıcaklıkları

MS20-5 Pik 1 Pik 2 Pik 3 Pik 4 Pik 5 Pik 6 Pik 7

Pik Sıcaklığı (ᴼC) 585 596 672 742 707 645 558

Pikin Başlangıç Sıcaklığı (ᴼC) 573 594 627 703 719 654 571

Timmermans ve Froyen’in (1995) rapor ettiği düşük sıcaklık DSC ölçümlerine göre, Al- Si-Fe alaşımlarında ısıtma işlemleri esnasında meydana gelen katı hal dönüşümleri, 200- 300 ᴼC de Si çökelmesi ve 300 – 400 ᴼC aralığında (Al4FeSi2) fazının (Al5FeSi)

fazına dönüşümü şeklindedir. Diğer bir çalışmada ise 384 ᴼC de birincil silisyum fazla- rının çökeldikleri rapor edilmiştir (Ünlü ve ark. (2002)). Öte yandan, Timmermans ve ark. (2000) tarafından rapor edilen DSC analizlerinde (400-750 ᴼC sıcaklık aralığında) Al-20Si-5Fe-2Ni alaşımının ısıtılması esnasında 569 ᴼC de üçlü ötektik

( ) reaksiyon ve 589 ᴼC de de yarı kararlı  fazının yarı-peritektik bir reaksiyonla ( ) daha kararlı olan  fazına dönüştüğü görülmektedir. Ünlü ve ark. (2002) tarafından yayınlanan diğer bir makalede, eriyik eğirme yöntemi ile üreti- len ötektikaltı Al-7.6Si-3.3Fe alaşımının DSC analizlerine göre, ısıtma esnasında üçlü ötektikaltı dönüşüm ( ) 585 ᴼC de vuku bulmaktadır.

Bu durumda, Şekil 4.28 (a-c) de ısıtma eğrilerinde görülen 1 nolu endotermik pikler üçlü ötektik reaksiyonu temsil etmektedirler. Çünkü bu piklerin başlangıç sıcaklıkları MS20, MS20-3 ve MS20-5 numuneleri için sırasıyla 574, 573ve 573ᴼC olup literatür ile oldukça uyumludurlar (Rivlin ve Raynor 1981). 2 numaralı pikler ise kararsız  fazının kararlı  fazına dönüşümünü temsil etmekte olup bunlar da literatür ile uyumludurlar (Hou ve ark. (2009)).

Timmermans ve ark. (2000) tarafından rapor edilen Al-20Si-5Fe-2Ni alaşımının soğu- tulması esnasında kaydedilen DSC eğrisine göre ilk oluşan faz  fazıdır. Bu çalışmaya göre  fazının oluşumu ve bunun hemen sonrasında silisyum fazının oluşumu 710 ᴼC dolaylarında gerçekleşir. Yang ve ark. (2001)’larının rapor ettiklerine göre de gelenek- sel döküm Al-20Si-5Fe alaşımlarının soğumaları sırasında ilk oluşan katı faz 820 °C de δ-Al4FeSi2 dır. Daha sonra 700 °C de birincil silisyum fazı oluşur. Bunu 610 °C de δ-

Al4FeSi2 nın β-Al5FeSi na dönüşümü takip eder. En son olarak yaklaşık 576 °C de üçlü

ötektik reaksiyonla, ötektik α-Al, Si ve β-Al5FeSi fazları oluşur. Bu durumda Şekil 4.28

de 5 ve 6 numaralı pikler sırası ile  fazının ve birincil Si fazlarının oluşumunu göster- mekteyken 7 numaralı pik ise üçlü ötektik katılaşma reaksiyonunu temsil etmektedir.

Ancak literatürde bildirildiğine göre, bir hızlı katılaştırma yöntemi olan spray-depolama (spray deposition) yöntemi ile üretilen ötektik üstü Al-Si alaşımlarında faz oluşum sıra- laması, geleneksel döküm alaşımlardakilere göre biraz farklıdır (Yang ve ark. 2001). Spray depolama yönteminde katılaşma süreci iki aşamada gerçekleşir. Bunlar gaz ato- mizasyon (hızlı katılaştırma) ve damlacık katılaşma (nispeten yavaş soğuma) süreçleri- dir. Rajabi ve ark. (2008a) da gaz atomizasyon yöntemi ile üretilen Al-20Si-5Fe alaşım-

larında katı fazların oluşum sıralarının geleneksel döküm muadillerinden farklı olması gerektiğini ifade etmişlerdir. Gaz atomizasyon işleminde, yüksek hızlı bir gaz yardımı ile damlacıklar halinde püskürtülen metal eriyiği ortamdaki gaz ile etkileşerek derhal katılaşır. Metal damlacıklarının maruz kaldıkları soğuma hızları, gaz atomizasyon işle- minin gerçekleştirildiği şartlara göre 103

– 105 K/s aralığında değişim gösterebilmekte- dir (Rajabi ve ark. 2008a). Buna göre, hızlı katılaştırma yöntemleri (sprey depolama ve gaz atomizasyon) ile üretilen ötektik üstü Al-Si alaşımlarında ilk oluşan faz δ-Al4FeSi

fazıdır. Daha sonra birincil silisyum fazı δ-Al4FeSifazı üzerinde çekirdeklenerek büyür.

En sonunda sıvının geriye kalanından üçlü ötektik reaksiyon ile ötektik α-Al, Si ve δ- Al4FeSi fazları oluşur. Ancak, hızlı katılaştırma esnasında metal eriyiği çok yüksek bir

aşırı soğumaya maruz kaldığı için β-Al5FeSi fazının oluşumu engellenir (Yang ve ark.