Mg Alaşımlarında Fe Etkisi

Mg alaşımlarının korozyon dayanımlarında olumsuz etksi bulunan Fe, Si, Cu ve Ni gibi empürite elementleri her zaman bulunmaktadır (Pan, vd., 2016a; Pan, vd., 2016b). Fe elementi yapıda az bir miktarda bile bulunmasına rağmen, Mg alaşımlarının korozyon dayanımlarını önemli derecede azaltabilmektedir (Pan, vd., 2016). Özellikle, endüstriyel amaçlı yapılan uygulamalarda Fe’nin tolerans limit değerinin bilinmesi maliyet/kalite oranı konusunda son derece önemli olmaktadır. Literatürde, saf Mg için Fe’nin olumsuz etkisi konusunda tolerans limit değerinin bilinmesine rağmen (Polmear, 1995; Friedrich ve Mordike, 2006), AZ91 Mg alaşımları için bu konudaki bilgiler sınırlı olmaktadır (Song ve Atrens, 1999; Pan, vd., 2016a). Döküm yöntemi ile üretimi yapılan AZ91 Mg alaşımlarının Fe içeriğine bağlı korozyon davranışları Pan vd. tarafından çalışılmıştır (Pan, vd., 2016a). Çizelge 2.5’de AZ91 alaşımları içerisindeki farklı Fe miktarına bağlı olarak meydana gelen korozyon değişiklikleri gösterilmiştir ve artan Fe miktarı ile alaşımdaki korozyonun ciddi bir şekilde arttığı gözlemlenmiştir.

Çizelge 2.5. %3.5 NaCl çözeltisi içerisindeki AZ91 alaşımının farklı Fe miktarları ile

korozyon özellikleri (Pan, vd., 2016a).

Alaşım Ecor (VSCE) icor (µAcm-2) Pi(mm/y)

AZ91-35 ppm Fe -1.34 5.26 0.12 AZ91-65 ppm Fe -1.44 46.95 1.07 AZ91-150 ppm Fe -1.33 108.38 2.47

Malzeme içerisinde bulunan katodik Fe, Ni ve Cu empüriteleri, anodik Mg matrisi ile beraber malzemenin korozyona uğramasına neden olmaktadır. Yüksek saflıktaki malzemeler içerisinde, empürite elementlerinin miktarı belli değerlerin altında tutularak korozyon engellenmektedir. Bu sebeple tuz oranı yüksek ortamlarda bulunan yüksek saflıktaki malzemelerin korozyon direnci saflığı düşük malzemelere göre yüksek olmaktadır (Das ve Davis, 1988). Literatürde, mümkün olduğunca düşük seviyede olması istenen Fe için bir dizi tolerans limit değeri rapor edilmektedir (Polmear, 1995; Friedrich ve Mordike, 2006). Bu rapora göre Fe’in saf Mg içerisindeki empürite limit değeri 35- 50 ppm olmaktadır (Polmear, 1995). Bu empürite elementlerin konsantrasyon değerleri çözünürlük seviyelerinin altında tutularak ve Zn, Mn gibi alaşımlandırma elementlerinin kullanımı ile birlikte Mg’nin korozyon dayanımı geliştirilmektedir (Song ve Atrens, 1999; Witte, vd., 2006).

Genellikle çelik ergitme potalarından gelen Fe kirliliği de tolerans limit değerini aştığı zaman korozyon oluşumunda önemli etki yaratmaktadır. Magnezyum matrisi ile matris içerisine saçılmış halde bulunan Fe partikülleri galvanik çift oluşturarak metal malzemede korozyon oluşumlarına sebep olmaktadır. Mg alaşımları içerisinde çoğunlukla Al-Fe bileşeni şeklinde çökelti oluşmasına neden olan Fe, katot görevi üstlenirken, Al konsantrasyonun artması ile tolerans değeri azalmaktadır. Yapıda oluşan Al3Fe faz partiküllerinin Fe partiküllerine oranla daha aktif davranış göstermesi bu

durumu açıklamaktadır (Song ve Atrens, 1999). Şekil 2.15’de Fe elementinin yapıdaki miktarının, saf Mg metali üzerindeki korozyon oluşum etkisi gösterilmiştir.

Şekil 2.15. Fe miktarının saf Mg içerisindeki miktarının korozyon oluşumuna etkisi

(Polmear, 1995).

Mg-Al alaşımları içerisinde Fe elementince zengin çökelti fazları diğer güçlü katotları oluşturmaktadır. Genellikle, Al-Fe elementleri oluşturdukları Al-Fe intermetelik bileşeni olan bu yapılar, korozyon dayanımını olumsuz yönde etkilemektedir.

Döküm yöntemi şeklinde üretim sırasında Fe ve Ni empüriteleri önlemek amacıyla bu tür elementleri barındırmayan potalar, karıştırıcılar ve kalıplar kullanılabilmektedir. Ayrıca alaşım elementleri eklenerek Fe’nin zararlı etkisini azaltmak mümkün olabilmektedir. Fe’nin yapmış olduğu zararlı etkiyi azaltabilen alaşım elementi Mn olmaktadır (Westenge ve Aune, 2005). Al içeren Mg alaşımına ilave edilen Mn’nin Fe partiküllerini sardığı (AlMnFe) ve bu yolla Mg ile Fe’nin doğrudan temas kurmasının engellendiği varsayılmaktadır. Bu sayede, yapıda sadece Mn ve Mg arasında galvanik hücre oluşmaktadır. Mg-Fe ve Mn-Fe çiftleri arasında bir karşılaştırma yapıldığında, Mg-Fe çiftinin standart elektrot potansiyelleri arasındaki fark daha az olmaktadır ve dolayısıyla malzeme daha az korozyona uğramaktadır (Polmaer, 1992; Makar ve Kruger, 1993).

Candan vd. tarafından yapılan deneysel çalışmalarda (2011, 2016), AZ91 Mg alaşımlarına Ti ilave edilmesinin malzemenin korozyon dayanımını önemli ölçüde geliştirdiği rapor edilmektedir. Ti’nin bu etkisinin barındırdığı β fazını modifiye etmesi yanında, α-Mg’de bulunan eser miktardaki Fe’nin Ti tarafından bağlanarak yeni bir faz

oluşturmasına dayandırılmaktadır. Bu iki çalışmanın arasındaki en dikkat çekici nokta %0.5 Ti ilavesi ile korozyon kaybının sabit değere ulaşması olmaktadır (1.7mg/cm2d). Ti içermeyen AZ91 alaşımlarının korozyon kaybı yaklaşık 16.87 mg/cm2_{d (Candan vd.,}

2016) iken diğer çalışmada 77 mg/cm2_{d (Candan, vd., 2011) olduğu ve alaşımın aynı}

olmasına rağmen korozyon kaybındaki farklılık alaşımdaki eser miktardaki Fe oranına dayandırılmaktadır. Candan vd. (2011) çalışmasındaki Fe miktarı 0.09 iken diğer çalışmada (2016) Fe miktarı 0.022 olmaktadır. Farklı Fe miktarları olmasına rağmen 0.5 Ti ile aynı korozyon kayıplarının elde edilmesi Ti’nin etkili bir biçimde yapı içinden temizleme (scavenge) etkisi gösterdiğini ispatlamaktadır (Candan, vd., 2011).

Literatür araştırmaları (Candan, vd., 2011, 2016; Choi ve Kim, 2014, 2016, 2017), AZ serisi Mg alaşımına Ti ilavesi ile alaşımın mekanik dayanım ve korozyon direncinin etkin bir biçimde arttırdığını göstermektedir. Mekanik dayanım ve korozyon direncindeki artış, mikroyapıdaki β fazının Ti ilavesi ile kısmen ayrı ötektikten tamamen ayrı ötektiğe dönüşmesine dayandırılmaktadır (Candan, vd., 2011, 2016). Ancak, Fe’nin AZ91 Mg alaşımlarının korozyonu üzerindeki zararlı etkisini azaltmak, Ti’nin rolü ile ilgili çalışma bulunmamaktadır. Dolayısıyla, bu çalışmada farklı Fe içeriğine sahip Ti ile mikro alaşımlandırılmış (%0.5 Ti) AZ91 alaşımlarının korozyon dayanımlarında Ti rolü araştırılmaktadır.