İkili metalik alaşımların katı-sıvı arayüzey enerjilerinin ölçümü
The measurement of solid-liquid interface energy in binary metallic alloys
Yazar: BUKET SAATÇİ
Danışman: PROF.DR. MEHMET GÜNDÜZ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2000
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Alaşımlar = Alloys ; Katı-sıvı arayüz enerjisi = Solid-liquid interface energy ; Kristal büyütme yöntemleri = Crystal growth methods ; Metalik alaşımlar = Metallic alloys ; Yüzey enerjisi = Surface energy

Özet:
ÖZET İKİLİ METALİK ALAŞIMLARIN KATI-STVI ARAYUZEY ENERJİSİNİN ÖLÇÜMÜ Bu çalışmada, metalik ikili ötektik alaşımların örneğin Pb-Cd ve Sn-Zn sistemlerinde katı sı vı arayüzey enerjilerinin ölçümünün nasıl yapıldığı anlatılmaktadır. Saydam olmayan ikili ötektik alaşımlarda katı-sıvı yüzey enerjilerini ölçmek için bir radyal ısı akış sistemi kuruldu. Bu sistem bir gün boyunca ± 0,1 °C ve 14 gün boyunca + 0,2 °C kararlı sıcaklık vermektedir. Hazırlanan silindirik numune, merkezden ince bir ısıtıcı tel ile ısıtıldı ve merkezi alümina tüpün etrafında çok ince bir sıvı tabakası elde edildi. Numune uzun bir müddet sabit bir sıcaklık gradyentinde tutuldu ve dengedeki tane arayüzey şekillerini gözlemek için güç düğmesi kapatılarak ani olarak soğutuldu. Eğer alaşımın bileşimi ötektik bileşime yakın seçilirse faz diyagramının her iki tarafına ait fazlar için katı-sıvı yüzey enerjisi bir deneyle ölçülebilmektedir. Aym zamanda alaşımın bileşimi ötektik bileşim civarında ise, faz diyagramından da görüleceği gibi katılaşma aralığının küçük olmasından dolayı temizlenme zamanı daha kısadır. Pb-% 3,3 ağ. Cd, Cd-% 0,25 ağ. Pb, Sn-% 1 ağ. Zn alaşımlarının katı fazlarının erime noktasındaki ısı iletkenlik katsayıları ve bu alaşımların ısı iletkenlik katsayıları oram deneysel olarak ölçüldü. Elde edilen tane arayüzey oluk şekilleri, sıcaklık gradyentleri ve ısı iletkenlik katsayıları oranlarını kullanarak katı Pb-sıvı PbCd, katı Cd-sıvı PbCd, katı Sn-sıvı SnZn, katı Zn-sıvı SnZn sistemleri için Gibbs-Thomson sabitleri T, nümerik metodla hesaplandı. Aym zamanda herbir sistemin erime entropi değişimi fiziksel parametreler kullanılarak hesaplandı. Gibbs-Thomson sabitleri ve erime entropisi AS* değerleri kullanılarak, katı Pb-sıvı PbCd, katı Cd-sıvı PbCd, katı Sn-sıvı SnZn, katı Zn-sıvı SnZn Gibbs-Thomson sistemlerinin katı-sıvı arayüzey enerjileri Gibbs Thomson denkleminden elde edildi. Her bir sistemin tane arayüzey enerjileri de ölçülen tane arayüzey oluk şekillerinden hesaplandı.

Abstract:
VI SUMMARY THE MEASUREMENTS OF SOLID-LIQUID INTERFACE ENERGY IN BINARY METALLIC ALLOYS The present work describes the measurement of the solid-liquid interface energies in the eutectic binary alloys; the systems investigated were Pb-Cd and Sn-Zn eutectic alloys. A radial heat flow apparatus were set up to measure solid-liquid interface energies in the opaque binary eutectic alloys. The apparatus gave a very stable temperature ±0,1 °C for one day and ±0,2 °C for up to 14 days. The prepared cylindrical sample was heated from center by a thin single heating wire, and a thinner liquid layer was obtained around the central alumina tube. The sample was kept in a stable temperature gradient for a long time and was quenched to obtain an equilibrated grain boundary grove shape by turning off the power. If the composition of the alloys is chosen near the eutectic composition, the solid-liquid interface energies for both sides of the phase diagrams can be obtained from one experiment. Also if the composition of the alloys near the eutectic composition is chosen the cleaning time is shorter due to narrow solidification range as can be seen from phase diagram. The thermal conductivities of the solid phases at the melting point for Pb-%3,3 wt Cd, Cd- %0,25 wt Pb, Sn-% 1 wt Zn alloys and the thermal conductivities ratio of the phases were measured experimentally. The Gibbs-Thomson constants for solid Pb-liquid PbCd, solid Cd-liquid PbCd, solid Sn- liquid SnZn and solid Zn-liquid SnZn were calculated by numerical method using the equilibrated grain boundary grove shapes, the thermal conductivities ratio and themperature gradients. The change of fusion entropy for each systems were also calculated using physical parameters. The solid-liquid interface energies for solid Pb-liquid PbCd, solid Cd-liquid PbCd, solid Sn-liquid SnZn and solid Zn-liquid SnZn were obtained from Gibbs-Thomson equation by using the values of the Gibbs-Thomson constants and the change of fusion entropy. The grain boundary energies for the systems were also calculated from the measured grain boundary grove shapes.