Stronsiyum katkılı Al-12Si ötektik alaşımının yüksek sıcaklık oksidasyonunun ı̇ncelenmesi
Investigation of the high temperature oxidation of strontium modified eutectic Al-12Si alloy
Yazar: UĞUR ALEV
Danışman: DOÇ. DR. CEM KAHRUMAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Kimyasal oksidasyon = Chemical oxidation

Özet:
Alüminyum-silisyum alaşımları en yaygın kullanılan döküm alaşımlarıdır. Al-Si alaşımlarında döküm sonrası karşılaşılan en büyük problem porozitedir. Porozite oluşumunda en önemli oluşumlardan bir tanesi çift oksit teorisidir. Bu teori çerçevesinde sıvı metalin yüzeyinde oluşan oksit bileşikleri önem kazanmaktadır. Bu çalışma kapsamında Al-12 Si alaşımının sıvı halde süreye bağlı yüksek sıcaklık oksidasyonu çalışılmıştır. Modifiye edici olarak kullanılan Sr metalinin sıvı metalin oksidasyonuna etkisi araştırılmıştır.
Bu amaç doğrultusunda 3 farklı Sr miktarı eklenmiş (100, 200, 300 ppm) alaşımlar 700, 750 ve 800 oC'de 12, 24, 36, 48 saat süre ile açık atmosferde tutularak yüzeyde oluşan oksit bileşenleri karakterize edilmiştir. Karakterizasyon aşamasında metalografi, SEM- EDS ve XPS analiz teknikleri kullanılmıştır.
Sabit sıcaklıkta artan süreye bağlı olarak yüzey oksit bileşiklerinin Al2O3, MgO, SrO ve silikatlı yapılardan oluştuğu tespit edilmiştir. Artan süreye bağlı olarak yüzey oksit bileşenlerinin birbiri ile kompleks yapılar oluşturduğu ve özellikle 36. Saatten sonra oksit tabakasının kırılmasından sonra MgO ve MgO.Al2O3 fazlarının yüzeyde ağırlıkta olduğu görülmektedir.
ix
Sr miktarının etkisinin incelendiği deneylerde 100, 200 ve 300 ppm eklenmesinin yapıyı modifiye ettiği görülmüştür. Ancak yüksek sıcaklık oksidasyon çalışmaları sonucunda özellikle alaşımın yüzeye yakın bölgelerde modifikasyonun bozulduğu tespit edilmiştir. Metalografi çalışmalarında yüzeydeki modifikasyon ile numune merkezindeki modifikasyon değişimleri incelenmiş ve özellikle 100 ppm ile yapılan modifikasyonda merkez bölgedeki modifikasyonunda bozulduğu primer silisyumlara rastlanılmıştır. SEM-EDS analizlerinde ise Sr'un yüzeyde lokal olarak bulunduğu görülmüştür. XPS analizleri yüzey oksit bileşiklerini ve mekanizmayı açıklama konusunda önemli bilgiler vermiştir. Yapılan analizlerde Sr yapıda SrO ve artan süreye ve miktara bağlı olarak Sr- O-Si yapısı oluşturduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Aluminum silicon alloys are most widespread used cast alloys. Porosity is the most significant problem faced in Al-Si cast alloys. One of most important explanations of formation of this problem is bifilm theory. Oxide compounds formed on the surface of liquid metal is of great importance in this case. In this work, liquid Al-12Si alloys' high temperature oxidation attitude by time is investigated. Effect of strontium to the oxidation of liquid metal as modification element is studied.
Thus, 3 different amounts of strontium added alloys (100, 200, 300 ppm) are kept for 12, 24, 36, 48 hours at 700, 750 and 800  ̊C air atmosphere and their surface oxide content are characterized. SEM-EDS, XPS and metallographic technics are used at characterization stage.
Surface oxide compounds are identified as Al2O3, MgO, SrO and silicate compounds by increasing time at constant temperature. Surface oxide compounds formed complex structures by increasing time and MgO and MgO. Al2O3 phases becomes more common on the surface after oxide layer cracked at 36th hour.
In the experiments that effect of amount of strontium is investigated, it is seen that addition of 100, 200 and 300 ppm strontium modifies the alloy. However, modification effect in the high temperature oxidation experiments especially in areas closer to the
xi
surface is gradually faded away. Changes in modification on the surface and inner parts of the sample are examined in metallographic works and faded modification on primer silicons in central parts came up with especially 100 ppm strontium. Strontium is seen in clusters on the surface in SEM-EDS analyzes. XPS analyzes revealed important information on surface oxide compounds and formation mechanisms. Strontium formed SrO in the alloy and Sr-O-Si compound by increasing time and amount.