Magnezyum ve magnezyum alaşımlarında iş fonksiyonu istif hata enerjisi ilişkisi
The relationship of work function stacking fault energy in magnesium and magnesium alloys
Yazar: YİĞİT TÜRE
Danışman: PROF. DR. SERVET TURAN ; PROF. DR. ALİ ARSLAN KAYA
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Magnezyum = Magnesium ; Magnezyum alaşımları = Magnesium alloys ; Nanoindentasyon = Nanoindentation ; İstif hatası enerjisi = Stacking fault energy

Özet:
Bu tez çalışmasında, Mg-Ca, Mg-Sr ve Mg-Ba ikili alaşımları üzerinden, periyodik tablonun 2A grubu elementlerinin oluşturduğu seyreltik katı çözeltilerde magnezyum (Mg) ile elektronik etkileşimlerinin irdelenmesi amaçlanmıştır. Söz konusu inceleme, atomlar arası bağ kuvvetinden, yani elektronik yapıdan, direkt olarak etkilenen iş fonksiyonu (Work Function) ölçümlerine ilaveten nanoindentasyon ölçümleri ve literatüre dayalı "İstif Hatası Enerjisi" (İHE) değerleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın bütünlüğü içerisinde, saf Mg kristaller ve kullanılan ikili magnezyum alaşımlarının mikroyapıları da karakterize edilmiş ve gerektiği yerlerde TEM ve SEM-EDS çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Literatürden alınan İHE değerleri kuantum esaslı "First Principles" hesaplarına dayalıdır. Çok önemli olan bu hesaplamalı değerlerin, pratik deneysel yöntemlerin sonuçlarıyla en azından kalitatif korelasyonunun yapılması önemlidir. Çünkü söz konusu hesaplama yöntemleri sıfır Kelvin derece üzerinden yapılmakta ve daha pek çok kabulleri içeren basit ve az sayıda atom ve tek bir farklı atom ihtiva eden atomik modeller için gerçekleştirilmektedir. Çoklu alaşım sistemlerine geçilmesi durumunda ise henüz kuantum hesapları yapılamamaktadır. Bu durum, ikili ve seyreltik alaşım sistemlerinden çoklu alaşım sistemlerine geçişte bir engel teşkil etmektedir. Oysaki, burada sunulan çalışmada olduğu gibi, pratik deneysel ölçüm teknikleri, şayet hesaplamalı sonuçlar ile kalitatif açıdan korele edilebilirlerse, ikili sistemlerden başlayarak sırasıyla üçlü ve daha fazla elementli sistemlerin elektronik yapı anlamında irdelenmeleri mümkün olabilecektir. Bu perspektif ile başlayan çalışmamız, bu tür bir kalitatif korelasyonun mümkün olduğunu ortaya koymuştur. Nihayetinde İHE değerleri, mutlak değerler olarak ele alınmaktan ziyade, ancak kıyaslamalı değerlendirmelerde önem kazanmakta ve alaşımların davranışlarını en temel bazda, yani serbest elektron yoğunluğu dağılımına dayalı olarak açıklayabilmektedir. Böylelikle, çoklu alaşım sistemlerinin geliştirilmesi yönünde elektronik metalürji prensipleri kullanılabilir görülmektedir.

Abstract:
The aim of this thesis work was to investigate the electronic interactions of the Group 2A elements of the periodic table with Mg through the dilute solid solutions in the binary systems of Mg-Ca, Mg Sr and Mg-Ba. This investigation was undertaken via 'work Function' measurements as a property directly affected by interatomic bond types, i.e. the electronic structure, as well as nanoindentation measurements, and also incorporating the Stacking Fault Energy (SFE) values present in the literature. For the completeness of the study, the microstructures of some pure magnesium crystals and the binary alloys have also been characterized, therefore when necessary TEM, SEM-EDS examinations were undertaken. The SFE values gathered from the literature are based on the computed ab initio (First Principles) results. It is important to, at least qualitatively, correlate those important calculated values with the results of some experimental measurement techniques. This is because those computational methods are based on zero Kelvin, and also incorporating a number of assumptions as well as simple atomic models that involves a limited number of atoms and a single foreign atom. When it comes to the systems of multi-atomic species the quantum calculations do not yet seem feasible. This, constitutes an impediment when going from dilute and binary systems to poly-atomic systems. Whereas, as asserted by this investigation, if the results of practical measurement techniques can be qualitatively correlated with those of the computational methods, it can be possible to evaluate the electronic structures in alloys, starting from binary systems, going to ternary and then poly-atomic systems. Our investigation, which started with the aforementioned perspective, has shown that such a qualitative correlation is possible. After all, the SFE values are not treated as absolute values but rather gain importance and become useful in comparative investigations when assessing the properties of alloys at a fundamental level, i.e., free electron density distributions. Therefore, it seems possible to use the principles of 'electronic metallurgy' in developing poly-atomic alloy systems.