Farklı kristal yapıya sahip Mg-Li alaşımlarının korozyon davranışlarının incelenmesi
Investigation of corrosion behaviors of Mg-Li alloys with different crystal structures
Yazar: MUHAMMED ALİ SOLAK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALPER İNCESU
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Biyomalzemeler = Biomaterials ; Davranış testleri = Behavior tests ; Elektrokimyasal aşındırma = Electrochemical etching ; Elektrokimyasal davranış = Electrochemical behavior ; Faz davranışı = Phase behavior ; Hafif metal malzemeler = Light metal materials ; Magnezyum alaşımları = Magnesium alloys ; Metalik malzemeler = Metallic materials ; Yeniden kristalleşme = Recrystallization ; Üretim metalurjisi = Production metallurgy

Özet:
Bu tez çalışmasında, sabit oranlarda Zn ve Ca elementleri içeren Mg matrisli alaşım sistemlerinde bulunan farklı Li oranlarının etkileri doğrultusunda hem SPH kafes yapısı, hem çift fazlı SPH+HMK kafes yapıları, hem de sadece HMK kafes yapısına sahip 3 farklı Mg-Li-Zn-Ca alaşım sistemi incelenmiştir. ASTM standartlarına göre LZX110, LZX420 ve LZX920 şeklinde isimlendirlen bu alaşımlar; LZX110 alaşımı sadece α-Mg(Li) faz içeriğine sahipken LZX920 alaşımı sadece β-Li(Mg) faz içeriğine sahiptir. LZX420 alaşımı ise içeriğinde hem α-Mg(Li) fazını hem de β-Li(Mg) fazını bulunduran çift fazlı bir yapıya sahip olduğu XRD ve SEM-EDS analiz sonuçlarından anlaşılmıştır. Zn ve Ca'un alaşımların yapıları içerisinde ayrı bir faz yapısı oluşturmayıp matris fazlar içerisinde çözünerek katı eriyip sertleşmesi meydana getirdiği anlaşılmıştır. Oluşan bu farklı faz yapılarının, alaşımların korozyon özelliklerine etkilerinin araştırılması için tafel ekstrapolasyon, elektrokimyasal empedans spektroskopisi ve daldırma korozyon testleri uygulanmıştır. Böylelikle hem farklı kristal yapıların korozyon davranışlarına etkisi hem de Zn ve Ca elementlerinin Mg-Li alaşımlarına birlikte ilavesinin korozyon davranışlarına etkisi kapsamlı bir şekilde ortaya konulmuştur. Tafel ekstrapolasyon testi sonucu elde edilen korozyon hızları kıyaslandığında LZX920 (78,44 mm/yıl) < LZX420 (81,30 mm/yıl) < LZX110 (85,57 mm/yıl) olarak tespit edilmiştir. Kristal yapının SPH'den HMK'ya doğru dönüşümüyle birlikte korozyon hızlarında azalan bir eğilim gözlemlenmiştir. Elektro kimyasal empedans spektroskopisi ile elde edilen Rs değerleri karşılaştırıldığında LZX920 (215,9 Ωcm2) < LZX420 (181,3 Ωcm2) < LZX110 (134,4 Ωcm2) şeklinde bir sıralamayla bulunmuştur. Bu sıralama tafel ekstrapolasyon ile elde edilen sıralamayla tutarlılık göstermektedir. Daldırma korozyon testinde elde edilen ortalama korozyon hızları kıyaslandığında ise LZX420 (1,74 mm/yıl) > LZX920 (1,63 mm/yıl) > LZX110 (0,53 mm/yıl) sıralama tespit edilmiştir. Daldırma korozyon testinden elde edilen sonuçların, tafel ekstrapolarasyon ve elektro kimyasal empedans spektroskopisi ile elde edilen sonuçlardan tamamen farklı bir sıralamada ve büyüklüğündeki hızlarının ortaya çıkmasının sebebi, elektrokimyasal korozyon testinden elde edilen sonuçların, korozyonun başlangıç aşamasındaki agresif periyodu ve kısa sürede ölçülmesidir. Korozyon kalıntıları nedeniyle yüzeyde pasivasyon olmadığı için kısa sürede ve temiz yüzeyde yapılan elektrokimyasal korozyon testlerinin sonuçlarından elde edilen korozyon hızları çok daha yüksektir.

Anahtar Sözcükler: Mg-Li alaşımları, korozyon, HMK, SPH

Abstract:
In this thesis study, both SPH lattice structure, dual-phase SPH+HMK lattice structures and 3 different Mg-Li-Zn-structures with only HMK lattice structure, as a result of the effects of different Li ratios in Mg matrix alloy residues containing fixed ratios of Zn and Ca elements, were investigated. Ca alloy system shielding. These alloys, named as LZX110, LZX420 and LZX920 according to ASTM standards; LZX110 alloy has only α-Mg(Li) phase content while LZX920 alloy has only β-Li(Mg) phase content. XRD and SEM-EDS analysis results show that LZX420 alloy has a biphasic structure containing both α-Mg(Li) phase and β-Li(Mg) phase. It has been understood that the alloys of Zn and Ca do not form a separate phase structure in their structures, but solid melt and hardening occurs by dissolving in the matrix phases. Tafel extrapolation, electrochemical impedance spectroscopy and expenditure operations were applied to prolong the corrosion properties of these different phase structures and alloys. Impedance spectroscopy and immersion corrosion tests were applied. Thus, both the effect of different crystal structures on the corrosion behavior and the effect of the addition of Zn and Ca elements on the corrosion behavior of Mg-Li alloys have been comprehensively revealed. When the corrosion rates obtained as a result of the Tafel extrapolation test were compared, it was determined that LZX920 (78.44 mm/year) < LZX420 (81.30 mm/year) < LZX110 (85.57 mm/year). A decreasing trend in corrosion rates was observed with the transformation of the crystal structure from SPH to HMK. When the Rs values obtained by electrochemical impedance spectroscopy were compared, it was found that LZX920 (215.9 Ωcm2) < LZX420 (181.3 Ωcm2) < LZX110 (134.4 Ωcm2). This ranking is consistent with the ranking obtained by tafel extrapolation. When the average corrosion rates obtained in the immersion corrosion test were compared, the order of LZX420 (1.74 mm/year) > LZX920 (1.63 mm/year) > LZX110 (0.53 mm/year) was determined. The reason why the results obtained from the immersion corrosion test appear in a completely different order and magnitude than the results obtained with Tafel extrapolarization and electrochemical impedance spectroscopy, is that the results obtained from the electrochemical corrosion test are measured in the aggressive period at the initial stage of corrosion and in a short time. Since there is no passivation on the surface due to corrosion residues, the corrosion rates obtained from the results of electrochemical corrosion tests performed in a short time and on a clean surface are much higher.

Key Word: Mg-Li alloys, corrosion, BCC, HCP