Alaşım: Metalik katı çözelti

Elde edilen malzeme yine metal karakterli malzeme olur. Alaşımlar karışıma giren metallerin özelliklerinden farklı özellikler gösterirler. En bilinen alaşımlara; tunç (bakır-kalay), pirinç (bakır-çinko), lehim (kalay-kurşun) ve cıva alaşımları olan amalgamlar örnek verilebilir. Alaşımlar, uygulamaların gerektirdiği fiziksel özelliklere sahip malzemeler üretilmesinde yaygın olarak kullanılır.

 

Alaşımların tarihi milattan önce 4. bin yıllara kadar uzanmaktadır. İran ve Mezopotamya bölgelerinde bulunan tunç (bronz) örnekleri bu zaman diliminde tarihlenmiştir. Demirden daha sert olan tunç; silah, kesici ve delici aletler, mutfak aletleri, süs eşyaları vb. yapımında günümüze değin kullanılagelmiştir.

Yapılan arkeolojik çalışmalarda Çin'in Sincan bölgesinde MÖ 1000 yıllarına ve Hindistan'ın Merkez Ganj Vadisi ve Doğu Vindhyas bölgesinde MÖ 1800 yıllarına tarihlenen çelik buluntulara rastlanmıştır. Söz konusu buluntular çelik kullanımının en az 3000 yıllık bir tarihinin olduğunu belgelemektedir. Tunca göre daha sert ve dayanıklı olan demir-karbon alaşımı çelik çeşitli araç gereç yapımında yaygın olarak kullanılmıştır.

Alaşımlar, uygulamaların gerektirdiği fiziksel özelliklere sahip malzemelerin üretilmesini sağlar. Yüksek sıcaklıklar, aşınma, kimyasal etkiler, metal yorgunluğu gibi her türlü etkilere saf metallerin yetersiz kaldığı durumlarda, gerekli olan özellikleri sağlayan niteliklerde alaşımlar kullanılır. Örneğin demirin sertliğinin yeterli olmadığı uygulamalarda, daha sert yapıdaki demir alaşımları olan çelikler kullanılır.

Metallerin büyük çoğunluğu kafes yapısı içerisinde belirli sayıda yabancı atom barındırabilir. Yabancı atom asıl metalin atomu yerine yerleşiyor ise asal yer katı çözeltisi, kafes aralıklarındaki boşluklara yerleşiyor ise arayer katı çözeltisi oluşur.

Ara bileşiklerde atomlar arası bağlar metalik bağ ile kimyasal bağ arasında değişen bir yapıya sahiptir ve kimyasal bileşiklere benzeyen A_nB_m şeklinde bileşikler oluşur. Ara bileşiklerin kristal yapıları karmaşıktır. Bazı zamanlarda birim hücrede yüzlerce atom bulunabilir. Sertlikleri bu yüzden yüksektir. C, N, B gibi elementler ile metallerin meydana getirdiği ara bileşiklerde kimyasal bağın payı daha büyüktür (karbür, nitrür, borür, vb). Bu bileşiklerin ergime noktaları çok yüksek ve çok serttirler. TaC, NbC, ZrC, VC, WC gibi bileşikler, takım çelikleri ve ısıya dayanıklı çeliklerde bulunması istenilen sert ve kararlı bileşiklerdir.

Alaşımların sıcaklık ve konsantrasyonlarına bağlı olarak durum değiştirmeleri denge diyagramları ile gösterilir. Denge diyagramlarında faz alanların sınırı belirlenir. Homojen ve özellikleri birbirinden farklı bölgelere faz denilir. Katı, sıvı, gaz birer fazdır. Ayrıca bu fazların içerisinde aynı anda birden fazla faz da bulunabilir.

Belirli bir konsantrasyon altındaki alaşım sıcaklık etkisi altında katı, sıvı, gaz hâllerine dönüşür. Bazen katı fazı içerisinde kristal yapı değişerek faz değişikliği meydana getirebilir. Konsantrasyona bağlı olarak bu faz değişimleri tespit edilir ve alaşımların denge diyagramları çıkartılabilir. Alaşımı oluşturan bileşenlerin birbirlerinin içerisinde erimelerine göre önemli sayılacak denge diyagramlarını üç ana grupta toplamak mümkündür.

• Sıvı ve Katı Durumda Tam Çözünürlük
• Sıvı Durumda Tam Çözünürlük, Katı Durumda Tam Çözünmezlik
• Sıvı Durumda Tam Çözünürlük, Katı Durumda Sınırlı Çözünürlük