Krom, silisyum ve niyobyum katkılı kobalt-demir esaslı iri hacimli metalik camların sentezlenmesi ve karakterizasyonu

Günümüzde teknoloji durmaksızın gelişme göstermektedir. Teknolojinin gelişmesinde en büyük basamak yeni malzeme üretimi ve bunun mühendislik açıdan teknolojiye uygulanmasıdır. Bu alanda geliştirilen malzemelerden birisi de metalik camlardır. Geleneksel metalik camlar üzerindeki gelişmeler ile ortaya çıkan iri hacimli metalik camlar, teknolojik anlamda daha geniş uygulama alanı bulmaktadır. Metalik camların doğası gereği geleneksel kristal yapılı malzemelerden farklıdır. Metalik cam üretimin keşfedildiği ilk aşamalarda hızlı soğuma 104?106 K/s gerekmekteydi. Günümüzde iki ve daha fazla sayıda element karışımından oluşan iri hacimli metalik camlar (İHMC) üretilebilmektedir. Günümüzde üretim yöntemlerine ve alaşım sistemi kompozisyonlarına bağlı olarak İHMC için kritik soğutma hızları 0,1-100 K/s gibi düşük hızlardadır. İri hacimli metalik camlar üstün mekanik özellikleri ve korozyon dirençleri açısından ön plana çıkmaktadır. Ayrıca iri hacimli metalik camlarda kompozisyona bağlı olarak dayanım/ağırlık oranının yüksek olması ile tasarımda ağırlık faktörünü önemli derecede azaltmaktadır.Literatürde iri hacimli metalik cam sistemleri içerisindeki en yüksek dayanıma sahip A. Inoue tarafından rapor edilen Co-Fe-Ta-B alaşım sistemidir. Bu çalışmada, Co-Fe-Ta-B alaşım sistemi krom, silisyum ve niyobyum elementleriyle sentezlenmiştir. Sentezlenen alaşımlar için cam geçiş sıcaklığının yüksek sıcaklıklara ötelenmesi, camlaşma kabiliyetinin ve üretilebilir kesit kalınlığının arttırılması, mukavemet ve tokluk özelliklerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmalar sonucunda sentezlenen metalik cam numuneleri karakterizasyon özelliklerinin belirlenmesi için farklı yöntemler kullanılmıştır. Cam geçiş sıcaklığının belirlenmesi için DSC, amorf yapının oluştuğunun belirlenmesinde XRD, kritik cam kalınlığının belirlenmesi için SEM ve polarize özellikte optik mikroskop ve mikrosertlik çalışmaları gerçekleştirilmiştir.İnduksiyon fırınında kritik döküm kalınlığının tespit edilmesi amacıyla kama şekilli döküm gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen döküm çalışmaları döküm sıcaklığının alaşımın camlaşma kabiliyetinde önemli etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Ayrıca, indüksiyon fırını çalışmalarında elde edilen master alaşım kompozisyonunda istenilen değerlerden sapmalar gözlemlenmiştir. Bu sapmalar genellikle bor kaybı nedeniyle gerçekleşmiştir. İndüksiyon fırını çalışmalarında döküm sıcaklığının artmasıyla birlikte, alaşımın camlaşma kabiliyeti artmıştır. Vakum ark ocağı döküm çalışmalarında daha iyi bir vakum elde edilmesi, yüksek saflıkta argon gazı kullanımı ve ayrıca sistem içerisinde havanın olumsuz etkisinden numuneyi koruma amacıyla titanyum ergitilmesi master alaşımın istenilen komozisyon sınırları içerisinde elde edilmesini sağlamıştır. Düşük orandaki krom katkısının (%2) baz alaşımın amorflaşmasında olumlu etkiye sahip olduğu tespit edilmiştir. Buna ek olarak, silisyum katkısı Co43Fe20Ta5,5B31,5-xSix (x=5) baz alaşımın ergime sıcaklığını düşürürken, camlaşma kabiliyetini arttırmıştır. Krom, silisyum ve niyobyum katkılı Co41Cr2Fe20Ta2,75Nb2.75B26,5Si5 alaşımının kritik döküm çapı ~4 mm' dir. Literaturde Co43Fe20Ta5,5B31,5 alaşımının mikro sertlik değeri 1455 HV olarak rapor edilmiştir. Bu çalışmada üretilen krom, silisyum ve/veya niyobyum katkılı kompozisyonlar daha yuksek camlaşma kabiliyeti sergilemesine rağmen, mikro sertlik değerlerinin ~1200 HV olduğu tespit edilmiştir. Bu değerlerin literatürde rapor edilen değerden düşük olduğu gözlemlenmiştir.