Magnezyum alaşımlarının ergitme prosesinde kullanılan koruyucu gaz atmosferlerinin incelenmesi

Uygun karakteristikleri sayesinde birçok sektörde kullanılabilen magnezyum alaşımları, özellikle otomotiv, havacılık ve elektronik sektöründe hafifliği ve dayanımı dolayısıyla tercih edilmektedir. Magnezyum alaşımlarının basınçlı dökümü, magnezyum endüstrisi içinde en hızlı büyüyen ve global ölçekte en çok gelişen segment olmuştur. Basınçlı döküm, ergimiş magnezyumu tam ölçüde ve sorunsuz bir şekilde, mümkün olan en kısa çevrim süresinde, istenilen forma dönüştürme konusunda benzersiz bir yeteneğe sahiptir. Ancak ülkemizde basınçlı döküm yöntemiyle magnezyum alaşımlarından mamul üretimi yapan kurulu işletme sayısı yok denilebilecek kadar az sayıdadır. Bu konudaki bilgi ve tecrübe eksikliğinden dolayı sanayimiz, bu sektörden uzak durmakta ve dünyada yaygın olarak kullanılan ve avantajlı özelliklere sahip olan bir metalin ürünlerinden ancak ithalat yolu ile yararlanabilmektedir. Ergimiş magnezyum alaşımları, alüminyumdan farklı davranış göstermektedir. Ergiyik üzerinde oksijen geçirgen ince bir film oluşmakta ve oksitlenme giderek artmaktadır. Bu oluşum oksijenin içeriye girmesini ve oksit tabakası altında yanmanın oluşmasına sebep olmaktadır. Bu hızlı oksitlenme reaksiyonlarının kontrol altına alınması, güvenli ve verimli magnezyum üretimi için çok önemlidir. Ergiyik magnezyum, koruyucu toz (flux) veya koruyucu gaz (fluxless) olmak üzere iki şekilde korunabilmektedir. Koruyucu tozlar kullanım sırasında korozif HCl ve MgCl2 dumanı salınımına sebep olmaktadır. Bu duman flux kirliliği yaratarak dökümün korozyon direncini azaltmakta ve metal içerisinde bir çamur oluşturarak, eriyik kütle kaybına uğramaktadır. Dolayısıyla maliyet olumsuz etkilenmektedir. Bu sebeplerden fırın içerisinde bir koruyucu gaz sisteminin kullanılması gerekmektedir. Ergiyik magnezyum yüzeyini korumak için renksiz, kokusuz ve zehirsiz SF6 gazı genelde tercih edilmektedir. SO2 ve BF3 gazları da aynı koruyucu özellikleri göstermelerine rağmen zehirli olduklarından kullanımları sakıncalı olmakla beraber, SF6 ile kıyaslandıkları zaman daha korozif etki göstermektedirler. SF6 gazı, CO2, kuru hava, N2 gibi gazlar ile karışım halinde kullanılmakta ve konsantrasyonlarında değişiklikler farklı etkiler yaratmaktadır. Mg alaşımlarına çok az miktarda berilyum ilavesi de alaşımın yanmasını engelleyici olarak etki etmektedir. Oksitlenme sıcaklığını ve magnezyumun yanma direncini artırmaktadır. SF6 gazının kullanımı uzun yıllardır magnezyum endüstrisinde koruyucu gaz olarak tercih edilmektedir. Ancak bu gazın yüksek küresel ısınma potansiyeli sebebiyle, kendisinden 18 kat daha az küresel ısınma potansiyeline sahip bir hidroflorokarbon gaz olan HFC-134a, SF6'ya alternatif olarak denenmektedir. Bu tez çalışmasında, azot taşıyıcı gaz olarak kullanılarak, SF6 ve HFC-134a'nın koruyucu gaz olarak denenmesi ile magnezyum ergiyiği üzerinde oluşan koruyucu film tabakası oluşumu incelenmiştir. Koruyucu film tabakası oluşumunda etkili olan parametreler, etkileyiş yönleriyle birlikte değerlendirilmiş olup, film kalınlığına olan etkileri belirlenmiştir. Koruyucu film tabakasını oluşturan değerleri daha ayrıntılı bir şekilde tespit edebilmek için Taguchi L9 ortogonal deneysel tasarım düzleminden yararlanılmıştır. Koruyucu gaz parametreleri olarak incelenen kontrol faktörler sırasıyla; ergiyik banyo sıcaklığı, koruyucu gaz derişim oranı, koruyucu gaza maruz kalma süresi (tutma süresi) ve koruyucu gaz debisidir. Optimum proses parametrelerinin belirlenmesinde; optik mikroskop ile elde edilen film kalınlığı ölçümleri yanıt faktörleri olarak değerlendirilmiş olup, Taguchi deney tasarımı, bu faktörlere ait S/N oranları için büyük olan değer en iyidir yaklaşımı dikkate alınarak analiz edilmiştir. Buna göre SF6 gazı için film kalınlığının optimum olduğu seviyeler; 660°C ergiyik banyo sıcaklığında, 60 dakika bekleme süresinde, hacimce % 0.25 SF6 – N2 karışımıyla ve 600 l/h debisinde meydana gelmekte, HFC-134a gazı için bu değerler; 660°C ergiyik banyo sıcaklığında, 60 dakika bekleme süresinde, hacimce %0.30 HFC134a-N2 karışımında ve 600 l/h debisinde olmaktadır. Bu çalışmanın amacı, ergiyik magnezyum üzerinde optimum koruyucu özelliğe sahip film tabakasını oluşturabilmek için gerekli olan koruyucu gaz cinsini, derişimini ve debisini saptayabilmek; ve bu film tabakasının oluşumunda ergimiş metal sıcaklığının ve koruyucu gaza maruz kalma süresinin etkilerini belirleyebilmektir. Bu yüksek lisans tezi ve projesi, magnezyum alaşımlarının dökümü konusunda çalışan araştırmacılara ve imalatçılara rehber niteliği taşıması yönüyle önem kazanırsa, amacına ulaşmış olacaktır.