İkiz merdane sürekli döküm tekniği ile üretilen hadde alüminyum alaşımlarının korozyon davranışı ve yüzey özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Yüksek korozyon dayanımı, kolay şekil verilebilmesi ve hafifliği gibi avantajlarından dolayı alüminyum malzemeler, son yıllarda gıda paketleme endüstrisinde yaygın olarak tercih edilir hale gelmiştir. Alüminyum alaşımlarının gıda endüstrisinde kullanılmasının temel nedeni gıdaların kimyasal yapısının korozif özelliği ve bu ortam nedeniyle gıda paket ve ambalajlarının özelliklerini yitirmesidir. Alüminyum alaşımları ise korozyona oldukça dayanıklı olup yerkabuğunda da bol miktarda bulunmaktadır. Günümüzde alüminyum ve alaşımlarının üretimi ve gıda paketleme endüstrisinde kullanımı oldukça kolay ve pratiktir. Özellikle 8006 grubu alüminyum alaşımları, hazır gıda ve asitli veya asitsiz içecek kutularının üretimi, sıvı ve katı gıda ambalajlama gibi gerek endüstri gerekse günlük hayatta yaygın olarak kullanılmaktadır. Sürekli döküm yöntemlerinden (CC) ikiz merdane sürekli döküm (TRC) tekniği ile üretilen 8006 serisi alüminyum alaşımlarının korozyon davranışlarının ve yüzey özelliklerinin incelendiği bu yüksek lisans tez çalışmasında, ilk olarak 8006 serisi alüminyum alaşımı ergiyik halde ikiz merdanelerin arasına kalıp yardımıyla dökülerek 8,5 mm kalınlığında levha halinde numuneler elde edildi. Daha sonra elde edilen bu levha halindeki alüminyum alaşım numunelerine 550 °C ila 600 °C sıcaklıkları arasında homojenleştirme tavlaması uygulandı. Haddeleme işlemlerinden sonra 400 °C ila 450 °C sıcaklıkları arasında normalizasyon tavlamasına tabi tutularak numuneler kullanıma hazır hale getirildi. Üretimi gerçekleştirilen numunelere elektrokimyasal korozyon testleri öncesi karakterizasyon testleri yapıldı. Öncelikle spektral analiz yöntemi ile numunelerin içerdiği elementlerin tespiti yapıldı. Ardından X-ışını difraktometresi (XRD) yöntemi kullanılarak alüminyum folyo alaşımlarının yüzeylerinde bulunan faz ve elementlerin tespiti gerçekleştirildi. Stereo mikroskop ile yüzeylerinde bulunan hadde izleri ve hadde yönleri gözlemlendi. Son olarak taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile alaşımların yüzeyleri daha ayrıntılı olarak incelendi ve yüzeyde bulunan elementlerin yüzdece kütlelerini bulmak için enerji dağılım spektroskopisi (EDS) yöntemi kullanıldı. Korozyon öncesi karakterizasyon testleri yapıldıktan sonra %3,5 NaCl çözeltisi kullanılarak elektrokimyasal korozyon testlerinden açık devre potansiyeli (OCP), lineer polarizasyon (LP) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ölçümleri alüminyum folyo alaşım numunelerine uygulandı. Uygulanan bu elektrokimyasal korozyon testleri sonrasında tekrar X-ışını difraktometresi (XRD), stereo mikroskop, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılım spektroskopisi (EDS) yöntemleri kullanılarak TRC 8006 alüminyum folyo alaşım numunelerinin korozyon davranışı ile yüzey özelliklerinde meydana gelen değişimler incelendi. Bu çalışmalara ek olarak soğuk hadde ile ezme oranı %94 ve %98 olan iki alüminyum folyo alaşım numunesine de karakterizasyon ve elektrokimyasal testler uygularak ezme oranın etkisi incelenmiştir. Bu işlemler neticesinde, ikiz merdane sürekli döküm tekniği sonrasında uygulanan ezme oranı arttırıldığında, üretilen 8006 serisi alüminyum alaşımlarının korozyon hızının arttığı ve bu alaşımların gıda paketleme uygulamalarında kullanılmasının uygun olduğu sonucuna varılmıştır.

On the occasion of their great characteristics like corrosion resistance, easy processability and weightlessness, aluminium alloys have been mostly preferred in food packaging industry during the recent years. The main reason for the use of aluminium alloy in the food industry is the corrosive property of the chemistry of foods and for this reason, food packaging materials loose their protective features. Aluminium alloys are perfect to the corrosion and pure aluminium exists abundant in the Earth's crust. Today manufacturing and processing to use in food packaging industry of aluminium and alloys are pretty easy and practical. Specifically, 8006 aluminium alloys have been widely used as convenience food packaging and beverage containers. In this master thesis, the corrosion and surface behaviours of 8006 aluminium alloy were investigated which had produced by twin roll casting (TRC) as one of the continuous casting (CC) methods. Firstly melted 8006 aluminium alloy poured into the mould between the twin rolls and 8,5 mm sheet aluminium was obtained. Then 8,5 mm aluminium sheets homogenized between the temperatures 550 °C to 600 °C and cold rolled. After rolling processes the aluminium sheets normalized at the temperatures of 400 °C to 450 °C and the specimens became ready to apply the tests. Before electrochemical corrosion tests, characterization tests applied to the produced specimens. Spectral analyze was applied to detect the elements in the specimens. After that X-ray diffraction (XRD) method used to analyze the phases and elements on the surface of aluminium alloys. With the stereo microscope, the rolling traces and the rolling direction determined. Afterwards, scanning electron microscope (SEM) was applied to examine the surface morphology deeply and the energy dispersive spectroscopy (EDS) was used to found out the percental element weights on the surface. After the before corrosion characterization tests were done, 3,5 % NaCl solution was prepared and used to apply the electrochemical corrosion tests which are open circuit potential (OCP), linear polarization (LP) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to the aluminium foil alloy specimens. To observe the effects of corrosion tests and the differences on the surfaces of the aluminium foil alloy specimens X-ray diffractometer (XRD), stereo microscope, scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) methods were used after the electrochemical corrosion tests. In addition to these works, to be able to understand the effect or the cold rolling reduction rate to the corrosion behaviour and surface properties, cold rolled aluminium foil alloy specimens were studied which have two different reduction rate 94% and 98% respectively. Same characterization tests were applied before and after corrosion and same electrochemical corrosion tests also were applied. After all these processes, we conclude that when the cold reduction rate increases, depending on the cold rolling route the corrosion rate of the twin-roll cast 8006 aluminium alloys increases and these alloys are suitable for food packaging applications.