Al-Cu-Ag ve Sn-Ag-In alaşımlarının katı-sıvı ve katı-katı arayüzey enerjilerinin ölçümü

Abstract

Bu çalışmada, radyal ısı akış metodu üçlü metalik alaşımlarda tane arayüzey oluk şekillerini gözlemek amacıyla ilk defa kullanıldı. Numune üzerinde çap doğrultusunda sabit sıcaklık gradyenti oluşturmak için numune merkezden ısıtılırken, numunenin dış yüzeyinin sıcaklığı soğutmalı-ısıtmalı kapalı devre akışkan sistemi kullanılarak soğutma kazanından sıcaklığı -20 derece olan etilen glikol çözeltisi dolaştırılarak soğutuldu ve merkezi ısıtıcı telin etrafında ince bir sıvı eritildi. Numune sabit sıcaklık gradyentinde yeterli süre bekletildi ve bu sürenin sonunda numune hızlı bir şekilde soğutuldu. Al-Cu-Ag ve Sn-Ag-In alaşımlarına ait dengeye gelmiş tane arayüzey oluk şekilleri ani soğutulmuş numune üzerinden gözlendi. Gözlenen her bir oluk şekli için sıcaklık gradyenti ölçüldü ve tane arayüzey oluk şekillerinin fotoğrafları çekildi. Al-Cu-Ag ve Sn-Ag-In alaşımlarının katı fazlarının ısısal iletkenlikleri radyal ısı akış sistemi kullanılarak ölçüldü. Aynı alaşımlar için sıvı fazın ısısal iletkenliğinin katı fazın ısısal iletkenliğine oranı ise Bridgman tipi doğrusal katılaştırma fırını kullanılarak tespit edildi. Katı Al çözeltisi, katı Ag2Al çözeltisi, katı Sn çözeltisi ve katı Ag3Sn fazlarına ait ortalama Gibbs-Thomson katsayıları mevcut nümerik metotla hesaplandı. Ötektik Al-Cu-Ag sıvısıyla dengede olan katı Al çözeltisi ve katı Ag2Al çözelti fazları ile ötektik Sn-Ag-In sıvısıyla dengede olan katı Sn çözeltisi ve katı Ag3Sn fazları için katı-sıvı arayüzey enerjileri Gibbs-Thomson denkleminden belirlendi. Aynı zamanda bu katı fazlar için tane arayüzey enerjileri de gözlenen tane arayüzey oluk şekillerinden hesaplandı.

In present work, the radial heat flow technique has been applied to observe the grain boundary groove shapes in the ternary metallic alloys for the first time. A radial temperature gradient on the sample has been established by heating from center with a single heating wire and cooling the outside of sample at minus 20 celsius degree with a heating/refrigerating circulating bath containing an aqueous ethylene glycol solution and a thin liquid layer has been melted around the central heating wire. The sample has been annealed in a very stable temperature gradient for enough time and at the end of annealing period the sample has been quenched rapidly. The equilibrated grain boundary groove shapes in the Al-Cu-Ag and Sn-Ag-In alloys have been observed from the quenched sample. The temperature gradients for observed groove shapes have been measured and the photographs of the grain boundary groove shapes have been taken. The thermal conductivity of solid phases in the Al-Cu-Ag and Sn-Ag-In alloys have been measured by using the radial heat flow apparatus. Thermal conductivity ratios of the eutectic liquid to the solid for same alloys have also been determined by using a Bridgman type directional solidification apparatus. The average values of the Gibbs-Thomson coefficients for solid Al solution, solid Ag2Al solution, solid Sn solution and solid Ag3Sn have been determined with the present numerical method. The solid-liquid interfacial energies for solid Al solution and solid Ag2Al solution in equilibrium with eutectic Al-Cu-Ag liquid and solid Sn solution and solid Ag3Sn in equilibrium with eutectic Sn-Ag-In liquid have been determined from Gibbs-Thomson equation. The grain boundary energies for these solid phases have also been determined from the observed grain boundary groove shapes.