Malzemelere ait ilemlerde nemli olan reaksiyon ve srelerin

• Malzemelere ait işlemlerde önemli olan reaksiyon ve süreçlerin çoğu, belirli bir katı içinde (genellikle mikroskobik düzeyde) veya bir sıvı/gazdan ya da bir başka katı fazdan malzeme içine doğru gerçekleşen kütle transferine dayanır. Bu olaylar tamamen atomsal hareketlerle, malzemenin bir yerden başka yere taşınması olan yayınma ile gerçekleşir.

• Faz Dönüşümleri • Kimyasal kompozisyon değişimi ile yüzey sertleştirme • Korozyon • Tavlama işlemi( Yeniden Kristalleşme) • Kaplama

• Bir metale ait atomların diğerinin içerisine yayınmasıyla gerçekleşen olaya birbirinde yayınma veya empürite yayınması denir. • Makro ölçekte, birbirinde yayınma, Cu-Ni yayınma çifti örneğinde olduğu gibi, uzun bir süre sonra konsantrasyonda oluşan değişimle fark edilebilir. Burada yüksek konsantrasyonlu bölgeden düşük konsantrasyonlu bölgeye atomların sürüklenmesi veya taşınması söz konusudur. Saf metallerde de yayınma gerçekleşir ancak konumlarını değiştiren atomların hepsi aynı tür atom olduklarından bu, kendinde-yayınma olarak adlandırılmıştır. Şekil 5. 2

• Şekil 5. 3 a’da şematik olarak gösterildiği gibi bu mekanizmada, normal kafes noktasındaki bir atom ile komşu kafes boşluğunun yer değiştirmesi söz konusudur. Dolayısıyla da bu mekanizmaya boşluk yayınması adı verilmiştir.

• Bu yayınma türünde arayer konumunda bulunan bir atom, komşu bir diğer arayer boşluğuna yayınır. Hidrojen, karbon, azot ve oksijen gibi arayer boşluğuna yerleşebilecek kadar küçük empürite atomlarının yayınması bu mekanizmayla gerçekleşir. Matris veya yeralan empurite atomları nadiren arayer konumunda bulunurlar ve bu atomlar normalde bu mekanizmayla (arayer yayınmasıyla) yer değiştirmez. Küçük çaplı empürite atomlarının yaptıkları bu yayınma türüne, doğal olarak arayer yayınması adı verilmiştir (Şekil 5. 3 b).

• Yayınma, zamana bağlı olarak gerçekleşen bir olay olduğu için, makro ölçekte taşınan elementin miktarı zamanın bir fonksiyonu olarak değişir. Çoğu zaman yayınma veya kütle transfer hızının bilinmesi gereklidir. Yayınma akısı (J) olarak ifade edilen hız, katı içerisinde birim kesit alanına dik olarak, birim zamanda yayınan kütle, M olarak (veya eşdeğer atom sayısı) tanımlanır.

• Yayınma akısı zamanla değişmiyorsa, kararlı yayınma hali söz konusudur. Her iki yüzeyindeki konsantrasyonun (veya basıncın) sabit tutulduğu bir metal plakada, kesit boyunca gaz atomlarının yayınması kararlı yayınma için verilen tipik bir örnektir. Bu şekilde gerçekleşen bir yayınma şematik olarak Şekil 5. 4 a’da gösterilmiştir.

• Katı içerisindeki karbon (C) konsantrasyonun konumla, x göre değişimi çizildiğinde, elde edilen eğri konsantrasyon profili, bu eğri üzerinde belirli bir noktadaki eğim ise konsantrasyon gradyeni olarak adlandırılmıştır.

• Buradaki D orantı sabiti yayınma katsayısı olarak adlandırılır ve metre kare bölü saniye şeklinde ifade edilir. Bu denklemdeki eksi işareti, yayınma yönündeki konsantrasyonun azaldığını işaret eder. Denklem 5. 3, çoğu zaman Fick’in birinci kanunu olarak anılır. • Genelde “itici güç” terimiyle bir reaksiyonun gerçekleşmesini sağlayan etkenler kastedilir.

• Kararsız yayınma şartlarında, Denklem 5. 3’ün kullanılması uygun değildir, bu nedenle Fick’in ikinci kanunu olarak bilinen aşağıdaki kısmi diferansiyel denklem kullanılır. • Yayınma katsayısı bileşime bağımlı değilse (her bir yayınma durumu için kontrol edilmelidir) Denklem 5. 4 a denklemine sadeleşir.

• Atomsal yer değiştirme, dislokasyonlar boyunca, tane sınırları ve dış yüzeyde de meydana gelebilir. Buralarda oluşan yayınmaların hızı, hacim içerisinde gerçekleşenlere göre çok daha yüksek olduğundan, bunlara bazen “kısa-devre” yayınma yolları denir.

1020 çelik dişliye 927 °C’de karbon yayındırılmıştır. Yüzeyin 0, 5 mm altında karbon miktarını %0, 40’a çıkarmak için gerekli zamanı dakika cinsinden hesaplayın. Fırın atmosferindeki karbon miktarının %0, 9 ve bu çeliğin karbon miktarının %0, 20 olduğunu kabul edin. (D 927°C=1, 28 x 10 -11 m 2/sn ) Z 0, 55 0, 60 0, 65 0, 70 0, 75 0, 80 0, 85 0, 90 0, 95 1, 00 erf Z 0, 5633 0, 6039 0, 6420 0, 6778 0, 7112 0, 7421 0, 7707 0, 7970 0, 8209 0, 8427

0, 70 0, 75 Bulunan erf(z) değeri: 0, 6927 0, 6778 0, 7112