Alüminyum nedir? Nerelerde kullanılır? Özellikleri nelerdir?

Alüminyum ve alaşımları, çelikten sonra en çok tercih edilen endüstriyel malzemedir. Yer kabuğunda en çok rastlanan ve en çok kullanılan demir dışı elementtir. Birincil alüminyum üretimi için en çok kullanılmakta olan cevher boksit cevheridir. Boksit cevheri her ne kadar bol miktarda doğada yer alsa da hurdadan alüminyum üretimine göre daha masraflıdır. Çünkü, birincil üretimde ilk olarak boksit cevherinden Bayer adı verilen proses ile alümina üretilir ve sonrasında alüminadan ergimiş tuz elektrolizi ile alüminyum üretilir.

Alüminyumun birçok sektörde kullanılmasının sebebi diğer metallere göre üstün özelliklerinin bulunmasıdır. Bu özelliklerin en başında hafif olması gelir. 2, g/cm3 yoğunluğa ve 26,97 g/mol atom ağırlığına sahiptir. Yüksek mukavemete sahip olmasından dolayı özgül dayanımı da yüksektir. Isıl ve elektrik iletkenliği IACS standartlarına göre bakıra oranla %61 gibi ciddi bir değerdedir. Alüminyumun korozyona karşı dayanımı ise çok yüksektir. Yüzeyinde oluşturduğu alümina tabakası sayesinde çok fazla korozif ortamda tercih edilmektedir. Yüzey merkezli kübik kristal yapısına sahip olduğundan dolayı şekillendirilebilirliği kolaydır [1, 2, 3].

Saf alüminyuma ait diğer özellikler aşağıdaki gibidir;

• Atom no: 13
• Ergime derecesi: 660°C
• Elastisite modülü: 69×10³ MPa
• Kristal yapısı: Yüzey merkezli kübik

Dikkatinizi çekebilir: Alüminyum nasıl üretilir?

Alüminyuma eklenen alaşım elementlerinin etkisi

Bakır: %3-12 oranları arasında kullanılır. Çekme mukavemetinde ve sertlikte mukavemet artışı sağlar. Alüminyum ile intermetalik oluşumunu sağlayarak yaşlandırma işlemine imkan verir.

Mangan: Tokluğu, sökülebilirliği ve sünekliği artırır.

Silisyum: Korozyon direncini ve metalin akışkanlığını artırır. %13 oranından fazla silisyum eklenmesi alaşımın işlenebilirliğini zorlaştırır.

Magnezyum: Katı çözelti sertleşmesi oluşturur. Dökülmesi zordur fakat %6’ya kadar kullanılan magnezyum şekil vermeyi kolaylaştırır.

Çinko: Dökülebilirliği bariz bir şekilde azaltır. Diğer alaşım elementleriyle beraber kullanıldığında mukavemeti artırır.

Demir: Genellikle cevherlerle beraber gelirler. Bazı alaşımların mukavemet ve sertlik oranlarını artırmakta ve tane küçültücü olarak kullanılmaktadır.

Geçiş metalleri: Genel olarak titanyum, krom ve zirkonyumun mukavemeti düşürme eğilimi vardır. Fakat yapılan bazı araştırmalarda bu elementlerin atom bağlarının mukavemetini artırarak difüzyonu azalttığı incelenmiştir. Titanyum, bor ile beraber kullanıldığında tane inceltici etki gösterir.

Alaşım elementlerinin alüminyuma olan etkileri genel olarak bu şekilde özetlenebilir [5].

Alüminyuma uygulanan ısıl işlemler

Homojenleştirme

Homojenleştirme tavı 450-600°C aralığında mikrosegregasyonun etkilerini azaltmak, düşük ergime derecesine sahip dengesiz ötektikleri kaldırmak ve çözünmüş elementlerin aşırı konsantrasyonlarını kontrollü çökeltmek için yapılır.

Tavlama

Soğuk işlem görmüş alüminyum alaşımlarına, soğuk işlemin etkisini kaldırıp malzemeyi yumuşak bir hale getirmek için 300-450°C aralığında tavlama işlemi yapılır.

Gerilim giderme tavlaması

Isıl işlem uygulanabilen alüminyum alaşımlarında soğuk deformasyon etkilerini gidermek amacıyla yapılır. Tavlama sıcaklığı 345°C’ye kadar çıkabilir. İşlem neticesinde topralanma, kısmi rekristalizasyon veya tamamen rekristalizasyon görülür.

Çözeltiye alma

Alaşımı, kısmi çözünme hattının üzerinde, ötektik sıcaklığın altında bölgede tutarak tek fazlı bir yapıya geçirme işlemidir. Sekonder fazlar ve diğer bileşenler çözülerek yapıya disperse olur. Sonrasında ise su verilerek bu yapının oda sıcaklığında da muhafaza edilmesi sağlanır.

Yaşlandırma

Çözeltiye alınan alaşımın oda sıcaklığında ya da belirlenen bir sıcaklıkta tutulmasıyla mukavemetin artması işlemine denir. Bu işlemin hızını sıcaklık belirler. Atomlar, difüzyon ile intermetalik oluştururlar. İntermetalik çökeltiler, dislokasyonları kilitleyerek onların hareketini engeller. Bu sayede mukavemet artışı olur. Çökeltiye alınan alaşım oda sıcaklığında bekletilirse doğal yaşlanma olur. Fakat doğal yaşlanma uzun süren bir işlemdir. Günler, haftalar hatta aylar sürebilir. Pratik bir işlem olmadığı için genellikle yapay yaşlandırma işlemi uygulanır. Çökelti oluşturma işi, atom difüzyonuna, dolayısıyla sıcaklığa bağlı olduğu için alaşımlar tutma sıcaklığında bekletilir. Yapay yaşlandıranın, daha yüksek tutma sıcaklığında gerçekleştiği için daha hızlı olduğu aşikardır. Eğer alaşım yüksek sıcaklıkta veya uzun sürelerde tutulursa aşırı yaşlandırma oluşur. Bu durumda çökeltiler büyür ve matris ile oluşturduğu gerilme bölgesi ortadan kalkar. Serbest kalan dislokasyonların etkisiyle malzemede sertlik ve dayanımdan ödün verilir [9, 11].

Alüminyum nerelerde kullanılır?

• Ulaşım endüstrisi: motor blokları, ön ve arka süspansiyon elemanları, şaft, tekerlek jantları, radyatör ve klima birimleri, kaporta sacı, ısı eşanjörleri, motor parçaları, tekne gövdesi, yük ve yolcu vagonları.
• Savunma ve havacılık endüstrisi: Zırh kaplama, yapı elemanları, uçak gövdesi.
• Elektrik-elektronik endüstrisi: Telefon kabloları, jeneratörler, iletkenler.
• İnşaat endüstrisi: Kapı ve pencere doğrama, duvar kaplama, çatı kaplama.
• Ambalaj endüstrisi: Kapaklar, konserve ve meşrubat kutuları, folyo.
• Beyaz eşya endüstri: Pişirme araçları, klimalar, buzdolapları.
• Spor ve eğlence endüstrisi: Golf sopaları, bisiklet iskeletleri, kızaklar vs.

alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır [1, 5].

Kaynakça

1. Delikanlı, Y.E. (2011). Alüminyum alaşımlarında çökelme sertleşmesinin mekanik özelliklere etkisi (yüksek lisans tezi).

2. Yürektürk, Y. (2013). Al-6082 alaşımının mikro ark oksidasyonunda elektrolit katkısı olarak karbon nanotüpün etkileri (yüksek lisans tezi).

3. Sudağ, M. (2011). Alüminyum alaşımı malzemelerin sürtünme karıştırma nokta kaynağı ile birleştirilmesi ve dayanım özelliklerinin araştırılması (yüksek lisans tezi).

4. Tufan, M. (2011). AA6082 alüminyum alaşımlarında yaşlandırma isıl işleminin işlenebilirliğe ve yüzey pürüzlülüğüne etkisinin incelenmesi (yüksek lisans tezi).

5. Kırcı, O. (2012). AW-5005 alüminyum alaşımının bindirme sürtünme karıştırma kaynaklı bağlantı özelliklerine takım profilinin etkisi (yüksek lisans tezi).

6. Kuşdemir, H. (2008). AZ91 Magnezyum Alaşımının Korozyon Davranışları Üzerine İlave Alaşım Elementlerinin Etkisi (yüksek lisans tezi).

7. Serial Metal (Alüminyum Levha)