Dökümde Çift Film (Bifilm) Hatası ve Doç. Dr. Derya DIŞPINAR ile Röportaj

Metalurji insanoğlunun en erken işlerinden birisidir. Döküm yöntemi ile malzeme üretmenin tarihi de binlerce yıl geriye gitmektedir ancak döküm sırasında çift film (bifilm) oluşumu binlerce yıl gözlerden kaçmayı başarmıştır. Yakın tarihte fark edilen ve tüm metal ürünlerimizi etkileyen çift film (bifilm) oluşmunu, bu konuyu en iyi bilen isimlerden değerli hocam Doç. Dr. Derya DIŞPINAR ile konuşacağız.

Çift Film (Bifilm) Nedir?

Altın dışında bütün metallerin yüzeyinde oksitli bir tabaka bulunmaktadır. Bu tabaka bazen sorun olurken (demirin paslanması), bazen bu oksit tabakasına sahip olmak avantaj olabilir (alüminyumun koruyucu oksit tabakası).

Metalleri döküm yöntemiyle şekillendirmek maksadıyla eritiriz. Eriyik haldeki metaller, atmosfer ile reaksiyona girerek yüzeylerinde katı oksit tabakası oluştururlar. Yüzey oksit tabakası birbirine atom-atom bağlanarak büyür. Bu noktada üstte katı ve kuru bir tabaka varken, alt kısımda sıvı ile temas halinde olan kısım mevcuttur. Yüzeydeki ince oksit tabakası bu durumdayken problem teşkil etmez. Problem, bu tabakanın parçalanıp, çeşitli sebepler ile döküm sırasında katlanarak sıvı metal içerisine dağılmaları ile başlamaktadır. Birbirlerine ıslatmayan ve kuru oksit yüzeyleri temas eden, bir miktar da boşluk içeren bu yapılara çift film (bifilm) denir. Çift filmler döküm içerisinde çatlak görevi görürler[1].

Eriyik alüminyum[2]

Eriyik metalin yüzeyi, kıvrılma dalgası hareketiyle ya da eriyiği oluşturan ve geri düşen damlacıklar ile katlanırsa, yüzey oksidi eriyik sıvı içinde sürüklemeye başlar. Geri düşen damlacıklar ya da eklenen alaşım elemanları gibi eriyiğin içine doğru bir etki ile de yüzey oksit tabakasının kuru tarafları bir araya gelecektir.

Yüzey oksit tabakasının kıvrılması[3]

Bu sebeplerden dolayı, daldırılmış yüzey filmleri her zaman iki katlıdır. Bu iki katlı yapı çatlak görevi görür. Sıvı metalin türbülanslı dökülmesi, sıvıyı çatlaklar ile doldurur. Çift filmler sarmal halde karışırlar. Gerçekte boyutları mikron seviyesindedir ve bu yüzden zararsızdır ancak katılaşma sırasında açılarak milimetre ve santimetre boyutuna gelebilirler. Ek olarak, bu çatlaklar birçok alaşımda donacak kadar uzun ömürlüdürler. Açılma mekanizmaları için itici güçler;

  1. Hidrojen: Sıvı-Katı arası çözünürlük farkından dolayı katılaşma sırasında çift film arasına difüzyon eğilimi gösterir.
  2. Çekilme boşluğu: Oluşturacağı negatif basınç ile çift filmler arası boşluğun genişlemesine sebep olur.
  3. Kaba tane boyutu: Büyük dendritlerin inklüzyonları itmesi gibi çift filmleri açmaları.[1]

Eriyik Alüminyum Alaşımlarındaki Oksit Formları

Büyüme Süresi

Kalınlık

Çeşit

Muhtemel Sebep
0,01 sn – 1 sn 1 nm – 1 µm Yeni Kalıba Dökme
10 sn – 1 dk 10 µm Eski 1 Transfer
10 sn – 1 dk 100  µm Eski 1 Ergitme
10 sa – 10 gün 1000  µm Eski 1 Fırında Tutma

Yüzey filmlerinin önemli bir özelliği, büyüme hızlarıdır. Yukarıdaki tablo büyüme sürelerini göstermektedir. Bir sıçramaya neden olmak veya yüzeye nüfuz etmek için gerek süre ise 10 – 100 milisaniye arasındadır. Yani, yırtılan yüzey kendisini tekrar kaplamak için reaksiyona girecek ve reaksiyon oksit oluşumu için yeterli süreye sahip bile olacaktır. Üstelik bu oksit tabakası alüminyum için ortalama 20 nanometre civarındadır[3].

Doç. Dr. Derya DIŞPINAR kimdir?

1996 senesinde İstanbul Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği’nden mezun olmuştur. Aynı sene İstanbul Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği’nde yüksek lisansa başlamış ve 1999 senesinde yüksek lisansını tamamlamıştır. Ardından, University of Birmingham’da 2005 senesinde doktorasını tamamlamıştır ve Norwegian University of Science and Technology’de doktora sonra çalışmalarda bulunmuştur. Şu anda İstanbul Üniversitesi’nde akademisyen olarak görev yapmaktadır.

Döküm alanında çalışmaları ile birçok sanayi ve Tübitak projeleri gerçekleştirmiştir ve gerçekleştirmeye devam etmektedir. Ek olarak, Archives of Foundry Engineering (Editörler Kurulu Üyesi), Encyclopedia of Iron, Steel, and Their Alloys (EISA) (Editörler Kurulu Üyesi), Metallurgical and Materials Transactions B (Editör) ve Metalurji (Editör) dergilerinde görev almaktadır.

** Bu videonun hazırlanmasında emeği geçen değerli arkadaşlarım Çağatay ŞEVİK ve Alkın ESKİMERGEN’ e teşekkür ediyorum.  **

Kaynakça

[1] Döküm Prensipleri Ders Notları, Doç. Dr. Derya DIŞPINAR

[2] https://www.videoblocks.com/video/liquid-aluminum-cleaning-molten-metal-on-modern-factory-work-with-raw-iron-hafc7qnkgiup7q6qb

[3] Complete Casting Handbook (Campbell,J.) 2011