Bi-Cd ve Zn-Mg ötektik alaşımlarında katı-sıvı arayüzey enerjileri

ivBi-Cd ve Zn-Mg ÖTEKTİK ALAŞIMLARINDAKATI-SIVI ARAYÜZEY ENERJİLERİMustafa EROLErciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri EnstitüsüDoktora Tezi, Eylül 2006Tez Danışmanı: Prof. Dr. Necmettin MARAŞLIÖZETBu çalışmada, bizmut-kadmiyum (Bi-Cd) ve çinko-magnezyum (Zn-Mg) ötektik alaşımsistemlerinde, denge durumunda oluşan tane arayüzey oluk şekillerinden yararlanılarakkatı-sıvı ve tane arayüzey enerjileri belirlendi. Tane arayüzey oluk şekillerinigözleyebilmek amacıyla Gündüz ve Hunt tarafından kurulup Maraşlı ve Hunt tarafındangeliştirilen sistemin benzeri olan yeni bir radyal ısı akış sistemi kuruldu. Bu sistemleçok kararlı bir sıcaklık (± 0.025 oC hassasiyette saatlerce ve ± 0.05 oC hassasiyette 7gün süreyle) sağlandı.Silindirik numune merkezden ısıtıcı tel ile ısıtılarak telin etrafında ince bir sıvıtabakasının oluşması sağlandı ve numune çok kararlı bir sıcaklık gradyentinde tutuldu.Ötektik BiCd ve ötektik ZnMg sıvılarıyla dengede tutulan sırasıyla katı Bi, katı Cd, katıZn ve katı Mg2Zn11 sistemlerinde ani soğutma ile tane arayüzey oluk şekilleri eldeedildi. Elde edilen tane arayüzey oluk şekillerinden, mevcut nümerik model yardımıylakatı Bi, katı Cd, katı Zn ve katı Mg2Zn11 fazları için Gibbs-Thomson katsayıları tespitedildi. Ötektik BiCd ve ötektik ZnMg sıvılarıyla dengede tutulan katı Bi, katı Cd, katıZn ve katı Mg2Zn11 sistemlerinin katı-sıvı arayüzey enerjileri Gibbs-Thomsondenkleminden elde edildi. Katı Bi, katı Cd, katı Zn ve katı Mg2Zn11 fazları için tanearayüzey enerjileri, gözlenen tane arayüzey oluk şekillerinin tabanlarındaki kuvvetdengesinden faydalanarak hesaplandı. Bi-ağ.%39.7Cd, Zn-%3.0ağ.Mg ve Zn-%6.33ağ.Mg alaşımlarının katı ve sıvı fazlarının ısı iletkenlik katsayıları da ölçüldü.Anahtar Kelimeler: Kristal büyütme, Gibbs-Thomson katsayısı, Isı iletkenliği, Katı-sıvı arayüzey enerjisi, Tane arayüzey enerjisi. vTHE SOLID-LIQUID INTERFACIAL ENERGIESIN THE Bi-Cd AND Zn-Mg EUTECTIC ALLOYSMustafa EROLErciyes University, Graduate School of Natural and Applied SciencesPh.D. Thesis, September 2006Thesis Supervisor: Professor Necmettin MARAŞLIABSTRACTIn this study, the solid-liquid interfacial energies and grain boundary energies in thebismuth-cadmium (Bi-Cd) and zinc-magnesium (Zn-Mg) eutectic alloys weredetermined from the equilibrated grain boundary groove shapes. To observe theequilibrated grain boundary groove shapes, a radial heat flow apparatus originallydesigned by Gündüz and Hunt and improved by Maraşlı and Hunt was set up. Theapparatus gave a very stable temperature (±0.025 ºC for hours and ±0.05 ºC for up to 7days).A thin liquid layer was melted around the central heating wire and then the sample wasannealed in a very stable temperature gradient. The equilibrated grain boundary grooveshapes for solid Bi, solid Cd, solid Zn and solid Mg2Zn11 in equilibrium with the BiCdand ZnMg eutectic liquids, respectively were observed on rapidly quenched samples.The Gibbs-Thomson coefficients for the solid Bi, solid Cd, solid Zn and solid Mg2Zn11phases were determined from the observed grain boundary groove shapes with presentnumerical model. The solid-liquid interfacial energies for the solid Bi, solid Cd, solidZn and solid Mg2Zn11 in equilibrium with the BiCd and ZnMg eutectic liquids wereobtained from the Gibbs-Thomson equation. The grain boundary energies for the solidBi, solid Cd, solid Zn and solid Mg2Zn11 phases have been calculated from the forcebalance at the bottom of the observed grain boundary groove shapes. The thermalconductivities of the solid and liquid phases for Bi-9.7wt.%Cd, Zn-3.0wt.%Mg and Zn-6.33wt.%Mg alloys have also been measured.Keywords: Crystal growth, Gibbs-Thomson coefficient, Thermal conductivity, Solid-liquid interfacial energy, Grain boundary energy. 172