yüzey analiz yöntemleri - yüzey Özellikleri

Prof.Dr. İbrahim USLU

Yüzey Analizi DersiYüzey Analizi Dersi

GirişGirişYüzey ÖzellikleriYüzey Özellikleri



Malzeme MühendisliğiMalzeme Mühendisliği

• Malzeme Mühendisliği, malzemeleri genel olarak beş ana sınıfa ayırır. Bunlar:

– Metaller ve alaşımları,

– Seramikler,– Polimerler,– Kompozitler (malzemelerin

bileşimleri),

– Yarı iletkenler (silisyum ve germanyum gibi’dir.


Nano teknolojinin gelişmesi ile yüzey Nano teknolojinin gelişmesi ile yüzey analiz yöntemleri de önem kazanmıştıranaliz yöntemleri de önem kazanmıştır


Yüzey MühendisliğiYüzey Mühendisliği

• Yüzey Mühendisliği, istenen özellikleri elde etmek ve mevcut ürünün de işlevliğini geliştirmek için, bir malzeme ya da elemanın yüzey özeliklerini, metalürjik, mekanik, kimyasal, fiziksel, manyetik ve elektriksel olarak ya da bir kaplama ilavesi sağlayarak iyileştirmedir.


Yüzey Analizi ve Yüzey MühendisliğiYüzey Analizi ve Yüzey Mühendisliği

• Yüzey mühendisliği geçmişten günümüze kadar elde edilen birikim neticesinde, bugün uçak sanayinden biyomedikal uygulamalara, paketleme sanayinden sert kesici takım aletlerine kadar çok geniş bir sahada uygulama alanı bulmaktadır.

• Her geçen gün artan talepler karşısında bilim insanları ve ticari şirketler, mevcut durumu iyileştirmek ve ortaya çıkan sorunları asgari seviyeye indirme çabası içerisindedirler.


Yüzey mühendisliği işlemleriYüzey mühendisliği işlemleri

• Yüzey mühendisliği işlemleri, iki genel sınıfa ayrılabilir. Bunlar, "yüzey hazırlama işlemleri" (temizlik, parlatma, zımparalama vs.) ve "yüzey işlemleri"dir.


Yüzey mühendisliğiYüzey mühendisliği

• Yüzey mühendisliği, istenen hedef malzemeyi elde etmek için malzeme mühendisliğine ışık tutmaya devam edecektir.


Yüzey İşlemleriYüzey İşlemleri

• Mühendislik malzemelerinin maruz kaldığı etkiler (sürtünme, aşınma vs.) ve bu etkiler karşısında sahip olması gereken özelliklere göre çeşitli yüzey işlemleri ön görülmüştür. – Parçada boyutsal bir değişime sebep olmadan (kasti olarak

büyüme ya da artırma yapmadan) yüzey mikroyapısını ve/veya kimyasal bileşimini (olumlu yönde) değiştirerek yüzey değişikliği (surface modification) yapmak suretiyle (örneğin borlama),

– Parça üzerinde yeni bir tabakayı kasti olarak büyütme şeklinde yüzey kaplama (surface coating) yaparak (örneğin boyama),

– Ya da bu iki işlemin birlikte uygulandığı çift yüzey işlemi (duplex surface treatment) ile sağlanmaktadır.


Neden Yüzey AnaliziNeden Yüzey Analizi

• Malzeme bilimlerinde yüzey özelliklerinin bilinmesi polimerlerde, ambalaj maddelerinde, yarıiletken malzeme ve ve biyomalzemelerde ön plana çıkmaktadır.

• Bugün tüm dünyada çeşitli araştırma merkezleri ve laboratuarlarda yeni bir malzeme türü geliştirilirken öncelikle yüzey karakterizasyonu ilk yapılması gereken çalışmaların başında gelmektedir.



• Her malzemenin içinde bulunduğu veya kullanıldığı ortamda çevresi ile ilk temas ettiği yer yüzeyi olmaktadır.



• O halde kimyasal karakterizasyon kadar yüzeylerin topolojisi ve morfolojisi yapıları ile yüzeylerin kimyasal yapıları hakkında bilgiler birleştiği zaman, katalitik aktiviteden biyo-uyumluluğa kadar pek çok konudaki davranışların mekanizmalarını açıklamak mümkün olabilecektir.


Yüzey yani dış görünüş sadece Yüzey yani dış görünüş sadece malzemeler için önemli değildirmalzemeler için önemli değildir

• Dış görünüşün önemli olduğu pek çok atasözünde bile dile gelmektedir.

• İnsanlar kıyafetleriyle karşılanır, fikirleriyle uğurlanır.

• Gördüğünüz gibi ilk barajı geçmek için dış görünüş çok önemli ama daha sonra yerini bilgiye bırakamıyorsa arkanızdan sadece şu söylenir;

• eğer kadınsanız “Süslü kokona”,• erkekseniz Mevlana’mızın bir sözü olan “Nice elbiseler

gördüm, içinde insan yok, Nice insanlar gördüm, üzerinde elbisesi yok.


Nasıl Karizmatik olunurNasıl Karizmatik olunur

• Giyimimizdeki hoşluğu yani uyumu yakalayabilirsek, beynimizin içini de bize gerekli olan bilgi ile doldurursak bu durum davranışlarımıza yansıyacaktır.

• Çevremizde de dikkat çekmek, fark edilmek, sıradan olmamak gerekli.

• Hiç unutmam bir televizyon programında Sezen Aksu şöyle demişti “Anneannem rahmetli hep şunu söylerdi. Asla sıradan olmam. Herkesten bir farkım olmalı mutlaka. Ben de onun sözünü dinliyorum. Ben sıradan bir kadın değilim.”

• Ben de aynı şeyi düşünüyorum.

Kaynak : http://www.kendinigelistir.com/nasil-karizmatik-olunur/#ixzz1mFkslvIp

http://www.kendinigelistir.com/nasil-karizmatik-olunur/


Yüzey Analiz Yöntemlerinin ÖnemiYüzey Analiz Yöntemlerinin Önemi

• Günümüzde malzeme bilimlerinde giderek önem kazanan konuların başında yüzeylerin karakterizasyonu ve analizi gelmektedir.

• Gerek Fiziksel, gerekse kimyasal değişiklerin öncelikle maddelerin biribiri ile teması ile başladığı düşünülürse temas yüzeylerinin ayrıntılı fiziksel ve kimyasal özelliklerinin bilinmesinin önemi kolayca anlaşılır.


GelecekGelecek

• Bugün, biyomalzemeler (1968), şekil hafızalı alaşımlar, uzay sanayide kullanılan malzemeler, süper iletkenler (1911), fullerinler (1985) ve nanoyapılar (1991), günümüz bilim adamlarının üzerinde odaklandığı malzeme konularıdır ve bu malzeme yapıları gelecek için de çalışma potansiyelini korumaktadır.

• Malzemeler, tarihte ilk çağ isimlerinin konulmasında temel olmuş ve toplumun ilerlemesinde çok önem arz etmiştir.

• Şöyle ki, Yontma Taş Devri ve Tunç Devri’nden bugünlere gelinmiş ve bugün Silikon Vadisi’nde başlayan bilgi çağı içerisine girilmiştir.


GelecekGelecek

• .


Yüzeyin Yapısı neden farklı olurYüzeyin Yapısı neden farklı olur

• Doğal Olarak değişebilir– Yüzeyde oksidasyon– İç materyalin oksitleri yüzeyde oluşabilir

• Fiziksel ve kimyasal olarak değişebilir;– Altınla ince kaplama– Cu ve Zn ile kaplama– Uçların sertleştirilmesi– Biyomateryallerin, hidrofilikliğini değiştirme (yüzey

modifikasyon)


Yüzey Analiz Yöntemlerinin Yüzey Analiz Yöntemlerinin Kullanıldığı AlanlarKullanıldığı Alanlar


Yüzey özellikleri - Bünye özellikleriYüzey özellikleri - Bünye özellikleri• Bir çok mühendislik sistemlerinde, kullanılan malzemelerin

yüzey özellikleri malzemenin bünye özelliklerinden çok daha önemlidir.

• Aşınma ve korozyona karsı direnç ile katalitik davranış örnek olarak verilebilir.

• Malzemelerin yüzeylerinde nanoyapıların oluşturulmasıyla, buna benzer yüzey özelliklerinin iyileştirilmesinin de mümkün olacağı düşünülmektedir.


Nanoyapılı Malzemelerin ÖzellikleriNanoyapılı Malzemelerin Özellikleri• Yüzey özellikleri özellikle nanoyapılı malzemelerde öne

çıkmaktadır.

• Çok küçük tane boyutlarından dolayı, nanokristalli malzemeler, konvansiyonel iri taneli polikristalli malzemelerle karşılaştırıldıgında, daha farklı ve genellikle çok iyileştirilmis özellikler gösterirler. Bu özellikler,– artan mukavemet/sertlik, – yüksek yayınım, – düşük yoğunluk, – daha yüksek elektrik direnci, – artan özgül ısı, – daha yüksek termal genleşme katsayısı, – daha düşük termal iletkenlik ve – üstün nitelikli yumuşak manyetik özellikler

• olarak belirtilebilir


Malzeme HatalarıMalzeme Hataları

• Hatalar, (aşınma ve korozyon gibi) malzeme yüzeyinde baslar.

• Bu nedenle malzemenin yüzey özelliklerinin bilinmesi ve yüzey iyileştirmesi işleminin yapılması, malzemenin performansının artırılmasında etki sahibidir.


Malzeme Yüzey Özellikleri-Malzeme Yüzey Özellikleri- Yüzey Morfolojisi Yüzey Morfolojisi

• Yüzeydeki morfolojik yapılar makro ve mikro seviyede malzemeyi aşınma ve korozyona karsı koruyan önemli faktörlerdir.

• Makro seviyede yüzeyin genel topografyası, yüzey morfolojisi için indeks olarak kabul edilmektedir.

• Günümüzde optik mikroskoplar, AFM, SEM kullanımı, yüzey özelliklerini direk etkileyen, daha ince detayları (tane, tane sınırı, farklı fazlar, hatalar, poroziteler, vs.) incelenmesi imkanlarını son derece artırmıştır.


Yüzey PürüzlülüğüYüzey Pürüzlülüğü

• Malzeme yüzeyinde, aşınma veya çeşitli işlemler sonucu, yüzey üzerinde oluşan düzgün olmayan yapılar veya pikler ve çukurlar şeklinde yüzey pürüzlülükleri oluşur.

• Katı malzemenin yüzey pürüzlülüğü veya yüzey topografyası, yüzeyin çevre ile interaktif proseslerini etkiler.


Malzeme Yüzey Özellikleri-Malzeme Yüzey Özellikleri- Yüzey Pürüzlülüğü Yüzey Pürüzlülüğü

• Yapılan çalışmalarda yüzey pürüzlülüğü ve aşınma arasında kantitatif bir ilişki olduğu saptanmıştır.

• Aynı zamanda yorulma mukavemetinin, yüzey pürüzlülüğü arttıkça düştüğü gözlemlenmiştir


Yüzey PürüzlülüğüYüzey Pürüzlülüğü


Malzeme Yüzey Özellikleri-Malzeme Yüzey Özellikleri- Yüzey Mikroyapısı Yüzey Mikroyapısı• Malzemelerin aşınması yüzeyde bulunan farklı fazların

dağılımına, miktarına ve tipine bağlıdır.

• Malzemelerin mikro yada nano bileşenleri taneciklerden (grain), çökeltilerden ve hatalardan oluşmaktadır.

• Mikro yada nano kristal yapılardaki bileşenlerin yada taneciklerin (grain) miktarı ve dağılımı kadar matrisin tipide malzemenin aşınma, sürtünme, kayganlık, suyu seven (hidrofilik), suyu sevmeyen (hidrofobik) ve diğer özelliklerine etki eden önemli faktörlerdir.


Yüzey MikroyapısıYüzey Mikroyapısı• Malzemelere Zr ilavesi iletkenliği artırmakla birlikte yüzey

mikroyapıda özellikle pürüzlülüğü artırıcı etkiler gösterir.• İyileştirilmiş yüzeyde bulunan daha küçük taneler aşınma ve

çatlak dayanımını artırıcı rol oynarlar. • İnce, düzgün olarak dağıtılmış sert çökelti fazları (karbürler,

boritler, alüminatlar vs.) malzemenin aşınma direnci özelliğini iyileştirirler. Örneğin motor valflarında kullanılan Ni-Cr-Fe-Si-C alaşsımında, karbür ve silisitlerin miktarı ve dağılımı malzemenin yüksek sıcaklık aşınma özelliklerini belirlemekte önemli rol oynamaktadır.


Makro, Mikro, Nano, Atomik Ölçekte yapılarMakro, Mikro, Nano, Atomik Ölçekte yapılar


Yüzey KompozisyonuYüzey Kompozisyonu• Yüzey kompozisyonu aşınmaya ve korozyona karsı direnç,

süper iletkenlik, termal iletkenli, yüzey pürüzlülüğü gibi malzemelerin kimyasal ve fiziksel manyetik ve elektrik özelliklerinde en önemli rollerden birine sahiptir.

• Örneğin yüzeyin aşınmaya karsı direnç kapasitesi yüzey kompozisyonunu değiştirerek veya yüzeyi aşınmaya karsı dirençli kimyasal içeren bir malzemeyle kaplayarak önemli ölçüde iyileştirilebilir.


(Gd,Y)Ba(Gd,Y)Ba22CuCu33OOxxsupersuperiletken yapılara Zr iletken yapılara Zr

ilavesinin mikro yapıya olan etkileriilavesinin mikro yapıya olan etkileri•


Yüzey SertliğiYüzey Sertliği• Sertlik, küçük yüzey alanı

içerisinde, malzemenin plastik deformasyona karsı gösterdiği direnç olarak tanımlanabilir. Sertlik geleneksel olarak, malzemenin yüzey hasarlarına özellikle çatlaklara karşı direnci ifade eden bir karakteristiktir.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0257897207006093


Yüzey SertliğiYüzey Sertliği

• Sertlik malzemenin tipine, yapısına ve gördüğü işlemlere bağlıdır.

• Kristal bünyelerin sertligi basınçlı yük altındaki elastiklik limitine ve elastiklik modülüne bağlıdır.

• Yüzey tabakasındaki bölgelerin sertliği servis boyunca, özellikle aşınma, mikro yapılardaki değişikliğe bağlı olarak değişebilir.


Yüzey Sertliği ve ısıl işlemYüzey Sertliği ve ısıl işlem

• Isıl İşlem, metalleri belirli bir sıcaklıkta tavlayarak yapılarını istenilen faza getirmek suretiyle yapılır.

• Daha sonra metal ani olarak soğutulur ve bu sayede granüller yada tanecikler (grain) oda sıcaklığında termodinamik açıdan denge fazı (phase) olmayan bir faza hapsolmuş olur.

• Bu faz genellikle malzemenin daha üstün mekanik özellikler gösterdiği bir fazdır.


Yüzey sertliği-Isıl işlemYüzey sertliği-Isıl işlem

• Isıl işlemin teorisi pek bilinmese de sanayi devrinden çok önceleri pratiği biliniyor ve uygulanıyordu.

• Örnek vermek gerekirse, demircilerin kılıçları sağlamlaştırmak için dövdükten sonra suya batırarak ani soğutması basit bir ısıl işlemdir.

Materials Characterization 45 (2000) 315- 326


Yüzey sertliği-Isıl işlemYüzey sertliği-Isıl işlem

• Termal olarak yapılan yüzey işlemleri, yüzeyin sertlik düzeyini artırma ve aşınma değeri küçük değerler alacak şekilde dizayn edilirler.

Materials Characterization 45 (2000) 315- 326


• Malzemenin sertliğinin artması ile aşınma dayanımı da artar ama aynı zamanda malzeme daha kırılgan olur ve dayanıklılığı azalır.


ısıl işlem bazı mekanik özellikleri ısıl işlem bazı mekanik özellikleri iyileştirirken bazılarını da kötüleştiririyileştirirken bazılarını da kötüleştirir

• Isıl işlem sırasında; sıcaklık, zaman ve atmosferin eş zamanlı kontrolü ile en uygun şartların oluşması sağlanarak istenilen nitelikteki malzeme üretilir.


Malzeme Yüzey Özellikleri-Malzeme Yüzey Özellikleri- Yüzey Gevrekliği Yüzey Gevrekliği• Gevreklik, malzemenin iç ve dıs kuvvetlerin etkisiyle kalıcı

ayrılmalardan oluşan bir malzeme özelliğidir. • Yüzey tabakalarında ve kaplamalarda gevreklik istenmeyen bir

özelliktir.• Genellikle, ama her zaman değil, gevreklik sertlikle bağlantılıdır;

tabakalar yüksek sertlik değerlerinde yüksek gevreklik değerleri alırlar.


Malzeme Yüzey Özellikleri -Malzeme Yüzey Özellikleri - Mukavemet Mukavemet ÖzelliğiÖzelliği

• Mukavemet, mekanik faktörlerin yıkıcı etkisine karsı gösterilen direnç olarak tanımlanabilir.

• Bir katının kohezyon güçleriyle dış yüklere gösterdigi direnç ya da bu yüklere karsı dayanımıdır.

• Mukavemet özelliği katının kırılma nedeni olan sınır değerin tespit edilmesinde kullanılan bir özelliktir


Mukavemet ÖzelligiMukavemet Özelligi

• Yüzey tabakası üzerindeki en büyük etki statik mukavemet değil dinamik mukavemettir.

• Bu durum, karşılıklı etkileşim halinde olan etkileri oluşturur, etkiler sonucu malzeme mukavemeti azalır ve genellikle hataya neden olur. Bu malzemenin yorulmasıdır


KaynaklarKaynaklar

• Muhtelif internet siteleri.

• İ. ÖZKAN, Nanoteknolojk Yöntemler ve Malzemenin Yüzey Özellklerinin iyileştirilmesi, y. Lisans tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi, 2006.

yüzey analiz yöntemleri - yüzey Özellikleri

Documents