LEE- Üretim Metalurjisi ve Teknolojileri Mühendisliği-Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 20
-
ÖgePack aluminizing of a cobalt-based superalloy(ITU Graduate School, 2025-05-29)Kobalt esaslı süperalaşımlar endüstride özellikle yüksek sıcaklık, orta-düşük yük koşulları altında ve korozif ortamlarda kullanılacak parçaların üretiminde kullanılmaktadır. Kobalt esaslı süperalaşımlar gösterdikleri yüksek termal stabilite, sıcak korozyon direnci, sürünme ve termal yorulma direnci gibi özellikleri sayesinde ön plana çıkmaktadır. Bu alaşımlar nikel esaslı süperalaşımlar ile birlikte özellikle gaz türbinli motorların türbin ve yanma bölümlerinde sırasıyla hareketli ve yapısal parçaların üretiminde kullanılır. Gaz türbinli motorlarda kompresör tarafından sıkıştırılan hava yanma odasında yakılarak ortam sıcaklıkları 2000 K'i bulan türbin kısmına iletilir, burada statorlar yanmış gazları doğru açıyla rotorlara iletir ve rotorların dönmesi sağlanır. Stator parçaları hareket etmemesine rağmen çok yüksek termal yüklere maruz kalır. Kobalt esaslı süperalaşımlar stator uygulamalarında 1940'lı yıllardan beri en yaygın kullanılan alaşımlardır. Nikel esaslı süperalaşımlar kobalt esaslı süperalaşımlara göre daha yüksek mukavemet göstermektedir. Bunun nedeni nikel alaşımlarda katı çözelti sertleşmesi ve karbür çökeltilerinin oluşumunun yanında intermetalik çökeltilerin de oluşması ve mukavemete katkı sağlamasıdır. Bu nedenle hareketli rotor parçalarında nikel esaslı süperalaşımlar kullanılır. Kobalt esaslı süperalaşımlarda ise asıl mukavemetlendirme mekanizması karbür çökeltileridir ayrıca katı çözelti sertleşmesi de mukavemete katkı sağlamaktadır. Günümüzde kobalt esaslı süperalaşımlar genelde döküm kondisyonunda kullanılırken, çözeltiye alma ve yaşlandırma uygulanan örnekler de bulunmaktadır. Kobalt esaslı süperalaşımlar bünyelerinde farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip birçok alaşım elementi barındırır, bu nedenle döküm kondisyonundaki kobalt alaşımları, dökümünün ardından neredeyse kaçınılmaz olarak segregasyon oluşumuyla karşılaşır. Segregasyon, mikroyapıda elementlerin ve fazların homojen dağılmaması olarak tanımlanabilir ve sonucunda zararlı fazlar oluşarak mekanik özellikler olumsuz etkilenir. Segregasyonun giderilmesi için homojenizasyon ışıl işlemi uygulanabilir. Homojenizasyon işleminde malzeme, mikroyapısında yer alan çökeltilerin tamamen çözünerek aşırı doymuş bir matris yapısı oluşturacağı yüksek bir sıcaklığa ısıtılır. Burada dikkat edilmesi gereken en önemli husus alaşımın maruz kalacağı sıcaklığın solidüs sıcaklığının altında olmasıdır. Homojenizasyon işlemi sırasında mikroyapıda lokal ergimelerin gerçekleşmesi daha çok segregasyon ve hatta gözenek oluşumuna neden olabilmektedir. Homojenizasyona tabi tutulacak malzeme bu sıcaklığa ulaştıktan sonra belli bir süre bu sıcaklıkta tutulmalı ardından tekrar çökelmeye mahal vermeyecek bir hızda soğutulmalıdır. Soğutma; havada, suda veya yağda gerçekleştirilebilmektedir. Kobalt esaslı süperalaşımların kullanıldığı sıcaklıklarda oksidasyon ve sıcak korozyona karşı önlem almak amacıyla farklı kaplamalar kullanılmaktadır, kobaltın oluşturduğu CoO tabakası koruyucu değildir ve belli sıcaklıkların üzerinde yüksek hızla malzemenin merkezine doğru ilerler. Bu kaplamalardan uzun süredir en yaygın olarak kullanılanı alüminat kaplamalardır. Alüminat kaplamalar günümüzde kutu alüminyumlama ve kimyasal buhar biriktirme yöntemleriyle uygulanmaktadır. Alüminat kaplamalar, malzeme yüzeyinde oluşturdukları koruyucu Al2O3 katmanı sayesinde oksidasyona ve sıcak korozyona karşı direnci arttırmaktadır. Bu çalışmada uzun yıllardır gaz türbin motorları endüstrisinde türbin stator malzemesi olarak kullanılan kobalt esaslı bir süperalaşıma farklı koşullarda homojenizasyon ve kutu alüminyumlama işlemleri uygulanmıştır. Homojenizasyon koşulları ThermoCalc yazılımı yardımıyla belirlenmiş, 1200 C'de 1 saat, 1250 C'de 1 ve 10 saat olmak üzere üç farklı koşulda gerçekleştirilmiştir. Homojenizasyon sonrası numuneler suda soğutulmuştur. Homojenizasyon işlemi sonrasında gerçekleşen mikroyapı değişimleri, optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Her bir fazın kimyasal bileşim değişiminin analizi için Enerji Dağılım Spektrometresi (EDS) kullanılmış ve sertlik değişimleri incelenmiştir. Döküm yapısı ve ana mukavemetlendirme mekanizması olan karbürlerin morfolojik değişimleri incelenmiş, Image J programı yardımıyla karbür hacim oranındaki değişim belirlenmiştir. Kutu alüminyumlama koşulları belirlenirken literatürden yardım alınmış ve proses 1040 C'de 4 saat gerçekleştirilmiştir. Proseste %70 Al2O3, %25 Al ve %5 Al3Cl kimyasal bileşimine sahip paketler kullanılmış, kaplama numunelerin bu paketlere gömülmesinin ardından gerçeklştirilmiştir. Proses öncesi yüzey hazırlıkları parlatılmış, kaba kesme sonrası ve farklı zımparalama koşulları olmak üzere farklı koşullarda gerçekleştirilmiş ve kaplama yapısı ile kaplama kalınlık dağılımına olan etkisi gözlemlenmiştir. Kaplama mikroyapısı, kalınlığı ve homojenliği optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiş, oluşan fazların kimyasal bileşim değişiminin analizi için Enerji Dağılım Spektrometresi (EDS) kullanılmıştır. Ayrıca nanoindentasyon yöntemiyle her bir kaplama tabakasının sertliği ölçülmüştür. Homojenizasyon süreleri ve sıcaklıkları arttıkça karbür morfolojilerinin başlangıçtaki sürekli ve çin yazısı morfolojisinin; süreksiz, ince ve küresel morfolojiye döndüğü, karbür oranının ve dolayısıyla malzemenin sertliğinin azaldığı, ancak karbür fazlarının kimyasal bileşiminde önemli bir değişim olmadığı gözlemlenmiştir. Homojenizasyon öncesi malzeme sertlği 36 HRC olarak belirlenmiştir. 1200 C'de 1 saat ısıl işlemin ardından karbür miktarında ve sertlikte önemli bir değişim gözlenmemiştir (35 HRC). 1250 C'de 1 saat ısıl işlem sonrasında döküm kondisyonun % 6 olan karbür miktarının % 3'e, sertliğin ise 30 HRC'ye düştüğü saptanmıştır. 1250 C'de 10 saat ısıl işlem yapılan numunelerde ise karbür miktarı % 2, sertlik ise 27 HRC olarak belirlenmiştir. Bu ısıl işlem sonrasında (Cr,W)23C6 karbürleri tamamen çözünürken NbC karbürleri Çin yazısı morfolojisinden küresel, ince ve homojen dağılmış morfolojiye dönüşmüştür. ThermoCalc hesaplamalarından da beklendiği üzere NbC karbürler tamamen çözünmemiştir. Döküm sonrası var olan dentritik yapının ise özellikle 1250 C'de 10 saat yapılan homojenizasyonun ardından giderildiği belirlenmiştir. Karbür miktarı ve malzeme sertliğinin doğru orantılı olarak azaldığı gözlemlenmiştir. Kutu alüminyumlama işlemi homojenizasyon ve döküm koşullarındaki numunelere uygulanmıştır, kaplama öncesi numuneler 400 grit zımpara kağıdı ile zımparalanmıştır. Her iki koşulda da aynı kaplama yapısı oluşmuştur. Kaplama kalınlığı literatürde aynı alaşım ve proses için görülen 60 μm kalınlığının aksine tersine 290 μm kalınlıkta elde edilmiştir. Ancak kalınlığın değişken olduğu, özellikle numune köşelerinde kaplama katmanlarının oluşmadığı gözlemlenmiştir. Kaplama sonrası altlık malzemede herhangi bir faz dönüşümü gerçekleşmemiştir. Kaplama sonrasında dört katmana sahip alüminat kaplama yapısı elde edilmiştir. Altlık malzemenin hemen üstünde yaklaşık 2 μm kalınlığında ince bir geçiş tabakası oluşmuştur. Bu ince tabaka testere dişi morfolojisine sahiptir ve altlık malzemeye iyi bir şekilde tutunmuştur. Bu tabakanın üzerinde yaklaşık 21 μm kalınlığında interdifüzyon tabakası ve 20 μm kalınlığında orta katman gözlemlenmiştir. Bu üç katmanda ince (Cr,W)23C6 karbürleri homojen bir şekilde dağılmıştır. Dış katman 240 μm kalınlığındadır ve kaplama kalınlığının yaklaşık % 85'ini oluşturmaktadır. Bu katmanda (Cr,W)23C6 karbürlerinin bulunmadığı ancak altlık malzemede bulunan NbC karbürlerin devam ettiği görülmüştür. Ayrıca Al2O3 yapılarına ve yer yer krater halini almış yatay çatlaklara da rastlanmıştır. Kaplamanın en dışında kolonsal yapı gözlemlenmiştir. Kaplama kalınlığını tüm kesit boyunca homojen hale getirmek için parlatılmış, 120 grit zımpara ve kaba kesme sonrası yüzeylere kaplama denemesi yapılmıştır. En iyi sonuçlar sırasıyla parlatılmış, kaba kesme sonrası, 120 grit zımpara ve 400 grit zımpara sonrasında alınmıştır. XRD analizi oluşan kaplama bileşiğinin Al13Co4 olduğunu göstermiştir. Kaplama katmanlarının sertliği nanoindentasyon metodu ile ölçülmüş, altlık malzeme sertliğine oranla tüm kaplama katmanlarının yüksek sertlik gösterdiği görülmüştür. İnterdifüzyon tabakasının sertliği 11,5 GPa'ken orta, dış ve en dış kolonsal bölgenin sertliği sırasıyla 12,4, 9,5 ve 9,4 GPa olarak ölçülmüştür.
-
ÖgeMikroalaşımlı östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirlerde vanadyum ve niyobyumun mekanik özelliklere etkisi(Graduate School, 2024-12-16)Küresel grafitli dökme demirler (KGDD), yüksek mukavemet, tokluk ve sünekliğin birleşimiyle birçok endüstriyel uygulama için ideal özellikler sunan bir malzeme grubudur. Bu malzemelerin en büyük avantajı, grafitin mikroyapıda küresel formda bulunması sayesinde dövme ve gri dökme demirlere alternatif olmasıdır. Östemperleme işlemi KGDD'ye mekanik özelliklerini ve mikroyapısını iyileştirmek için uygulanan bir ısıl işlemdir. Östemperleme işlemi, malzemeye asiküler ferrit ve yüksek karbonlu östenitin bileşiminden oluşan ösferrit mikroyapısını kazandırır. Bu mikroyapının varlığı malzemeye yüksek mukavemet, süneklik, tokluk, aşınma direnci, yorulma dayanımı, düşük maliyet, işlenebilirlik ve tasarım kolaylığı sağlamaktadır. Bu özellikler, östemperlenmiş küresel grafitli dökme demiri mühendislik uygulamalarında sıkça tercih edilen bir malzeme haline getirir. Otomotiv sektöründe de kamyonlarda krank mili, kam mili, şasi ve süspansiyon braketleri gibi kritik bileşenlerde tercih edilen bu malzemeler, araçların genel performansını ve enerji verimliliğini artırmaktadır. Mikro alaşımlı KGDD'ye östemperleme ısıl işlemi ile kazandırılan mekanik özellikler, bu malzemeyi ağır ticari araçlar ve elektrikli kamyonlar için ideal hale getirmektedir. Bu nedenle, östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirler, modern otomotiv endüstrisinde uzun yıllardır kullanılmaktadır. Bu çalışmada amaç, GGG60 kalite küresel grafitli dökme demire östemperleme ısıl işlemi uygulanarak malzemenin mikroyapısı, çekme mukavemeti, kopma uzaması, sertlik, darbe enerjisine mikro alaşımlama ve östemperleme süresinin etkisini tespit etmektir. Elektrikli kamyon üretiminde kullanılacak şasi braketleri için en iyi mekanik özellikleri elde etmek hedeflenmiştir. KGDD'ye alaşım elementlerinin ilavesi ile matristeki mikroyapıyı, asiküler ferrit yapısını, kalıntı östenit oranını ve östenite karbon difüzyon hızını kontrol etmek mümkündür. Vanadyum ve niyobyum mikro alaşımlanarak mekanik özelliklerde başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Ancak vanadyum ve niyobyumun birlikte mikro alaşımlandığı bir çalışma literatürde bulunmamaktadır. Tez çalışması kapsamında, vanadyum (V), niyobyum (Nb), vanadyum ve niyobyum (V+Nb) ile alaşımlandırılarak Y-blok şeklinde standart test numuneleri üretilmiştir. Döküm sonrasında numuneler talaşlı imalat yöntemleri ile hazırlanmıştır. Döküm sonrası numunelere standart yapısal, mikroyapısal ve mekanik karakterizasyonları yapılmıştır. Döküm sonrasında yapıya ilave edilen mikroalaşım elementlerinin doğrudan etkisi olmadığı görülmüştür. Numuneler 900°C'de östenitleme işlemine tabi tutulmuştur. Bir saat östenitleme (inch başına) işlemi sonrasında numuneler 300°C sıcaklıktaki tuz banyosuna düşürülmüş ve bu sıcaklıkta 1,15, 30, 60 ve 120 dakika süre östemperlenmiştir. Tüm kompozisyonlarda östemperleme sonrasında, 1 ve 15 dakika temperlenen numunelerde martenzit yapısı görülmüştür ve sonucunda sertliğin yüksek olduğu tespit edilmiştir. Artan süre ile sertlik düşmüş, tokluk/süneklik artmıştır. Östemperleme süresi arttıkça yapıda martenzit miktarının azaldığı, 30 dakika östemperleme sonrasında tamamen kaybolduğu tespit edilmiştir. Mikroalaşımlandırma, ısıl işlem sonrasında aktif bir mekanizma haline gelmiştir. Tüm kompozisyonlardaki mikroyapılarda asiküler ferrit ve yüksek karbonlu östenitten oluşan ösferrit yapısı görülmüştür. Vanadyum+niyobyumlu örneklerde mikroyapıda vermikürler grafit görülmüştür. Mikroalaşımlandırma ile mikroyapıdaki asiküler ferrit daha ince hale gelmiştir. Asiküler ferrit, östemperleme süresinin artması ile kabalaşmıştır. Östemperleme sonucu mikroyapıda karbon stabilize östenit fazı oluşmuştur. Oda sıcaklığında soğuma ile bu faz kalıntı östenite dönüşmüştür. Martenzit oluşumundan dolayı 1 dakika östemperlenmiş numunelerde kalıntı östenit oranı %17 civarındadır. Östemperleme süresi arttıkça yapıdaki kalıntı östenit miktarı tüm kompoziyonlar için artmaktadır. Vanadyum mikro alaşımlı numunelerde östemperleme süresi artması ile orantılı olarak kalıntı östenit artışı tespit edilmiştir. Niyobyum mikro alaşımlı numunede kalıntı östenit yüzdesi, 60 dakikaya kadar artarken 120 dakika sonunda diğer kompozisyonlara göre daha düşüktür (%42). Östenitteki karbon miktarı mikroalaşımlandırma ile tüm kompozisyonlarda artmıştır. Vanadyum ve niyobyum ayrı ayrı östenitteki karbonu stabilize ederek mekanik özelliklerin artmasını sağlamıştır. XRD patternleri incelendiğinde 1 dakika östemperlenen numunelerde martenzit oluşumu sebebi ile östenitin (111) yönünde pik oluşturmadığı tespit edildi. Analiz sonuçlarında vanadyum, niyobyum ve vanadyum+niyobyumlu numunelerin pik şiddetleri farklılık göstermiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri incelendiğinde, vanadyum ve niyobyumlu numunelerde ısıl işlemsiz mikroyapılarda görülen karbürlerin, ısıl işlem sonrası çözeltiye geçtiği tespit edildi. Vanadyum ve niyobyumun birlikte mikroalaşımlandırılması kompleks karbür oluşumuna sebep olmuştur. Isıl işlem sonrasında mikroyapıda kompleks karbür görülmektedir. Stabil karbür oluşumu sebebiyle vanadyum ve niyobyum çözeltiye dağılmamıştır. Alaşımlandırma mikro seviyede olduğu için karbürlerin XRD pikleri görülmemiştir. Darbe enerjisi çentiksiz darbe deneyi ile belirlenmiştir. Niyobyum mikroalaşımlı numunelerde en yüksek darbe değerleri elde edilmiştir. 120 dakika östemperlenmiş niyobyumlu örneklerde 145 J darbe enerjisi ölçülmüştür. Vanadyum+niyobyumun mikroalaşımlandırıldığı örneklerde darbe enerjisi alaşımsız GGG60'a göre azalmıştır. Bu durumun sebebi mikroyapıda görülen vermikülerite ve karbür oluşumdur. Tüm sonuçlar incelendiğinde en iyi mekanik özelliklere 15 dakika östemperlenmiş niyobyum numunesinde ulaşılmıştır. Kalıntı östenit %41, östenitteki karbon miktarı %1,8, akma dayanımı 843 MPa, çekme dayanımı 1122 MPa, kopma uzaması %19, sertlik 38,2 HRC, darbe enerjisi 109 J olarak ölçülmüştür. Östemperleme sonradında mikroalaşımlama elementi niyobyumun aktif olması sayesinde mukavemet ve sünekliğin bir arada olduğu sonuç elde edilmiştir.
-
ÖgeNadir toprak elementlerinin solvent ekstraksiyon yöntemiyle seçimli ayrım potansiyelinin araştırılması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2025-01-10)Nadir toprak elementleri (NTE), periyodik tablonun lantanit serisini oluşturan 15 elementin yanı sıra, kimyasal ve fiziksel özellikleri nedeniyle bu gruba dahil edilen skandiyum ve yitriyumdan oluşan bir elementler grubudur. Bu elementler, elektron yapılarına bağlı olarak benzersiz manyetik, optik ve katalitik özellikler sergilemekte ve bu özellikleri sayesinde modern teknolojilerin temel yapı taşları arasında yer almaktadırlar. Geniş bir kullanım yelpazesine sahip olup stratejik malzemeler grubunda bulunurlar. Kullanım alanları, yenilenebilir enerji sistemleri, elektronik cihazlar, savunma sanayi, otomotiv sektörü, cam ve seramik endüstrisi gibi birçok sektörü kapsamaktadır. Örneğin, neodimyum ve disprosyum içeren mıknatıslar, yüksek enerji yoğunlukları sayesinde rüzgar türbinleri ve elektrikli araç motorlarında kritik bileşenlerdir. Bunun yanı sıra, lantanın optik cam üretimindeki katkıları ve seryumun katalitik konvertörlerdeki uygulamaları, bu elementlerin sektörel önemini ortaya koymaktadır. Sağlık alanında ise gadolinyum, manyetik rezonans görüntüleme (MRI) için kullanılan kontrast maddelerde yaygın olarak tercih edilmektedir. Bu çeşitlilik, nadir toprak elementlerinin küresel ölçekte stratejik ve ekonomik açıdan kritik bir konuma ulaşmasına neden olmuştur. Son yıllarda, küresel talepteki artış, özellikle yenilenebilir enerji ve elektronik sektörlerindeki hızlı büyüme ile doğrudan ilişkilidir. Dünya NTE üretiminin %80'inden fazlasını sağlayan Çin, bu alandaki tedarik zincirinde tekel pozisyonundadır. Ancak, bu durum diğer ülkelerde ekonomik ve stratejik endişelere yol açarak yerel kaynakların değerlendirilmesi ve NTE bağımlılığını azaltma girişimlerini hızlandırmıştır. Türkiye, nadir toprak elementleri açısından önemli bir potansiyele sahip olmasına rağmen, bu kaynakların ekonomik ve çevresel açıdan sürdürülebilir şekilde değerlendirilmesine yönelik çalışmalar sınırlıdır. Yerli kaynaklardan NTE üretimi ve tedarik zincirine entegrasyonu, ülke ekonomisine stratejik katkılar sağlayacaktır. Nadir toprak elementlerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri göz önünde bulundurulduğunda, üretim proseslerinin etkin bir şekilde yürütülmesi için teknolojik ve bilimsel çalışmaların yapılması elzemdir. NTE'ler, doğada yaygın olmalarına rağmen ekonomik olarak düşük tenörde bulunmaları ve ayrıştırılmalarının zor olması nedeniyle "nadir" olarak adlandırılmaktadır. Bu gruptaki elementler, fiziksel ve kimyasal özelliklerinin benzerliği nedeniyle genellikle aynı minerallerde birlikte bulunurlar. NTE'ler iyonik yarıçaplarının büyüklüğüne bağlı olarak hafif (La, Ce, Pr, Nd, Pm), orta (Sm, Eu, Gd) ve ağır (Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Sc, Y) olmak üzere üç gruba ayrılmaktadır. Bu sınıflandırma, NTE'lerin ayırma yöntemlerini geliştirmede; kritik bir rol oynamaktadır. Ancak, birbirine çok yakın iyonik yarıçaplar, gerek grup ayrımı gerek elementlerin tekil ayrımını zorlaştırmakta ve proseslerin çok basamaklı bir hal almasına neden olmaktadır. Bu bağlamda, solvent ekstraksiyon (SX) yöntemi, endüstriyel ölçekte NTE ayrımında en yaygın kullanılan hidrometalurjik tekniktir. SX yöntemiyle, birbirine karışmayan iki sıvı faz arasında, metal iyonlarının transferi gerçekleşmektedir. Bu süreç, yükleme adımında sulu fazdan organik faza, sıyırma adımında ise organik fazdan sulu faza şeklindedir. NTE'lerin ayrımında solvent ekstraksiyon yöntemi genellikle iki ana aşamada gerçekleştirilir. İlk aşamada, NTE'ler gruplar halinde Hafif – Orta – Ağır şeklinde ayrılırken, ikinci aşamada grupları oluşturan elementlerin seçici ayrımı sağlanmaktadır. Bu süreçlerde çözeltinin pH değeri, organik faz konsantrasyonu, asit türü ve kademe sayısı gibi parametreler optimize edilerek yüksek saflıkta ve verimlikte ekstraksiyon işlemi gerçekleştirilmiş olur. Bu tez çalışmasında, farklı iyonik çap ve yoğunluklara sahip NTE'lerin elementel ayrımı solvent ekstraksiyon yöntemiyle incelenmiştir. Çalışmada, NTE'ler hafif ve orta gruplar olarak iki ana kategoriye ayrılmış ve bu grupların davranışlarını gözlemlemek amacıyla sentetik çözeltiler hazırlanmıştır. Hafif NTE grubu lantan (La), neodimyum (Nd) ve praseodimyumdan (Pr) ve orta grup elementlerin davranışını incelemek için samaryum (Sm) bu gruba eklenmiştir. Orta NTE grubu ise, samaryum (Sm), gadolinyum (Gd) ve europiyum (Eu) ile birlikte hafif grubu temsilen Nd ve ağır grubu temsilen Yitriyum (Y)'dan oluşmaktadır. Bu yaklaşım sayesinde, iki grupta yapılan deneylerle hem hafif hem orta hem de ağır NTE gruplarının solvent ekstraksiyon davranışlarının kapsamlı bir şekilde incelenmesi sağlanmıştır. Deneylerde, Türkiye'nin önemli NTE rezervlerinden biri olan Eskişehir Beylikova cevherine benzer bir kompozisyona sahip çözeltiler kullanılmıştır. Bu çalışmada, DEHPA (Di-(2-etilheksil) fosforik asit) kullanılarak organik faz konsantrasyonlarının, çözeltinin pH değerinin, temas süresinin, asit konsantrasyonunun ve kademe sayısının yükleme ve sıyırma verimlerine etkisi detaylı bir şekilde incelenmiştir. Elde edilen bulgular, düşük DEHPA konsantrasyonlarında (%1) lantanın diğer NTE'lerden (Pr, Nd ve Sm) selektif olarak ayrılabildiğini göstermiştir. %1 DEHPA konsantrasyonunda La, Nd, Pr ve Sm'nin yükleme verimleri sırasıyla %1.95, %27.78, %41.69 ve %77.61 olarak tespit edilmiştir. Yüksek DEHPA konsantrasyonlarında (%25-30) tüm elementlerin toplu olarak organik faza geçtiği bu nedenle seçiciliğin azaldığı gözlemlenmiştir. Çözelti pH değeri üzerinde yapılan çalışmalar, çözelti pH değerinin artmasıyla nadir toprak elementlerinin yükleme verimlerinin genel olarak arttığını ve optimum çözelti pH değerinin hafif NTE grubu için 3 olarak tespit edildiğini göstermiştir. Hafif NTE grubunda elementlerin yükleme sıralaması Sm→Pr→Nd→La olarak belirlenmiştir. Orta NTE grubunda ise samaryum, düşük çözelti pH değeri koşullarında (0.5) %59 gibi yüksek bir yükleme verimi sergilerken, lantanın %16, neodimyumun %24 ve praseodimyumun %36 verimle organik faza geçtiği belirlenmiştir. Ayrıca, çözelti pH değeri üzerindeki çalışmalar, orta NTE grubu için optimum çözelti pH değerinin 1.5 olduğunu ve bu çözelti pH değeri koşulunda yüksek seçicilikle yükleme gerçekleştirilebildiğini göstermiştir. Yitriyumun düşük DEHPA konsantrasyonlarında (%0.1) %8 yükleme verimi ile selektif olarak ayrılabildiği belirlenmiştir. Bu koşul, yitriyum zenginleştirilmesi için uygun bir temel sağlamakta olup, birden fazla kademe ("n" kademe) solvent ekstraksiyon yöntemiyle diğer orta NTE'lerden etkin bir şekilde ayrılabileceği ve bu yöntemle seçiciliğin optimize edilebileceği tespit edilmiştir. Organik faz konsantrasyonu %15 DEHPA seviyesine yükseltildiğinde, tüm elementlerin %98'in üzerinde yükleme verimi sergilediği ve elementler arasında selektivitenin olmadığı gözlemlenmiştir. Orta NTE grubunda elementlerin yükleme sıralaması Y→Gd→Eu→Sm→Nd şeklinde kaydedilmiştir. Sıyırma çalışmaları, farklı HCl konsantrasyonlarında hafif ve orta NTE'lerin ayrım performansını ve davranışlarını detaylı bir şekilde ortaya koymuştur. Hafif NTE grubunda sıyırma sıralaması La→Nd→Pr→Sm olarak belirlenmiştir. 0,1 M HCl konsantrasyonunda, beşinci kademede La, Nd, Pr ve Sm'nin sıyırma verimleri sırasıyla %52, %10, %3 ve %0 olarak tespit edilmiştir. Bu sonuçlar, samaryumun organik fazda tutulmasıyla hafif ve orta NTE'ler arasında seçici bir ayrım sağlandığını göstermektedir. Orta NTE grubunda ise sıyırma sıralaması Nd→Sm→Eu→Gd→Y olarak belirlenmiştir. 1 M HCl konsantrasyonunda, beşinci kademede Sm, Gd ve Eu'nun sıyırma verimleri sırasıyla %89, %87 ve %88 olarak kaydedilmiş; Nd'nin sıyırma verimi ise %94 seviyesine ulaşmıştır. Bu koşullarda, ağır NTE grubu temsilcisi olan Y'nin sıyırma verimi %28'te kalmıştır. 3 M HCl konsantrasyonunda ise hem hafif hem de orta NTE'lerin neredeyse tamamen sulu faza geçtiği gözlemlenmiştir. Sonuç olarak düşük asit konsantrasyonlarının, özellikle "n" kademe sıyırma yöntemi ile hafif ve orta NTE grupları arasında selektif ayrım potansiyeli sunduğu tespit edilmiştir. Yüksek asit konsantrasyonlarının ise elementlerin toplu olarak sıyrılmasına ve bundan dolayı seçiciliğin azalmasına neden olduğu belirlenmiştir. Bu kapsamda, sıyırma sürecinde HCl konsantrasyonunun elementler arasındaki seçiciliği önemli ölçüde etkilediği ve optimum koşulların dikkatli bir şekilde belirlenmesinin kritik öneme sahip olduğu tespit edilmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma, solvent ekstraksiyon yönteminin hafif, orta ve ağır NTE'lerin seçimli ayrımı ve geri kazanımı için optimize edilebileceğini ortaya koymuştur. Çalışma ayrıca, grup ayrımı sırasında NTE'lerin yükleme sıralamasının Ağır NTE→Orta NTE→Hafif NTE şeklinde gerçekleştiğini, sıyırma sıralamasının ise bunun tam tersi bir seyir izleyerek Hafif NTE→Orta NTE→Ağır NTE olarak kaydedildiğini göstermiştir. Bu bulgular, Eskişehir Beylikova cevherinin zenginleştirilmesine yönelik endüstriyel süreçler için bir temel sağlamakta ve Türkiye'nin yerli NTE kaynaklarının etkin değerlendirilmesine katkıda bulunmaktadır. Çalışma, hem akademik literatüre hem de endüstriyel proses geliştirme çalışmalarına önemli bilgiler sunmaktadır.
-
ÖgeDemir (Fe) katkılı manyetik jel üretimi ve atık NdFeB esaslı çözeltilerden neodimyum (Nd) geri kazanımı(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022)Nadir toprak metalleri sahip oldukları benzersiz kimyasal ve fiziksel özellikleri sebebiyle, gelişen teknolojinin vazgeçilemez unsurları haline gelmişlerdir. Katalistik malzemelerden, uzay malzemelerine kadar birçok farklı alanda kullanılmaktadırlar. Bu malzemelere örnek olarak NdFeB mıknatısları verilebilmektedir. NdFeB mıknatısları yapılarında yaklaşık ağırlıkça %30-40 nadir toprak metali içeren, sahip oldukları yüksek enerji kapasiteleri nedeniyle, günümüz teknolojisinin tasarlamış olduğu, en güçlü kalıcı mıknatıs türlerinden birisi olarak kabul edilmektedir. Bu mıknatıslar küçük ev elektroniğinden elektrikli araba ve rüzgâr türbinlerine kadar çok çeşitli alanlarda kullanımaktadır. NdFeB mıknatısları yapılarında Nd başta olmak üzere; Pr, Dy, Ho gibi çeşitli nadir toprak metallerini bulundururlar. Nadir toprak metallerine olan talebin giderek artması, arzı yetersiz kılmaktadır. Ayrıca nadir toprak metalleri cevherlerinin kısıtlı bir bölgede dağılım göstermesi, onların kritik metaller listesi içerisinde değerlendirilmesine sebep olmaktadır. Ekonomik kaygıların beraberinde birincil üretimin sebep olduğu çevresel zararın önüne geçebilmek için özellikle Avrupa ve Amerika bölgelerinde nadir toprak metallerinin ve de NdFeB mıknatıslarının geri dönüşümü üzerine yapılan çalışmalar gittikçe artmaktadır. Bu çerçevede birincil üretim ve hidrometalurjik geri dönüşüm prosesleri incelendiğinde, oluşan atık su/çözelti içerisinde belirli konsantrasyonlarda nadir toprak metali iyonu kaldığı anlaşılmıştır. Hem oluşabilecek çevresel zararların önüne geçilmesi hem de ekonomik değeri yüksek olan bu metallerin geri kazanım prosesi, bu tez çalışması kapsamında, çevresel ve ucuz bir yöntem olan manyetik malzemeler kullanarak absorpsiyon yöntemi ile denenmiştir. Manyetik özelliklere sahip absorbant malzemelerin atık su/çözelti içerisindeki metal iyonlarını yüzeylerinde toplayabilmesinden yararlanılarak, atık su/çözelti doğaya salınmadan önce temizlenmiş, absorbant malzemesi rejenere edilerek kıymetli metaller geri kazanılmıştır. Manyetik malzeme üretiminin ilk aşaması olarak mikron altı Fe esaslı partiküller üretilmiştir. Partikül üretimi poliol metodu adı verilen, çevreci, ucuz ve hızlı bir yöntem ile gerçekleştirilmiştir. FeSO4.7H2O ile NaOH tuzları başlangıç malzemesi, etilen glikol çözücü ve redükleyici, polivinilpirolidon yüzey aktif malzemesi ve deiyonize su kontrollü yüzey oksitleyicisi olarak kullanılmıştır. Redüksiyon reaksyionu 110 oC'de, 30 dakika boyunca yapılmıştır. Redüksiyon sonrası partiküller aseton, deiyonize su ve etanol ile kademeli olarak yıkanmıştır. Partiküllerin kimyasal yapısı XRD faz analizi, yüzey özellikleri SEM/EDS analizi, morfolojik özellikleri FESEM analizi ve termal özellikleri DSC analizi ile belirlenmiştir. Ayrıca partiküller kademeli olarak yıkama yapmadan SEM/EDS analizine tabi tutulmuş, reaksiyon süreci hakkında fikir sahibi olunmuştur. Partiküllerin XRD paterninin Fe ile uyuştuğu ve boyutlarının 400-600 nm aralığında, morfolojisinin zincir yapısında olduğu ve oksit tabakası kalınlığının ortalama 16 nm olduğu görülmüştür. Manyetik absorbant malzemesi biyouyumulu ve biyobozunur polimer olan sodyum aljinat kullanılarak üretilmiştir. Sodyum aljinat tozu ile başlangıç çözeltisi hazırlanmıştır. Çözelti homojen hale getirildikten sonra içerisine belirli miktarda Fe esaslı partiküller katkılandırılmıştır. Ultrasonik homojenizatör yardımı ile homojen hale getirilen sol, CaCl2 çözeltisine 100 µl'lik damlacıklar halinde eklenmiştir. Elde edilen Ca aljinat jeller suyla birçok kez yıkanmıştır. Jellerin pH'a karşı stabilitesi kitosan kaplanarak sağlanmıştır. Jellerin kimyasal yapısı FTIR, termal özellikleri DSC ve manyetik özellikleri VSM analiz yöntemleri ile belirlenmiştir. Başarılı bir şekilde manyetik absorbant malzemesi üretildikten sonra absorpsiyon deneyleri yapılmıştır. Sentetik atık çözelti/su hazırlanmıştır. Nd2(SO4)3 tuzu ile istenilen konsantrasyonlarda sentetik atık çözeltisi oluşturulmuştur. İlk etapta absorpsiyon süresi belirlenmiş; 180'inci dakikada sistemin dengeye ulaştığı görülmüştür. Ayrıca pH optimizasyonu yapılmış, pH 5,5'te absorpsiyon veriminin en yüksek olduğu görülmüştür. 25,55 ve 75 oC sıcaklıklar denenmiş, sistemin endotermik davranış gösterdiği; 75 oC'de en yüksek verimle gerçekleştiği görülmüştür. Sistemin standart Gibbs serbest enerjisinin negatif olduğu, böylece reaksiyonun kendiliğinden ilerlediği anlaşılmıştır. Absorpsiyon kinetiği araştırılmış, farklı zaman aralıklarında sistemin farklı modellere uyduğu görülmüş; 0-30'uncu dakikada sözde birinci denkleme, 30-120'nci dakika aralığında sözde ikinci denkleme ve 120-180 dakika aralığında Elovich eşitliğine uyduğu görülmüştür. Absorpsiyon izoterminin de Freundlich'e uyduğu görülmüştür. Absorpsiyon deneyleri tamamlandıktan sonra, farklı asit ortamlarında rejenerasyon denenmiş ve HCl ile %88 civarında Nd3+ geri kazanımı sağlanmıştır. Bu çalışmada literatürde daha önce bulunmayan yeni bir manyetik absorbant malzemesi üretilmiş ve atık çözelti/su içerisinden Nd3+ iyonu giderme işlemi yapılmıştır. Elde edilen sonuçların gelecek çalışmalar için umut vaad ettiği görülmüştür.
-
ÖgeKRTD-bor uygulamasında alüminyum oksit (Al2O3) katkısının etkisi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-12-13)Bor rezervi açısından dünyada ilk sırada bulunan ülkemizde geleneksel borlama yöntemleri olan kutu ve pasta borlama yöntemleri dışında elektrokimyasal borlama gibi yenilikçi yöntemler üzerine birçok çalışma yapılmaktadır. Geleneksel borlama yöntemlerinin çevresel ve ekonomik (üretilen katı atık miktarının fazlalığı, zehirli gaz emisyonları ve işlem süresinin uzunluğu) dezavantajları bu yöntemleri sınırlamaktadır. Yenilikçi "Katodük Redüksiyon Termal Difüzyon (KRTD)" prosesi, borlama sürecini daha verimli ve kontrollü bir şekilde uygulanmasını sağlamaktadır. Temel olarak KRTD-Bor prosesi, metalik taban malzeme yüzeyinde katodik reaksiyonlar sonucunda oluşturulan bor atomlarının, düşük atom çapları ve sıcaklığın etkisiyle malzemenin latis ara yerlerine difüzyonu sonucu yüzeyde sert metal-bor tabakası oluşumunu sağlayan "difüzyon esaslı yüzey sertleştirme" yöntemidir. Endüstriyel olarak geniş bir kullanım yelpazesine sahip çeliklerin borlama prosesi ile yüzeylerinde demir borür (FeB ve Fe2B) fazları oluşturularak korozyona ve aşınmaya karşı dayanımları arttırılabilmektedir. Borlanmış yüzeyler, yüksek sıcaklık koşullarında ve kimyasal olarak aşındırıcı ortamlarda üstün dayanıklılık sergilemektedirler. Çok bileşenli borlama, borlama işleminin geliştirilmiş bir versiyonu olup, birden fazla elementin bor ile birlikte difüze edilmesi yoluyla yüzey özelliklerini iyileştirmeyi hedefleyen bir yöntemdir. Bu teknik, tek başına yapılan borlama işlemine kıyasla, daha üstün mekanik, termal ve kimyasal özellikler sunar. Çok bileşenli borlama, özellikle yüksek sıcaklıklara dayanıklılık ve aşındırıcı koşullara karşı direnç gerektiren yüzeylerin oluşturulmasında önemli bir avantaj sağlar. İşlem sırasında, borun yanı sıra silisyum, krom, vanadyum veya alüminyum gibi diğer elementlerin de yüzeyde difüze olmasıyla çeşitli borür fazları meydana gelir. Bu yöntem, yüzey sertliğini artırırken sünekliği koruma yeteneğiyle kırılganlık riskini azaltır. Boralüminyumlama, bor ve alüminyumun eş zamanlı olarak metal yüzeye difüzyonuyla gerçekleştirilen bir yüzey sertleştirme yöntemidir. Bu teknik, özellikle oksidasyon ve yüksek sıcaklık korozyonuna karşı dayanıklı yüzeyler elde etmek için tercih edilmektedir. Çelik taban malzemesi kullanılarak yapılan boralüminyumlama işlemi sonucunda yüzeyde hem alüminyum hem de demir içeren borür fazları oluşur. Bu çift fazlı yapı, malzemenin mekanik dayanımını artırırken aynı zamanda kimyasal stabilitesini de iyileştirir. Boralüminyumlama, özellikle buhar türbinleri, kimyasal reaktörler ve yüksek sıcaklık koşullarında çalışan ekipmanların korunmasında geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Bunun yanı sıra, enerji sektöründe kullanılan çeliklerin oksidasyon direncini artırarak hem uzun vadeli performans hem de maliyet avantajı sağlamaktadır. Bu özellikler, boralüminyumlamayı modern yüzey sertleştirme teknikleri arasında önemli bir yere taşımaktadır. Bu tez çalışmasında boralüminyumlama yöntemi üzerinde durularak, KRTD-bor uygulamasında alüminyum oksit (Al2O3) katkısının etkisi araştırılmıştır. Yapılan deneylerde düşük karbon çeliği taban malzemesi olarak kullanılmış ve katot olarak yüklenirken, elektrolit bileşimi içeren alümina korumalı grafit pota anot olarak yüklenerek deneyler gerçekleştirilmiştir. Yapılan ön deney sonucunda alüminyum borür fazlarının (AlB2, Fe2AlB2) varlığına x-ışını kırınımı analizi sonucunda ulaşılmıştır. Yapılan ilk seri çalışmalarda elektrolit olarak susuz boraks (Na2B4O7) içerisine %15 alüminyum oksit tozu eklenerek 950°C de 60 dk sabit tutularak 25-50-75-100-200-400-600 mA/cm² akım yoğunlukları taranmıştır. 25-200 mA/cm² akım yoğunluğu aralığında borür tabaka kalınlığında artan akım yoğunluğuna bağlı olarak artış gözlemlenerek 200 mA/cm² akım yoğunluğunda ortalama 180 μm kalınlığa ulaşılmıştır. 25, 50 ve 400, 600 mA/cm² akım yoğunluğunda tek fazlı Fe2B faz oluşumu gözlemlenmiştir. Elektrolit bileşimi deneyleri için optimum akım yoğunluğu 200 mA/cm² belirlenerek 950°C, 60 dk'da üç farklı grup denenmiştir. İlk grup için yüksek frekanslı indüksiyon fırını kullanılarak %100 boraks, sodyum karbonat (Na2CO3), alüminyum oksit ve farklı stokiometrilerdeki kombinasyonlarını içeren elektrolitler ergitilerek çalışılmıştır. En yüksek borür tabaka kalınlığına 152 μm ile %85 boraks + %15 alüminyum oksit içeren bileşimde ulaşılmıştır. Ardından düşük frekanslı indüksiyon fırını kullanılarak %100 boraks, sodyum karbonat, alüminyum oksit, kalsiyum florür (CaF2) ve farklı stokiometrilerdeki kombinasyonlarını içeren çalışmalar yapılmıştır. %80 boraks, %10 sodyum karbonat + %10 alüminyum oksit içeren çalışmadaen yüksek borür tabaka kalınlığına (110 μm) ve sertlik değerine (2200±200 HV) ulaşılmıştır. Son grup için düşük frekanslı indüksiyon fırını kullanılarak %5-10-15-20 alüminyum oksit oranları taranmıştır. Alüminyum oksit oranı artması ile Fe2B içeren tek fazlı yapı gözlemlenmiştir. Yapılan çalışmalar kapsamında numuneler metalografik teknikler uygulanarak hazırlanmış ve yapısal karakterizasyonu tamamlanmıştır. Bu bağlamda yapıdaki fazların tayini x-ışını kırınımı (XRD) ile, yapıların morfolojik incelenmesi ve tabaka kalınlıklarının saptanması optik mikroskop (OM) ve taramalı elektron mikraskobu (SEM) yardımı ile yapılmıştır. Büyütülen borür yapılarının mikrosertlik analizleri Vickers sertlik cihazı ile tayin edilmiştir. Ayrıca elektrolit içerisindeki alüminyum oksit katkısının büyütülmüş borür tabakalarının düşük, orta ve yüksek sıcaklıktaki oksidasyon performansına etkisi incelenmiştir.