DİFÜZYON

TEORİSİ

İçindekiler

1 )Difüzyonun Tanımı

2 )Difüzyon Mekanizmaları

2.1 )Boşluk Difüzyonu

2.2 )Ara yer Difüzyonu

2.3 )Halka Difüzyonu

3 )Fick Kanunları

3.1 )1.Fick Kanunu

3.2 )2.Fick Kanunu

3.3 )Fick Kanunları ile İlgili Örnekler

4 )Difüzyona Etki Eden Faktörler

4.1 )Sıcaklık

4.2 )Derişme

4.3 )Kristal Yapısı

4.4 )Gayrisafiyetler

4.5 )Tane Büyüklüğü

5 )Difüzyon İçin Gerekli Aktivasyon Enerjisi

6 )Difüzyon İle Yüzey Sertleştirme

6.1 )Karbürleme

6.2 )Karbonitrürleme

6.3 )Nitrürleme

7 )Isıl İşlemde Difüzyonun Önemi

8 )Difüzyon İle Alakalı Endüstriyel Uygulamalar

8.1 )Sementasyon

8.2 )Karbürüzasyon

8.3 )Kaynak ve Lehim

8.4 )Sinterleme Ve Toz metalurjisi

8.5)Diğer Uygulamalar

1.Difüzyonun Tanımı

Malzemelerde faz dönüşümleri, içyapıların dengelenmesi ve ısıl işlemlerin gerçekleşmesi gibi

temel oluşum mekanizmaları difüzyon esasına dayanır veya difüzyonla kontrol edilir.

Difüzyon, ısıl etkenlerle teşvik edilen atomsal mertebedeki parçacıkların (atomların, iyonların

ve küçük moleküllerin ) atomlar arası mesafelerden daha büyük (ve onun tam katları kadar )

uzaklıklara hareket etmesi demektir. Difüzyon, belli bir difüzyon sisteminde sıcaklık ve

zamana bağlı bir atomsal yayınmadır.

Döküm sonrası homojen bir içyapı oluşumu ve belirli bir tane büyüklüğü ve tercihli kristal

yönlenmesi üretmek veya özellikle malzemelerin yüzey bölgesine dışarıdan, bilinçli olarak

seçilen atomların( C;N;B gibi ) nüfuz etmelerini sağlamak için difüzyonun hızlandırılması

istenirken, bazen de belirli bir süreç sırasında difüzyonu kısmen veya tamamen önleyerek de

malzeme özelliklerinin iyileştirilmesi yoluna gidilebilir(su vererek hızlı soğutma ile

difüzyonsuz faz dönüşümünün mantenzitik dönüşümünün sağlanması gibi).

2.Difüzyon Mekanizmaları

Difüzyon farklı atomlar içeren malzemeler arasında meydana geldiği gibi saf katı

malzemelerde de oluşur. Farklı atomlar içeren alaşımlarında boşluk difüzyonu ve ara yer

difüzyonu olmak üzere başlıca iki önemli difüzyon mekanizması görülür. Ayrıca çok nadirde

olsa halka difüzyon mekanizmasına da rastlanır. Saf katı malzemelerde ise kendi kendine

difüzyon mekanizması etkindir.

Saf katı bir malzemede atomlar kendi kafes pozisyonlarından başka bir kafes pozisyonuna

hareket etmeleri olayına kendi kendine difüzyon denir. Kendi kendine difüzyon türü hemen

hemen tüm metallerde meydana gelir.

Şekil 1: Kendi kendine difüzyonda atomların hareketinin şematik olarak gösterimi

Farklı atomlar içeren malzemelerin difüzyonuna örnek olarak, çinko atomlarının bakır

içerisine difüzyonunu örnek verebiliriz.

Yüzeyi iyice temizlenmiş bir bakır kütlesi üzerine çinko levhası temas ettirildiğinde ilk etapta

bakır-çinko ara yüzeyinin sol tarafında % 100 çinko atomları ve sağ tarafında ise % 100 bakır

atomları vardır.

Yüksek sıcaklıkta bir süre beklendikten sonra, ara yüzeyden difüzyon nedeniyle soldan sağa

geçen çinko atomları ile sağdan sola geçen bakır atomlarının miktarları hemen hemen eşittir.

Yeterince uzun bir süre beklenirse çinko atomları bakır içersinde gelişi güzel dağılmış hale

gelecektir. Böylece iki element atomlarının karıştığı homojen bir yapı meydana gelmiş

olacaktır. Alttaki şekillerde bu örnek anlatılmıştır.

Şekil 2: Bakır ve çinkonun yüksek sıcaklık etkisinde difüzyonu

2.1 Boşluk Difüzyon Mekanizması

Eğer kristal kafesi içerisinde bir atom boşluğu varsa komşu atomlardan bir tanesi kendi yerini

terk ederek bu boşluğu doldurur. Hareket eden atomun kendi yeri ise boş kalır. Atomların bu

şekildeki hareketlerine boşluk difüzyonu denir. Kristal kafesi içerinde ne kadar atom boşluğu

varsa, boşluk difüzyonu o kadar çok etkilidir. Metaller yüksek sıcaklıklara çıkartıldıkları

zaman, atom boşluklar artmaktadır. Eğer kristal kafesi içerisinde bir atom boşluğu varsa

komşu atomlardan bir tanesi kendi yerini Dolayısıyla metallerin yüksek sıcaklıklardaki

difüzyonunda, bu mekanizma oldukça önemli bir rol oynar.

Şekil 3: Boşluk difüzyonunun şematik olarak gösterimi

2.2 Ara yer Difüzyon Mekanizması

Kristal kafesi içerisinde mevcut olan küçük çaplı bir ara yer atomunun kafes ana atomları

arasından geçmesi sonucu meydana gelen atom hareketine ara yer difüzyon mekanizması

denir. Hidrojen, karbon, azot ve oksijen gibi ara yer boşluklarına girebilecek kadar küçük

atomlar, bazı metaller içerisinde ara yer difüzyon mekanizması ile hareket ederler.

Örneğin, karbon HMK kafese sahip demir içersinde ara yer difüzyon mekanizması ile hareket

eder. Ara yer difüzyon mekanizması, boşluk difüzyon mekanizmasından daha hızlıdır. Çünkü

ara yer atom yarıçapları çok küçük olduğu için, çok daha hızlı hareket edebilirler.

Şekil 4: Ara yer difüzyonunun şematik olarak gösterimi

2.3 Halka Difüzyon Mekanizması

Metallerde en yaygın olarak boşluk ve ara yer difüzyon mekanizmaları görüldüğü halde,

nadiren de olsa karşılaşılan diğer bir difüzyon mekanizması ise, halka difüzyonudur. Halka

difüzyonunda, birbirlerine değerek halka şeklinde bulunan atomlar, aynı yönde beraberce

hareket ederek birbirlerinin yerini alırlar. Atomların bu şekildeki hareketlerine halka difüzyon

mekanizması denir.

Şekil 5: Halka Difüzyonunun şematik olarak gösterimi

3. Fick Kanunları

3.1) 1.Fick Kanunu:

Bir malzeme içinde atomların yayınım hızı, birim zamanda birim düzlem alanı boyunca geçen

atom sayısı olarak tanımlanan akı “J” ile ölçülebilir. 1. Fick kanunu net atom akısını açıklar.

𝐽 = −𝐷∆𝑐

∆𝑥

J : Atomsal yayınım akısı (atom/(𝑚2𝑠))

D: yayınım katsayısı (𝑚2/s)

c: atom konsantrasyonu

Δc/ Δx: konsatrasyon gradyanı

Konsantrasyon gradyanı yüksek iken başlangıçtaki akısı da yüksektir ve gradyan azalırken

düzenli bir şekilde düşer.

Yayınım katsayısı sıcaklığa, yayınım sisteminin türüne ve yapısına bağlıdır.

Yayınım olayı hacim yayınımı, yüzey yayınımı ve tane sınırı yayınımı olmak üzere üç çeşittir.

D = D0e−QRT

Burada Q aktivasyon enerjisi (kal/mol), R gaz sabiti (8,314 J / molK) ve T mutlak sıcaklıktır.

𝐷0 ve Q yayınım sistemine bağlı sabitler olup deneysel yolla ölçülebilirler.

Bazı difüzyon sistemleri için difüzyon sabitleri

Difüzyon Sistemleri

Do[𝒄𝒎𝟐]

Q[K] Yayınan atomlar Anafaz

Fe ɑ-Fe 5 240

Ni ɑ-Fe 0.5 275

Mn ɑ-Fe 0.35 281

Cu Al 2 136

Zn Al 12 116

Sn Pb 4.1 108

Mg Al 1.2 117

Mo W 6.2𝟏𝟎−𝟒 330

Kendi kendine difüzyon‟da aktivasyon enerjisi/ ergime sıcaklığı ilişkisi

Küçük atomlar daha kolay yayınır.

Belirli bir atom ergime sıcaklığı düşük dolayısıyla atomlar arası bağ daha zayıf olan ortamda

daha kolay yayınır.

Atomsal dolgu faktörü düşük ortamlarda yayınım daha az enerjiyi gerektirir.

Düzensiz yapıya sahip ve atom sıklığı tanelere göre daha az olan tane sınırları boyunca

yayınım daha kolay oluşur. Bu nedenle faz dönüşümleri ve korozyon olayları tane sınırlarında

başlar ve daha hızlı oluşur.

3.2. Kompozisyon Profili (İkinci Fick Kanunu)

İkinci Fick kanunu atomların dinamik veya durağan olmayan hallerini tanımlar.

𝑑𝑐

𝑑𝑡= 𝐷

𝑑2𝑐

𝑑𝑥2

şeklinde bir diferansiyel eşitliktir. Denklemin çözümü belirli bir durum için sınır kurallarına

bağlıdır.

Atom konsantrasyonun yüzeyden içeri doğru zamanla değişimi 2.Fick kanunu ile ifade edilir.

D terimi sabit kaldıkça değişik şartlarda aynı konsantrasyon profili elde edilebilir. Bu özellik,

belirli bir ısıl işlemin

uygulanması için gerekli zaman üzerine sıcaklığın etkisini belirlemeyi sağlar.

2.Fick kanunu, 1.Fick kanununun türevidir.

2.Fick kanununun, yarı sonsuz katıya difüzyon durumunda çözümü:

x=Yüzeyden uzaklık(m)

t: Difüzyon zamanı(sn)

Sistem Q [Kj.𝒎𝒐𝒍−𝟏] Terg[K] Q/Terg

Cu / Cu 196 1356 0.14

Ag/ Ag 184 1234 0.15

Co/ Co 280 1760 0.16

ɑ-Fe/ Fe 240 1810 0.14

W/W 594 3680 0.16

Dt

xz

2

Dt

xerf

CC

CC

os

ox

21

𝐶𝑠 : yüzey konsantrasyonu

𝐶0 : Hacim konsantrasyonu

𝐶𝑥 : Yüzeyden x uzaklıktaki konsantrasyon

Yüzey konsantrasyonu-Uzaklık grafiği

Bazı z değerleri için erf(Hata Fonksiyonu) değerleri

3.3. Fick Kanunlarıyla ilgili Örnekler

1)1020 çeliğinden bir dişliyi 927°C'de karbonladığınızı düşünün. Yüzeyin 0.50 mm altında

karbon miktarını %0.40'a çıkarmak için gerekli zamanı dakika cinsinden hesaplayın. (Fırın

atmosferindeki karbon miktarının %0.90 ve çeliğin karbon miktarının %0,20 olduğunu kabul

edin.)

Dt

xerf

CC

CC

s

xs

20

2)1020 çeliğinden bir dişliyi bir önceki problemdeki gibi 927 °C'ta gazla karbonlayacağımızı

düşünelim. Bu kez 5 saatlik karbonlamadan sonra dişli yüzeyinin 0.50 mm altındaki karbon

miktarını hesaplayın.( Atmosferdeki karbon miktarının %0.90, çeliğin karbon miktarının da

%0.20 olduğunu kabul edin)

Z = 0.521 kabul edelim. Şimdi bu Z - 0.521 değerine hangi hata fonksiyonunun uyduğunu

bilmemiz gerekir. Bu sayıyı Tablo‟dan bulmak için verileri aşağıdaki tabloda olduğu gibi ara

değerlememiz gerekir.

Dikkat edilecek olursa, 1020 çeliğinde karbonlama süresini 2,4 saatten 5 saate yükseltmek,

dişli yüzeyinin 0.5 mm altındaki karbon miktarını % 0.4'ten sadece % 0.52'ye

yükseltebilmektedir.

3)1000°C'lik ortam sıcaklığında, demir bir levhanın bir kenarı karbonca zengin bir atmosfere,

diğer kenarı ise karbonca fakir bir atmosfere temas ettirilmektedir. Kararlı hal difüzyonunun

söz konusu olduğu bu durumda, demir levhanın bir kenarından diğer kenarına doğru karbonun

atom yayınım akısını hesaplayınız.(Demir levhanın 2. Mm‟sindeki karbon konsantrasyonu 1

𝑘𝑔/𝑚3 ve 7. Mm‟de ise 0.5 𝑘𝑔/𝑚3 dür. 1000°C deki difüzyon katsayısı 3 × 10−11𝑚2/𝑠 dir.)

Birinci Fick kanununa göre atom yayınım akısını hesaplayabiliriz.

𝐽 = −𝐷𝐶𝐴 − 𝐶𝐵

𝑥𝐴 − 𝑥𝐵= 3 × 10−11

1 − 0.5

2 × 10−3 − 7 × 10−3

𝐽 = − 3 × 10−11 −100

𝐽 = 3 × 10−9𝑘𝑔/𝑚2𝑠𝑎𝑛𝑖𝑦𝑒

4.Difüzyona(Yayınma) etki eden faktörler

Yayınma katsayısı D genel olarak bir sabite bağlı değildir. Genellikle D, sıcaklık,yoğunluk ve

kristal yapısı gibi birçok değişkenlerin fonksiyonudur.Örneğin bütün bu değişkenlerin belirli

değerlere sahip oldukları kabul edilirse yayınma katsayısı belirli bir sayı olarak

alınabilir.Ancak bu değere varırken genellikle bir veya daha çok değişkenin teker teker

etkilerini göz önünde tutmak gerekir.

4.1. Sıcaklık

Sıcaklığın difüzyona etkisi oldukça büyüktür. Sıcaklığın yayınma üzerindeki etkisi hakkında

bir fikir vermek için “Sıcaklıktaki her 20 C artış için yayınma katsayısı iki misli olur” cümlesi

yeterlidir. Yayınma katsayısı mutlak sıcaklığa şu denklemle bağlıdır:

𝐷 = 𝐴. 𝑒−𝑄𝑅𝑇

Bu denklemde A,Q ve R sıcaklığa bağlı değildir. Q, aktivasyon enerjisi; A,frekans faktörü R

ise gaz sabitidir. Ancak denklemdeki „T‟ değişkeni sıcaklık olup yayınma(difüzyon)

katsayısını doğrudan etkilemektedir.

4.2. Derişme

Yayınma katsayısının derişme ile değişimi üzerinde pek az bilgi vardır.Ancak genel olarak

derişmenin değişmesiyle katsayında büyük değişmeler görülür.Derişmenin etkisi arayer katı

eriyiklerinde daha kolay anlaşılabilir.Bazı örneklerde derişme bölgesinde yayınma

katsayısının değerinin 3 kata kadar değiştiği görülebilmektedir.

4.3. Kristal Yapısı

Kristal yapısının difüzyona etkisi bir örnek ile kolayca anlatılabilir. Demirin yüksek

sıcaklıklarda hacim merkezli kübikten yüzey merkezli kübiğe allotropik bir dönüşme ile

geçmesi ile demir atomlarının öz yayınması yaklaşık yüz kat daha çabuk gerçekleşir. Kristal

yapısının bir diğer tesiri ise eriten metalin tek bir kristali içinde yayınma katsayısının doğrultu

ile değişmesidir. Kübik metallerde bu anizotropi ya çok hafiftir veya hiç yoktur. Fakat Hacim

kafesi Rombohedral(Trigonal kafes sistemi) olan metalin öz yayınma katsayısının karbon

eksenine paralel ve dik ölçülmüş değerleri arasında yaklaşık bin katlık bir fark vardır. Ayrıca

eğer bir kristal yapısı elastik zorlanmalara veya büyük ölçüde plastik şekil değiştirme ile

distorsiyona uğratılırsa yayınmanın hız artar.

4.4.Gayrisafiyetler

Genellikle az miktarlarda yabancı atomların varlığı eriyen atomların eriten metal içinde

yayınması üzerinde nispeten önemsiz bir tesiri vardır.

4.5.Tane büyüklüğü

Tane sınırı yayınması tane içi yayınmlarından daha süratli olduğundan küçük taneli

metallerde yayınma daha hızlıdır. Ancak genel olarak yayınma hesaplarında tane büyüklüğü

dikkate alınmaz.

5.Difüzyon için Gerekli aktivasyon enerjisi

Difüzyon olayında atomlar bulundukları konumdan başka bir konuma geçebilmeleri için ilave

bir enerjiye ihtiyaç duyarlar. Atomun difüzyonu için gerekli bu enerjiye aktivasyon enerjisi

adı verilir. Bu duruma difüzyon engeli de denir. Atomların hareket edebilmesi için gerekli

olan aktivasyon enerjisi metallerin ısıtılması ile sağlanabilir.

Bir sonraki sayfadaki şekilde bir yer alan ve ara yer atomunun difüzyonu için gerekli

aktivasyon enerjisi gösterilmektedir. Şekildeki hareket eden yer alan atom yeni yerine

ulaşmak için çevre atomlarını sıkıştırarak geçmek zorundadır.

Bunun için aktivasyon enerjisi gereklidir.(Q ile gösterilmiştir) Aynı şekilde ara yer atomunun

ana kristal atomlarını sıkıştırarak geçebilmesi için enerjiye ihtiyacı vardır. Bu enerji sınırını

aşmak için atomlar ısıtılır.

Şekil 6:Difüzyon için gerekli olan aktivasyon enerjisinin şematik olarak gösterimi

Şekilde ilk konumda kararlı halde olan atomlar istenen hareket için gerekli enerjiye sahip

olduklarında hareket ederler, sonra tekrar kararlı haldeki düşük enerji seviyesine dönerler. Ara

yer difüzyonu için gerekli aktivasyon enerjisi yer alan difüzyonu için gerekli olan enerjiden

düşüktür. Çünkü ara yer atom yarıçapları ana kafes atom yarıçaplarından daha küçük

olduğundan kolayca hareket edebilirler.

6.Difüzyon İşlemi ile Yüzey sertleştirme

6.1.Karbürleme

Karbon difüzyonu 900°C ve üzerinde yapıldığında, bu işlem karbürlemedir. Karbürleme,

karbon içeren bir ortamda yüksek sıcaklıklarda yeterli miktarda karbonun çelik yüzeyine

difüzyonunu veya adsorpsiyonunu amaçlar. Gerekli karbon, verici ortamdan sağlanır.

Sementasyon işlemiyle %0.1-0.2 C içeren düşük karbonlu çeliklerin yüzeyinde karbon

miktarı, %0.7-0.8 C seviyelerine çıkarılabilir. Yüzey tabakasının karbon içeriği artırılırken,

sürekli sementit ağının oluşmaması için karbonun %0,8‟den düşük olması istenir.

Soğutma ortamı olarak, çeliğin içerdiği karbon ve alaşım miktarı ile bağlantılı, su ve yağ

kullanılabilir. Alaşım miktarı, yüzeydeki karbon miktarını da belirler. Normal olarak bu

yüzeydeki karbon oranı, %0.65-%1.00 arasındadır. . Bu işlemlerde yüzeydeki difüzyon

bölgesine "toplam karbürlenmiş derinlik" denir Bu işlem sırasında yüzeyde aşınmaya

dayanıklı sert bir yapı elde edilirken, çekirdek/göbek ise darbelere dayanıklı tok orijinal yapı

bir şekilde kalır.

Şekil 7:Karbürleme işlemi yapılmış bir malzeme yüzeyi

Şekil 8:Karbürlenmiş ve yağda su verilmiş, b)Karbürlenmiş ve havada soğutulmuş malzeme yüzeyleri

Karbürleme işlemi; Katı, sıvı, gaz veya plazma ortamında yapılmaktadır. Karbürleme

ortamının katı, sıvı veya gaz durumunda bulunmasına bağlı olmaksızın, atomsal karbon gaz

fazı (CO) üzerinden meydana gelir. Karbürleme işlemi; dişli, mil, piston, zincir parçaları,

zincir dişlileri ve makaralar, diskler, kılavuz yatakları, rulman yatakları, merdaneler, hesap

makineleri ve daktilo parçalarının

Sertleştirilmesinde kullanılır.

6.2.Karbonitrürleme

Çeliğin yüzeyini sertleştirmede, karbon ve azot birlikte kullanıldığında, bu işleme

karbonitrürleme denilir. Karbürlemeye nazaran, biraz daha düşük sıcaklıklar kullanılır.

Soğutma ortamı olarak yağ kullanmak yeterli olur.560–760°C sıcaklıkları arasında, karbon

difüzyonu ile birlikte azotun kullanıldığı, bir termokimyasal işlemdir. Bu işlemde çok az (10-

20 m) bir demir nitrür tabakası elde edilir.

Bu, sert, gözenekli ve aşınmaya ve korozyona dayanıklı bir yüzeydir. Bu işlem sırasında

oksidasyon işlemi de uygulanarak, korozyon dayanımı artırılabilir. Çeşitli çeliklere, özellikle

alaşımsız düşük karbonlu çeliklere uygulanabilir.

6.3.Nitrürleme

Nitrürleme, 500-550°C gibi düşük sıcaklıkta, yani demir esaslı malzemelerin ferrit faz

bölgesinde uygulanan bir prosestir. Nitrürleme öncesi parçaların ısıl işlem görmesi (su verme

+ temperleme) ve daha sonra nitrürlenmesi gerekmektedir. Nitrürleme; toz, gaz, sıvı ve

plazma nitrürleme şeklinde uygulanabilir.

Nitrürleme yöntemine bağlı olarak yüzeyde, demir nitrürler ve altlığın içerdiği alaşım

elementlerinin nitrürleri oluşur. Bu proses genellikle, sertleştirilip menevişlenmiş ve

alüminyum, krom ve molibden içeren özel çeliklere uygulanır. Nitrürleme 500°C civarında ve

72 saate kadar sürebilen bir işlemdir. Sertlik derinliği az, fakat çok sert bir yüzey elde edilir.

Nitrürleme, karbürleme ve karbonitrürlemeden tamamen farklıdır. Parçalar ısıl işlemden

sonra soğutma ortamın daldırılmazlar. Aşağıda en yaygın nitrürleme yöntemleri hakkında kısa

bilgiler verilmiştir.

Yaygın nitrürleme yöntemleri hakkında genel bilgiler

Şekil 9:1035 çeliğinin azot gazı ile nitrürlenmiş yapısı

Nitrürleme ve nitrokarbürleme bir çok gelişmiş ülkede endüstriyel anlamda kullanılan bir

termokimyasal işlemdir. Otomobillerde dişli kutuları, takım elemanlarında (kesme kalıp

takımları, kalıplar), basınçlı döküm parçaları, pres parçalan, hidrolik parçalar, plastik üreten

ve işleyen parçalar kamera ve projektör parçaları gibi küçük parçaların aşınmaya

korunmasında kullanılmaktadır.

7.Isıl İşlemde Difüzyonun Önemi

Difüzyon işlemi, gittikçe gelişen imalat sanayinde –yüzey işlemleri teknolojisinde- önemli bir

kullanım alanı bulmaktadır. İmalat sanayinde uygulanan yüzey işlemleri özellikle aşınmaya

ve korozyona dayanıklı, çok sert yüzey tabakalarının üretilmesini içerir.Bu çeşit yüzey

tabakalarının üretilmesi ise, difüzyonla yüzey bölgesine karbon, azot ve bor gibi atomların

nüfuz ettirilmesi ve uygun intermetalik fazların oluşturulması esasına dayanır.

İşlem yüzeyi C, N veya B atomlarınca zengin ortamlarla temas ettirilir. Katı-sıvı veya gaz

ortamında (CO, NH, siyanürler, B, C gibi), difüzyon için gerekli yüksek sıcaklık verilir ve

difüzyon derinliği (Xm) sıcaklık ve zaman seçimiyle tayin edilir.

N- difüzyonu (nitrürasyon) ɑ-Fe‟de gerçekleştirilirken, sementasyon ( C- difüzyonu) için

𝛾 − 𝐹𝑒 yapısına gerek vardır.

İçerisinde zaten yeterli C bulunan çeliklerin su vererek sertleştirilmesinde, difüzyonun

engellenmesi (hızlı soğutarak zaman verilmeden sıcaklığın düşürülmesi ) yoluna gidilir.

Karbonlu çeliklerin hidrojen ortamında tavlanmasıyla, 𝐶𝐻4 oluşturularak yüzey bölgesinin

karbonsuzlaştırılması ( dekarborizasyon ) ise difüzyon olayının ters yönde cereyan etmesine

bir örnek teşkil eder.

8.Difüzyonla alakalı Bazı Endüstriyel Uygulamalar

8.1. Sementasyon işlemi

Az karbonlu çeliklerin işlenmesi kolaydır fakat aşınma mukavemetleri düşüktür.

Çeliğe şekil verdikten sonra sürtünmeye maruz kalacak yüzeylere sementasyon işlemi

uygulayarak yüzeydeki karbon oranı arttırılır, sonra su vererek sertleştirilir.

Sementasyonda aktif karbon ortamında az karbonlu çelik yüksek sıcaklıklara ısıtılır. Karbon

atomlarının yayınması sonucu yüzeyde ince bir tabaka boyunca yüksek karbonlu bir yapı

oluşur.

Bu çeliğe su verilirse yüzeyi sert ve aşınmaya dayanıklı, içi yumuşak ve tok bir malzeme elde

edilir.

Örneğin motorların krank millerinin sürtünen yüzeyleri bu yöntemle sertleştirilir.

8.2. Galvanizasyon İşlemi

Demirin korozyona karşı mukavemetini arttırmak için ergimiş çinko banyosuna daldırılır.

Çinko yüzeysel yayınım sonucu demir yüzeyinde ince bir tabaka oluşturur. Böylece

korozyona karşı koruma sağlanır.

8.3.Kaynak ve Lehim

Yüksek sıcaklıkta basınç altında iki metal parçası arasında yayınım sonucu kaynak oluşur.

Buna basınç veya demirci kaynağı denir.

Ergime sıcaklığı 15350C olan demire basınç kaynağı 8000C civarında uygulanır.Ergitmeli

kaynak işleminde de iki metal parçası ergitilerek yüksek sıcaklıkta aralarında uzak mesafeli

bir yayınım sağlanır. En iyi bileşim ergitme kaynağı ile sağlanır.

Difüzyon kaynağı sonuç olarak metaller arası difüzyondan yararlanarak gerçekleştirilen bir

birleştirme yöntemidir. Bu birleştirmede esas olan, birleştirilecek yüzeylerde metal-metal

temasını sağlamak ve temas bölgesinde hızlı difüzyon için gerekli yüksek sıcaklığa, ya

sürtünme ısısı üretilerek (sürtünme kaynağı), ya da basınç altında ısıtarak( basınç veya

demirci kaynağı) ulaştırılmasıdır. Burada öngörülen (ve esas olan ) metal-metal teması, ara

yüzey bölgelerinin oksit, cüruf ve her türlü reaksiyon ve absorpsiyon tabakasından

arındırılmasıyla mümkün olur.

Lehimde dolgu metalinin ergime sıcaklığı birleştirilecek ana metalinkinin çok altındadır.

Lehim metalinin ergime sıcaklığı yükseldikçe yayınım derinliği artar ve daha mukavim bir

bileşim sağlanır.

Yumuşak lehimde bazı ergime-kullanma sıcaklıkları;

Pb-Sn : 185° 𝐶

Sn-Zn : 260 ° 𝐶

Pb-Hg : 310 ° 𝐶

Sert lehimde ise

Ag-Cu-Zn : 620° 𝐶

Al-Si : 570 ° 𝐶

Cu-Ni-Zn : 900 ° 𝐶

8.4.Sinterlemeve Toz Metalurjisi

Sinterleme(pişirme) malzeme parçacıklarının birbirleriyle birleşmesini sağlayan ve kademeli

bir şekilde parçacıklar arasındaki gözenek hacmini azaltan bir yüksek sıcaklık işlemidir.

Sinterleme esnasında difüzyon işlemleri. Temas noktalarında atomlar difüz eder, körüler

oluşturur ve sonunda boşlukları doldurur.

8.5.Diğer Uygulamalar:

Polikristalli bir malzemede farklı yöntemlere sahip kristaller arasındaki düzensiz atomların

enerjileri yüksektir. Komşu kristallerin birisinin kafes düzenine girerek düzenli yapıya

geçmek isterler. Tane sınırlarının ötelenmesi (tane irileşmesi) anlamına gelen bu atomsal yer

değiştirme hareketi için de aktivasyon enerjisine ulaşılması gerekir.

Malzemenin yapısına (difüzyon sistemi) bağlı olarak aktivasyon enerjisinin düşük olması,

yüksek sıcaklık ve bu sıcaklıkta tutma süresini, sonuçta oluşacak tane irileşmesini tayin eder.

Özellikle çeliklerin yüksek sıcaklıkta uzun süre bekletilmesinin söz konusu olduğu ısıl

işlemlerde tane irileşmesi kaçınılmaz olur (difüzyon tavlanmasında olduğu gibi); veya

sıcaklık ve zaman faktörleri amaca ulaştırılacak kadar düşük (sadece gerekli) ölçülerde tutulur

(su verme işleminde ɑ-𝛾 tam dönüşümü için gereken en küçük t ve T değerlerinin seçilmesi

gibi).

Plastik malzemelerde pek çok endüstriyel işlemler uzun makro molekül zincirleri arasına

küçük moleküllerin ve/veya atomların difüzyonunu gerektirir. Tekstil ürünlerinin pek çoğuna

uygulanan boya maddelerinin nüfuziyeti, homojen dağılım ve kalıcılığı etkileyen uygun

difüzyon parametreleri ile sağlanır. Buna karşılık gıda endüstrisinde ve gaz sızdırmaz plastik

makine parçalarının imalinde difüzyon genellikle istenmez: Koruma amaçlı paketlemelerdeki

istenmeyen difüzyon, bozulmalara yol açabilir.