Havacılık, uzay ve yüksek performanslı spor ekipmanları gibi kritik sektörlerde kullanılan alaşımlardan beklenen en önemli özelliklerden biri, hafiflikten ödün vermeden üstün korozyon direncidir. Özellikle alüminyum (Al) ve magnezyum (Mg) bazlı alaşımların korozyon direncini artırmak için, Yttrium (Y) ve Scandium (Sc) gibi nadir toprak elementleri stratejik katkı maddeleri olarak kullanılır.
Bu elementler, alaşımın hem mekanik dayanımını hem de kimyasal kararlılığını kökten değiştirme potansiyeline sahiptir.
Yttrium ve Scandium'un alaşımların korozyon direncini artırmasının altında yatan temel mekanizmalar, malzemenin yüzeyinde ve iç yapısında yarattıkları değişikliklere dayanır.
Yttrium, genellikle nikel (Ni) veya krom (Cr) bazlı süper alaşımlarda ve alüminyum alaşımlarında kullanılır.
Oksit Filmi İyileştirmesi: Yttrium, alaşım yüzeyinde oluşan doğal oksit tabakasının (pasif katman) yapısını değiştirir. Yttrium içeren oksit filmi, daha yoğun, daha az gözenekli ve alt metal matrise daha iyi yapışan bir yapıya sahip olur.
Aşınma Direnci: Bu yoğun ve kararlı oksit filmi, agresif iyonların (örneğin klorür) metal yüzeyine ulaşmasını zorlaştırarak korozyon hızını dramatik şekilde yavaşlatır. Film, yüksek sıcaklıkta bile kendini onarma eğilimi gösterir.
Scandium, özellikle Alüminyum alaşımları için "mucize element" olarak adlandırılır. Yüksek maliyetine rağmen, sağladığı faydalar kritiktir.
Tane Boyutu Küçültme: Scandium, alaşımın katılaşması sırasında çok ince Alüminyum-Scandium (Al3Sc) çökeltileri oluşturur. Bu çökeltiler, tane sınırlarının hareketini engelleyerek çok ince taneli bir yapı oluşturur. Daha ince taneler, alaşımın genel dayanımını ve korozyon direncini artırır.
Çökelti Dağılımının Kontrolü: Korozyona genellikle alaşım içindeki ikincil faz çökeltilerinin (intermetalik bileşikler) çevresinde başlar. Scandium, bu potansiyel korozyon başlangıç noktalarının dağılımını optimize ederek korozyonun yayılmasını engeller.
Yttrium ve Scandium katkılı alaşımların üstün korozyon direncini belgelemek için standart testler uygulanır:
Elektrokimyasal Testler:
Potansiyodinamik Polarizasyon: Alaşımın pasifleşme potansiyelini (korozyonun durduğu potansiyel) ve korozyon akım yoğunluğunu ölçer. Düşük korozyon akımı, yüksek direnç anlamına gelir.
Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (EIS): Oksit filminin direncini ve kapasitansını frekansa bağlı olarak ölçer. Yüksek dirençli bir film, üstün korozyon bariyeri olduğunu gösterir.
Hızlandırılmış Çevresel Testler:
Tuz Püskürtme (Sisi) Testi (ASTM B117): Alaşım numuneleri, tuzlu bir ortamda belirli bir süre tutulur ve yüzeydeki korozyon hasarının (çukurlaşma, pas) derinliği ve yayılımı incelenir.
Immersion Testleri: Numunelerin, gerçek uygulama ortamını simüle eden aşındırıcı çözeltilere (örneğin deniz suyu, asit) daldırılması ve ağırlık kaybının takibi.
Yttrium ve Scandium'un bu olağanüstü etkileri, maliyetlerine rağmen onları stratejik olarak vazgeçilmez kılmaktadır.
Scandium Katkılı Alüminyum: Savunma sanayii, havacılık (uçak gövdeleri) ve denizcilik uygulamalarında yüksek dayanım ve korozyon direnci sunar.
Yttrium Katkılı Süper Alaşımlar: Gaz türbinlerinde ve termal bariyer kaplamalarında yüksek sıcaklık oksidasyonuna ve korozyonuna karşı dayanıklılık sağlar.
Bu nadir toprak katkıları, mühendislik malzemelerinin ömrünü uzatarak ve güvenliklerini artırarak kritik altyapı ve teknoloji projelerinin sürdürülebilirliğine doğrudan katkıda bulunmaktadır.
