Metal Dünyası

Giriş
Skandiyum, nadir toprak elementleri içerisinde yer alan ilginç bir element. Nadir toprak elementlerini oluşturan ana element grubu Lantanitler (atom numaraları 57’den 71’e kadar olan ve kimyasal yapıları benzer elementler) iken, atom numarası 39 olan yitriyum ve 21 olan skandiyum da, lantanitlere benzer kimyasal özellikler gösterdiği için bu gruba dahil edilmiş. Yoğunluğu yaklaşık 3 gr/cm3 ve ergime sıcaklığı 1541 °C.

Skandiyumun kimyasal özellikleri kadar, keşfi de ilginç. Dmtri Mendelev, elementel tabloyu hazırlarken, skandiyumun varlığını öngörmüş, ancak tam olarak tanımlayamamış ve “bor” elementine benzeyen anlamında “ekaboron” adını vermiş. 1879 yılında İsveçli kimyacı Fredrick Nilson, euxenite ve gadolinit minerallerinin spektrumlarını incelerken, skandiyum elementini keşfetmiş ve elementin adı İskandinavya’da bulunması ile ilişkili.

Skandiyum mineralleri doğada sık rastlanan, ancak düşük konsantrasyonda bulunan minerallerdir. Diğer lantanitler gibi doğada elementel halde rastlanmaz. Ortalama skandiyum bulunabilirliği bazik kayaçlarda (bazalt) 38 ppm, asidik kayaçlarda (granit) 6 ppm ve yerkabuğunda 22 ppm civarındadır.

Bununla birlikte boksit cevherlerinden metalurjik kalite alümina üretimi sırasında oluşan kırmızı çamur ve titanyum ekstraksiyonunda oluşan yarı ürünler, önemli skandiyum kaynaklarıdır.

Alüminyum-Skandiyum Alaşımları
Skandiyum, katı oksitli yakıt pilleri, alüminyum metalürjisi, seramik ve elektronik endüstrileri gibi birçok alanda kullanıma sahip. Alüminyumun skandiyum ile alaşımlandırılması aşağıdaki prensiplere dayanır:

- Döküm ya da kaynak sırasında tane incelmesi ve böylece daha yüksek mekanik dayanım,

- Al3Sc bileşiği oluşumu ile çökelme sertleşmesi ve daha yüksek mekanik dayanım,

- Yapı içinde dağılan Al3Sc ile tane yapısının kontrolü ile süper plastik özelliklerin kazanımı ve böylece karmaşık şekilli parçalarda daha yüksek stres direnci,

- Yüksek korozyon direnci ve elektriksel iletkenlik,

- Kaynaklanabilme özelliklerinin iyileştirilmesi ve kaynak yapılarında yüksek mekanik dayanım.

Bu özellikler başta uzay-uçak endüstrisi ve otomotiv endüstrisi olmak üzere alüminyum alaşımlarının uygulamalarında kritiktir. Bu uygulamalar malzeme özellikleri yanında, alüminyumun hafifliğinden kaynaklanan, daha düşük yakıt tüketimi ve dolayısıyla daha az karbon salınımı bağlamında da önemlidir. Bir anlamda skandiyum ile alaşımlandırma, alüminyum alaşımlarının sürdürülebilirlik özelliklerini de iyileştirmektedir.

Örneğin uçak yapımında Al-Sc alaşımları kullanımı ile imalat maliyetlerini %15 kadar ve uçağın toplam ağırlığını %15 kadar azaltmak, teorik olarak mümkün.

Kaynaklar

1. J. Royset, N. Ryum, Scandium in Aluminium Alloys, International Material Reviews, 2005, Volume 50.  
 

2. Jostein Röyset, Scandium in Aluminium Alloys Overview: Pysical Metallurgy, Properties and Applications, Metallurgical Science and Technology. 
 

3. Peter 88834 Peter J.Cashin, Growing the Scandium Market: Crater Lake Scandium Project, Quebec, PDAC 2019
 

4. TMS Webinars: Scandium: Properties, Alloys and Current Activities Webinar Series, July 2021