>
23.09.2018 - Aluminyumcuyuz & Alüminyum üzerine güncel bilgiler

Alüminyum Malzemelerin Üretimi ve Mimaride Kullanımı

emre toktas

Yazarın şu ana kadar yazılmış 21 makalesi bulunuyor.

1. Giriş

Teknoloji, en genel tanımıyla insan ihtiyaçlarının etkin halde karşılanması amacıyla, araştırma ve geliştirme emekleri sonucunda elde edilmiş tekniklerin üretimde kullanılmasıdır (Tekin ve öteki, 2006). Teknolojik değişiklik ise, genel bir tanımlamayla üretim düzeninin değiştirilmesi olarak ele alınmakta ve malzemelerin üretim şekli ile üretilen ürünlerin teknik özelliklerinin değişmesi anlamına gelmektedir (Şaylan, 2003). Bilhassa 1980’li yıllardan itibaren dünya bir teknolojik değişiklik sürecine girmiştir. Bu süreçte bilgisayar teknolojisinin gelişimiyle beraber yapı malzemelerinin üretiminde bilgisayar destekli tasarım (CAD) ve  bilgisayar destekli üretim teknolojileri (CAM) ehemmiyet kazanmıştır (Baktır, 2006). Yaşanmış olan teknolojik gelişmeler doğrultusunda yapıya emsalsiz bileşen üretiminin mümkün hale gelmesiyle, mimaride biçimsel çeşitliliğin önü açılmış ve mimarların tasarım özgürlüğü artmıştır. Yapı malzemeleri ve yapım tekniklerinin de farklılaşmasıyla sonuçlanan bu süreçte, metal araç-gereç ve alaşımlarının üretim teknikleri farklılaşmış ve mimarideki kullanım alanı genişlemiştir. Mimaride metal malzemenin kullanımı binlerce senelik bir geçmişe haizdir. Bu süreçte değişen teknoloji ve gereksinimler doğrultusunda metal araç-gereç ve araç-gereç alaşımlarının üretim tekniklerinin çeşitlendiği ve geliştiği görülmektedir. Bu bağlamda alüminyum araç-gereç ve alaşımlarının günümüz mimarisinde ehemmiyet kazanılmış olduğu bilinmektedir.

2. Mimaride Alüminyumun Yeri ve Önemi

M.Ö. 500’lü yıllardan itibaren kullanıldığı malum alüminyum, doğada bileşikler halinde bulunmaktadır. Malzemenin endüstriyel anlamda üretilmesi, 19. yüzyıla dayanmaktadır. Günümüzde ise çelikten sonrasında yapıda en oldukça kullanılan metal olan alüminyumdur. Malzemenin hafiflik, korozyon direnci ve kolay işlenebilirlik özellikleri, mimaride çoğunlukla tercih edilmesini sağlamaktadır. 1900’lü yılların başlarında yapı malzemesi olarak kapı-pencere doğrama elemanlarında ve 1950’lerden itibaren bilhassa hızla gelişen cephe kaplama sistemlerinde yoğun olarak kullanılan alüminyum, sözü edilen kullanımlarının yanı sıra ışıklık, güneş kırıcı, bölme elemanı, küpeşte, korkuluk şeklinde de yapıya girmektedir (Arduç, 1996, Anonim, 2007).

3. Alüminyum Malzemenin Eldesi, Teknik Özellikleri ve Üretim Teknikleri

Alüminyum, doğada alüminyum boksit olarak bulunmaktadır. Dünyada bilhassa tropikal iklim bölgelerinde yoğun olarak bulunan boksit, alüminyum malzemenin özünü oluşturmaktadır. Alüminyum, yerkabuğunda öteki metallerden daha çok olmasına karşın, alüminyum boksit bileşiğinin alüminyuma daha kolay ve yalın hale getirilmesinin yüksek düzeyde enerji gerektirmesi, metal olarak sadece 19. yüzyılın ilk yarısında elde edilebilmesine niçin olmuştur (Frisch ve Frisch, 1998, Eriç, 1994).3.1. Alüminyumun Eldesi Alüminyum yapı malzemesinin üretimi günümüzde beş aşamalı olarak gerçekleştirilmektedir. 

Üretimde 1. Aşama

Alüminyumun üretiminde birinci aşamayı, maden işletmeleri tarafınca cevherin çıkarılması oluşturmaktadır. Doğada saf halde bulunmayan alüminyumun, işlenmesi ekonomik bakımdan en uygun cevheri, alüminyum hidroksit içeren boksit cevheridir (Anonim, 2007).

Üretimde 2. Aşama

Alüminyumun üretiminde ikinci aşamayı, cevherden saf alüminanın eldesi oluşturmaktadır. Değişik örnekleri olmakla beraber alümina üretimi için genel anlamda uygulanan yöntemin, “Bayer Prosesi” olduğu bilinmektedir. “Bayer Prosesi” öğütülmüş boksit cevherinin tazyik ve ısı tesirinde sudkostik ile reaksiyona sokulmasıyla başlamakta, işlem sonucunda elde edilmiş sodyum alüminant çözeltisi yabancı maddelerden arındırılmakta ve dekompoze edilmektedir. Sözü edilen işlemlerden sonrasında alüminyum hidrat alümina haline getirilmektedir (Frisch ve Frisch, 1998).

Üretimde 3. Aşama

Alüminyumun üretiminde üçüncü aşamayı elektroliz işlemi oluşturmaktadır. Bu işlem, alüminadan doğru akım yardımıyla sıvı alüminyum elde edilmesi işlemidir.

Üretimde 4. Aşama

Alüminyumun üretiminde dördüncü aşama, sıvı alüminyuma çeşitli katkı elementlerinin eklenmesiyle değişik ölçü ve boyutlarda dökümün gerçekleştirilmesidir.

Üretimde 5. Aşama

Alüminyumun üretiminde beşinci ve son aşamayı, alüminyum malzemenin kullanım yerinin gerektirdiği özellikler doğrultusunda şekillendirilmesi işlemi oluşturmaktadır. Bu aşama; levha, folyo, tel, profil ve çeşitli ürünlerin elde edilmesini kapsamaktadır (Anonim, 2007).

3.2. Teknik Özellikler

Alüminyum, çelik, bakır ve öteki metallere oranla daha hafifçe bir yapı metalidir. Malzemenin hafifliği, yapı strüktüründe ölü yükleri azaltırken, aynı ağırlıktaki öteki metallere oranla daha büyük alanların kaplanmasını sağlamaktadır. Buna rağmen nakliye, üretim, işçilik giderlerinin öteki metallere oranla daha düşük olması, alüminyum malzemenin yapıya kazandırdığı öteki avantajlardandır. Yapıların dış cephelerinde ve bölme duvarlarında alüminyum araç-gereç kullanılmasıyla, taşıyıcı sistemin ve hatta temele aktarılan yükün büyük oranda hafifletilmesi mümkün olmaktadır (Sebestyen, 2003). Alüminyum yapı malzemesinin, korozyon direncinin yüksek olduğu bilinmektedir. Alüminyuma, bu özelliği kazandıran, üstünde oluşan oksidasyon tabakasıdır. Oksidasyon tabakasının kalınlığının artması, alüminyumun aşınma ve öteki kimyasal etkilere karşı dayanımını da artırmaktadır. Bu tabakanın kalınlığının elektrolitik işlemlerle artırılması ve böylelikle alüminyumun korozyona karşı direncinin yükseltilmesi mümkün olmaktadır (Arduç, 1996).Alüminyumun elastik olma özelliği, malzemenin ani darbelere karşı dayanıklı olmasını sağlamaktadır. Alüminyum malzemenin mekanik dayanımı saf haldeyken düşüktür. Sadece malzemenin saflık derecesinin artması, mekanik dayanımını ve sertliğini azaltırken, biçim alma ve korozyon direncini artırmaktadır. Bu özellik malzemenin kolay işlenebilir olmasını sağlamaktadır. El aletleriyle kolaylıkla kesilebilen, delinebilen, rendelenebilen alüminyum araç-gereç bu özellikleriyle mimariye çeşitli kullanım alternatifleri sunmaktadır (Bell ve Rand, 2006).Alüminyumun ısısal genleşmesinin, ısı ve elektrik iletkenliğinin yüksek olması, strüktürel tasarım ve mimari tasarımı etkileyen özellikleridir. Alüminyum ürünlerinin bir kısmı çelik üretimine benzer esaslarla üretilirken, bir kısmı ektrüzyon yöntemiyle üretilmektedir. Bu yöntemin imalatta kullanılması, değişik yüzey ve doku özelliklerinde alüminyum üretilmesine sağlamış olduğu katkılar sebebiyle, tasarım açısından geniş bir çeşitliliğe olanak vermektedir (Wilquin, 2001, Sebestyen, 2003)

3.3. Üretim Teknikleri

Üretimi esnasında alüminyuma değişik metallerin katılmasıyla özelliklerinin geliştirilmesi mümkün olmaktadır. Alüminyum alaşımlarında kullanılan magnezyum ve silisyum elementleri, alüminyum malzemenin yüksek uzama kabiliyeti ve korozyona olan dayanıklılığını negatif yönde etkilemeden, malzemenin akma sınırını yükseltmektedir. Dünyada mimari uygulamalarda çoğu zaman silisyum ve magnezyumlu alüminyum alaşımları kullanılmaktadır (Bell ve Rand, 2006). Çeşitli özelliklere haiz alüminyum elemanların üretiminde ekstrüzyon, silindirleme, döküm, devamlı döküm, levha üretim yöntemi, tel üretim yöntemi şeklinde metotlar uygulanmaktadır. Mimaride kullanılan alüminyum profillerin üretiminde en fazlaca kullanılan yöntem ekstrüzyon yöntemidir (Arduç, 1996, Anonim, 2007). Bundan dolayı bu çalışmada, ekstrüzyon yönteminin özelliklerine ve ekstrüze ürün çeşitlerine yer verilmektedir.Ekstrüzyon YöntemiÇoğunlukla hafifçe metal endüstrisinde kullanılan bir imalat yöntemi olan ekstrüzyon, yüksek ağırlıklı hidrolik preslerde gerçekleştirilmektedir. Alüminyum kütüklerin ısıtılması ve kovan olarak adlandırılan bir kalıbın içinden geçirilmesiyle kesit alanı daraltılmakta ve araç-gereç şekillendirilmektedir. Presten çıkan alüminyum profil gerdirmeye alınmakta ve istenilen boyutlarda kesilmektedir. Elde edilmiş profiller ısıl bir işlem uygulanarak sertleştirilmektedir. Elektroliz işleminde araç-gereç şekli ve boyutları geçirildiği kalıbın özelikleri ile ilişkili olup, meydana gelen üretimin hızı ise presin gücüne bağlı olarak değişmektedir.Ekstrüzyon yöntemiyle istenilen özelliklere haiz ve hem de ekonomik bir ürünün üretilebilmesi, yöntemin değişkenleri ile malzemenin özellikleri arasındaki birlikteliğin doğru kurgulanmasıyla bağlantılıdır. Üretimin ekonomik yapılabilmesi birim zamanda daha oldukca ürünün elde edilmesiyle mümkün olmaktadır. Bunun sağlanabilmesi ise malzemede ekstrüzyon yapılabilirliğin artırılması, bir başka deyişle malzemede yırtılma olmaksızın en yüksek hızda ekstrüzyon yapılabilmesi koşulu bulunmaktadır. Ek olarak ekstrüzyon işlemi öncesi ve sonrasında meydana getirilen ısıl, mekanik, kimyasal vb. uygulamalar da netice ürünün özelliklerini etkilemektedir. Bu yöntemde malzemenin hafifliği öteki yöntemlere kıyasla daha azca fireyle sağlanabilmekte, dayanıklılığı ise bilhassa levha üretim yöntemine oranla daha çok olabilmektedir (Arduç, 1996, Anonim, 2007).Ekstrüze Ürün ÇeşitleriEkstrüzyon yöntemiyle dolu, yarı boşluklu ve boşluklu ürünler elde edilebilmektedir. Üründeki boşluk sayısının artması, alüminyumun üretimindeki güçlük derecesini artırmakta, bundan dolayı boşluklu ürünlerin maliyeti dolu kesitli olanlara oranla daha çok olmaktadır. Ekstrüzyon yönteminde kalıp maliyetinin düşük olması, hususi tasarımlar için değişik kalıplar yapılabilmesine olanak sağlamaktadır. Ekstrüze ürünlerde çeşitli biçimsel seçeneklerin olması, mimarlara tasarım ve uygulamada değişik seçenekler sunmaktadır. Çoğu zaman yapıda kapı ve pencere doğraması ile giydirme cephe sistemlerinin strüktürel çerçeveleri olarak kullanılan ektrüze ürünler, bilhassa çerçeve haline getirilebilme, kaynaklanma, vidalanma, preslenme, bükülebilme ve perçinle bağlanabilme avantajları açısından uygulamada kolaylık sağlamaktadır (Arduç, 1996, Anonim, 2007).

3.4. Yüzey İşlemleri

Alüminyum profillerin kullanım alanlarının genişletilmesi, değişik yüzey işlemlerinin yapılması yardımıyla mümkün olmaktadır.  Malzemenin yüzey işlemleri, ürünün korozyon ve aşınmaya karşı direncini artırmanın yanı sıra profilin ısı emme, yansıtma ve elektriksel özelliklerinin de değiştirilebilmesini sağlamakta ve ek olarak ürüne güzel duyu bir görünüm kazandırmaktadır. Boyama, elektroliz ve kaplama yapıştırma benzer biçimde bazı yüzey işlemleri ise ürünün, sonrasında geçireceği değişik proseslere hazırlık amacıyla da yapılabilmektedir.Alüminyum profillere uygulanan en mühim yüzey işlemlerinden birisi elektro kimyasal bir proses ile meydana gelen ve hususi bir yüzey kaplama işlemi olan eloksaldır. Eloksal, alüminyum malzemenin yüzeyinden içine doğru meydana getirilen bir oksidasyon işlemidir. Eloksal işlemi sonrasında alüminyumda oluşan oksit tabakası malzemeyi mekanik etkilerin yanı sıra korozyona karşı dirençli bir hale getirmektedir. Mimari tasarıma bağlı olarak malzemeye, gerek dekoratif bir görünüm kazandırmak ve gerekse değişik renk alternatifleri sunabilmek için boya uygulaması yapılmaktadır. Uygulanacak boya, alüminyum malzemenin kullanım yerine ve çevre koşullarına nazaran seçilmelidir (Arduç, 1996, Anonim, 2007).

4. Sonuçlar ve Değerlendirme

Tarihsel süreçte alüminyum ilk olarak güzel duyu ve dekoratif amaçlarla kullanılmıştır. Günümüzde ise gelişen teknolojilere paralel olarak mimaride kullanım alanı yaygınlaşmakta ve çeşitlenmektedir. Kapı ve pencere doğramaları, tavan, duvar ve çatı kaplamaları, giydirme cephe sistemlerinden çeşitli bitiş elemanlarına kadar yapıda oldukça geniş bir uygulama alanına haiz olan alüminyum, “magic metal” yada “metal prodigy” olarak internasyonal alanda anılmaktadır. Gerek saf metal olarak ve gerekse alaşımlarının üstün özellikleri yardımıyla çağımızın ve geleceğin mimarisinin mühim malzemelerindendir.Yapılarda kullanılan malzemelerin, insan sağlığı üstündeki direkt ve dolaylı tesirleri dikkate alındığında, yapıda araç-gereç seçimi ehemmiyet kazanmakta, kullanılan malzemelerin insan sağlığı ve organik çevreyle uyumlu, geri dönüşümlü olması tercih edilmektedir. Bu açıdan değerlendirildiğinde de alüminyum pozitif bir yapı malzemesidir. Alüminyumun özelliklerinin tanınması ve üretim teknolojilerinin bilinmesi, malzemenin mimaride kullanım olanaklarını artıracaktır. Bu bağlamda, alüminyumu esas alan bilimsel çalışmaların desteklenmesi, mevzuyla ilgili olarak ulusal ve internasyonal platformda düzenlenen yarışma projeleri ve uygulama örneklerinin ödüllendirilmesi pozitif gelişmelerdir. Bundan dolayı benzer çalışmaların yaygınlaştırılması büyük ehemmiyet taşımaktadır.

Kaynaklar

  1. Anonim, 2007, “İnşaat Sektöründe Alüminyum”, Alüminyum Sistemleri Uygulama Derneği, Bursa.
  2. Arduç, F., 1996, “Mimaride Alüminyum”, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, YL Tezi, İstanbul.
  3. Baktır, S., 2006, “Yapı Malzemelerindeki Teknolojik Gelişmelerin Mimari Biçimlenmeye Tesirleri”, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, YL Tezi, Ankara.
  4. Bell, V.B., Rand, P., 2006, “Materials for Architectural Design”, Laurence King Publishing, New York.
  5. Eriç, M., 1994, “Yapı Fiziği ve Malzemesi”, Literatür Yayınları, İstanbul.
  6. Frisch, D., Frisch, S., 1998, “Metal Design and Fabrication”, Watson-Guptill Publications,  New York.
  7. Sebestyen, G., 2003, “New Architecture and Technology”, Architectural Press, Oxford.
  8. Şaylan G., 2003, “Değişiklik, Küreselleşme ve Devletin Yeni İşlevi, İmge Kitabevi, Ankara.
  9. Tekin, M., Güleş, H.K.,Nasihat, A., 2006, “Değişiklik Çağlarında Teknoloji Yönetimi”, Nobel Gösterim Dağıtım, Ankara.
  10. Wilquin, H., 2001, “Aluminium Architecture, Construction and Details, Bertelsmann Springer Publishing Group, Germany.
  11. http://www.alufenster.at

Yorumlar

yorumlar

ZİYARETÇİ YORUMLARI

Henüz yorum yapılmamış. İlk yorumu aşağıdaki form aracılığıyla siz yapabilirsiniz.

BİR YORUM YAZ