Farklı Yaşlandırma Parametreleri ile Ni-Ti Şekil Hafızalı Alaşımda Meydana Gelen Yapısal ve Kinetik Parametrelerin Analizi

Yıl 2020, Cilt: 32 Sayı: 2, 7 - 19, 24.09.2020

İskender Özkul Canan Aksu Canbay Ece Kalay

Öz

Gelişmekte olan teknolojiye paralel olarak yeni malzemelerin elde edilmesi ile bu malzemelerin geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Bu gelişmeler yalnızca malzeme elde etmeye yönelik olmamalı, malzemelere yeni işlevler katarak fonksiyonellik arttırmalıdır. Bu felsefe sonucu ortaya çıkan akıllı malzemelerden şekil hafızalı alaşımlar yeni bir malzeme sınıfını oluşturmuştur. Şekil hafızalı alaşımlar, zorlanma etkisi ve sıcaklık değişimleri ile şekil değiştiren ve ters dönüşüm göstererek orijinal şekillerine geri dönebilen akıllı malzemelerdir. Şekil hatırlama etkisi olarak adlandırılan bu dönüşüm birçok uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Şekil hafızalı alaşımların bu özelliğinden yola çıkılarak çalışmamızda; atomikçe Ni46.84Ti53.16 kimyasal kompozisyonuna sahip şekil hafızalı alaşımına termal yaşlandırma uygulanmış, bu yaşlandırma işlemi sonrasında alaşımların mikro yapılarında ve faz dönüşüm sıcaklıklarında meydana gelen değişiklikler analiz edilmiştir. Çalışmanın amacına yönelik, Ni-Ti alaşımına sıcaklık, zaman ve soğutma ortamı parametreleri değiştirilerek ısıl işlem uygulanmıştır. Isıl işlem uygulanmış alaşımlar karakteristik dönüşüm sıcaklıkları, entalpi ve entropi değerlerinin tespiti için Diferansiyel Tarama Kalorimetresinde (DSC) analiz edilmiştir. Metalografik incelemeler sonucunda numunelerde gözlemlenen çökeltilerin martensit faz dönüşüm sıcaklıklarını etkilediği tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Ni-Ti, şekil hafızalı alaşımlar, martensitik faz dönüşümü, DSC, şekil hafıza etkisi

Destekleyen Kurum

Mersin University

Proje Numarası

2018-2-TP2-2993

Teşekkür

Bu çalışma Mersin Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimince 2018-2-TP2-2993 Proje Numarası ile desteklenmiştir.

Kaynakça

• [1] Özkul, İ., et al., Shape memory alloys phenomena: classification of the shape memory alloys production techniques and application fields. The European Physical Journal Plus, 2019; 134(12): 585.
• [2] Otsuka, K. and T. Kakeshita, Science and technology of shape-memory alloys: new developments. Mrs Bulletin, 2002; 27(2): 91-100.
• [3] Ölander, A., An electrochemical investigation of solid cadmium-gold alloys. Journal of the American Chemical Society, 1932; 54(10): 3819-3833.
• [4] Buehler, W.J., J. Gilfrich, and R. Wiley, Effect of low‐temperature phase changes on the mechanical properties of alloys near composition TiNi. Journal of applied physics, 1963; 34(5): 1475-1477.
• [5] Ryhänen, J., Biocompatibility evaluation of nickel-titanium shape memory metal alloy. 1999: Oulun yliopisto.
• [6] Cederström, J. and J. Van Humbeeck, Relationship between shape memory material properties and applications. Le Journal de Physique IV, 1995; 5(C2): C2-335-C2-341.
• [7] Turabi, A., et al., Magnetic and conventional shape memory behavior of Mn–Ni–Sn and Mn–Ni–Sn (Fe) alloys. Journal of Physics D: Applied Physics, 2016; 49(20): 205002.
• [8] Özkul, İ., E. Kalay, and C.A. Canbay, The investigation of shape memory recovery loss in NiTi alloy. Materials Research Express, 2019; 6(8): 0865a5.
• [9] Olson, G. and M. Cohen, Stress-assisted isothermal martensitic transformation: application to TRIP steels. Metallurgical Transactions A, 1982; 13(11): 1907-1914.
• [10] Cahn, R. and P. Haasen, Physical Metallurgy. 1983, North-Holland. p. 2740.
• [11] Jani, J.M., et al., A review of shape memory alloy research, applications and opportunities. Materials & Design (1980-2015), 2014; 56: 1078-1113.
• [12] Kauffman, G.B. and I. Mayo, The story of nitinol: the serendipitous discovery of the memory metal and its applications. The chemical educator, 1997; 2(2): 1-21.
• [13] Tong, H. and C. Wayman, Characteristic temperatures and other properties of thermoelastic martensites. Acta Metallurgica, 1974; 22(7): 887-896.
• [14] MacQueron, J., et al., Atomic Ordering and Martensitic Transition in a Cu-Zn-Al Shape Memory Alloy. Le Journal de Physique IV, 1991; 1(C4): C4-259-C4-263.
• [15] Rao, A., A.R. Srinivasa, and J.N. Reddy, Design of shape memory alloy (SMA) actuators. Vol. 3. 2015: Springer.
• [16] Saburi, T., et al., The shape memory mechanism in 18R martensitic alloys. Acta Metallurgica, 1980; 28(1): 15-32.
• [17] Gopinath, S., S. Mathew, and P.R. Nair, Shape Memory Actuators. Actuators: Fundamentals, Principles, Materials and Applications, 2020: 139-158.
• [18] Ziolkowski, A., Pseudoelasticity of shape memory alloys: theory and experimental studies. 2015: Butterworth-Heinemann.
• [19] Kalay, E., Ni-Mn Bazlı Şekil Hafızalı Alaşımlarda Elementlerin Dönüşüm Sıcaklıklarına Etkisi. Master, Mersin Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Mersin, 2019.
• [20] Kalay, E., İ. Özkul, and C.A. Canbay. Effect of Aging Time on Phase Transformation Temperature in NiTi Shape Memory Alloys. 2. International Mediterranean Symposium; 23-25 Mayıs 2019; Mersin. 207-215.
• [21] Kalay, E., İ. Özkul, and C.A. Canbay. Effect of Heat Treatment on Phase Transformation Temperature of NiTi Shape Memory Alloys. 2. International Mediterranean Symposium; 23-25 Mayıs 2019; Mersin. 198-206.
• [22] Ortin, J. and A. Planes, Thermodynamic analysis of thermal measurements in thermoelastic martensitic transformations. Acta metallurgica, 1988; 36(8): 1873-1889.
• [23] Salzbrenner, R. and M. Cohen, On the thermodynamics of thermoelastic martensitic transformations. Acta Metallurgica, 1979; 27(5): 739-748.
• [24] Wayman, C. and H. Tong, On the equilibrium temperature in thermoelastic martensitic transformations. Scripta Metallurgica, 1977; 11(5): 341-343.
• [25] Olson, G. and M. Cohen, Thermoelastic behavior in martensitic transformations. Scripta Metallurgica, 1975; 9(11): 1247-1254.
• [26] Caneiro, A. and M. Chandrasekaran, Thermoelastic martensitic transformation in β Cu-Zn-Al studied by density changes. Scripta metallurgica, 1988; 22(11): 1797-1800.
• [27] Matsushita, K., T. Okamoto, and T. Okamoto, Effects of manganese and ageing on martensitic transformation of Cu-Al-Mn alloys. Journal of materials science, 1985; 20(2): 689-699.
• [28] Brinson, L.C., One-dimensional constitutive behavior of shape memory alloys: thermomechanical derivation with non-constant material functions and redefined martensite internal variable. Journal of intelligent material systems and structures, 1993; 4(2): 229-242.
• [29] Eggeler, G., et al., On the effect of aging on martensitic transformations in Ni-rich NiTi shape memory alloys. Smart materials and structures, 2005; 14(5): S186.