İçeriğe atla

Şekil hafızalı alaşım

Şekil hafızalı alaşımlar; martensitik yapıda iken belli bir dış kuvvete maruz kalmaları sonucu değişen orijinal şekillerini, östenit faz sıcaklığına geçtiklerinde büyük oranda geri kazanabilen alaşımlardır (en:shape memory effect). Alaşım östenit fazda iken, herhangi bir sıcaklık değişimi olmaksızın, sadece uygulanan stresin ortadan kalkması sonucu malzemenin orijinal formunu tekrar kazanması ise süperelastisite(en) olarak tanımlanır.

Şekil hafıza mekanizması

Şekil hafızalı alaşımlardaki etki östenit ve martensit olarak bilinen iki yapı arasındaki katı-katı faz transformasyonunun bir sonucudur.[1] Difüzyonsuz gerçekleşen bu dönüşüm düzlemsel kayma benzeri bir mekanizma ile çalışır.

Östenit faz soğutularak martensit forma dönüşür. Martensit(en) birbirine zıt plakaların ardışık kırıklar oluşturarak bir araya gelmesi ile oluşan bir yapı görünümdedir.[1] Bu nedenle stres altında bu yapıyı deforme etmek oldukça kolaydır. Kuvvet altında düzlemsel formunu alan martensit yapısı ısıtılarak tekrar östenit şekline geri döner.

Martensit ve östenit faz arasındaki geçişler sıcaklıkla belli bir yolu takip ederler. Şekil 3'te görülen sıcaklıklar, Ms: Martensit başlangıç (% 100 östenit); Mf: Martensit bitiş (% 0 östenit); As: Östenit başlangıç (% 100 martensit); Af: Östenit bitiş (% 0 martensit) için tanımlanmıştır. Şekilde de görüldüğü gibi soğutularak elde edilen martensit tekrar ısıtıldığında östenit faza doğru giderken aynı yolu takip etmez ve bir histerisis yaratarak daha düşük sıcaklıklarda faz geçişini gerçekleştirir. Süperelastisite ise Af sıcaklığının üzerinde malzemenin strese maruz kalması halinde martensit forma geçişi ve stresin ortadan kalkması ile birlikte östenit fazındaki şekline, hiçbir bozulmaya uğramadan geri dönmesi olarak bilinir. Bunun nedeni stresin ortadan kalkması halinde Af sıcaklığının üzerinde kararlı olmayan martensit formun hızlı bir geçiş yapmasıdır. Stres-bazlı martensit dönüşümü olan süperelastik davranış kayma için kritik stres aşılmadığı sürece geçerlidir. Malzemenin termomekanik muamelerle işlenmesi sonucu kritik stres arttırılabilir.[2]

Şekil hafıza etkisi

Şekil hafıza etkisi tek yönlü ve çift yönlü olabilir. Malzemenin sadece ısıtma ile östenit faza geçiş yapması tek yönlü, ısıtma ile östenit faza geçiş ve tekrar soğutma ile martensit faza geçiş yapması ve bu işlemin birçok kez tekrar edilebilmesi ise çift yönlü şekil hafıza etkisi olarak tanımlanır. Çift yönlü etki malzemenin işlenmesi sırasındaki mekanik-ısıl muameleler ve bu muamelelerin kontrolü ile mümkün olabilir.

Şekil hafızalı alaşım türleri

Au-Cd, Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni, Ni-Ti, Mn-Cu, Ni-Mn-Ga demir bazlı alaşımlar gibi bilinen birçok şekil hafızalı alaşım türü mevcuttur.[1][2] Nitinol eş atomlu (%50 Ni, %50 Ti) ya da eş atom sayısına yakın değerlerde (genelde %55 Ni) nikel-titanyum atomları içeren intermetalik bir bileşik olarak bilinir. %50-60 uzama ve yüksek çekme dayanımı özelliklerine sahip Nitinol, düşük esneklik (kırılgan yapılar) nedeniyle tane sınırında çatlama ve/veya kırılmaların oluştuğu diğer malzemelere göre üstün bir malzeme olarak birçok uygulamada tercih edilir.[2] NITINOL ismini oluştuğu atomlardan ve ilk keşfedildiği kurumun adını oluşturan kelimelerin başharflerinden alır (NIckel-TItanium, Naval Ordnance Laboratory). Ayrıca yüksek aşınma ve korozyon direnci de bilinen diğer özellikleridir. Aşağıda[3] Nitinole ait niteleyici özellikler verilmiştir.

  • Erime sıcaklığı (°C): 1300
  • Yoğunluk (g/cm3): 6.45
  • Elektrik direnci (micro-ohm*cm) (Yaklaşık olarak)
    • Östenit: 100
    • Martensit: 70
  • Isıl iletkenlik katsayısı (W/cm*°C)
    • Östenit: 18
    • Martensit: 8.5
  • Korozyon direnci: 300 serisi paslanmaz çeliklere veya titanyum alaşımlarına yakın
  • Young modülü (GPa) (Yaklaşık olarak)
    • Östenit: 83
    • Martensit: 28-41
  • Akma dayanımı (MPa)
    • Östenit: 195-690
    • Martensit: 70-140
  • Maksimum çekme dayanımı (MPa): 895
  • Dönüşüm sıcaklığı (°C): -200 → 110
  • Dönüşüm sırasındaki gizil ısı (kJ/kg*atom): 167
  • Şekil hafıza gerinimi (%): Maksimum 8.5%

Üretim

Şekil hafızalı alaşımların dönüşüm sıcaklığı malzemenin işlenmesi ve üretimi sırasında uygulanan yöntemlere bağlı olarak değişir. Örneğin, NITINOL içindeki nikel-titanyum atomlarının kompozisyonlarındaki %1’lik değişim dönüşüm sıcaklığında 10 °C kaymaya neden olur.[4] İşleme esnasında oluşabilecek oksitleri ve sisteme katılabilecek safsızlıkları önlemek amacıyla genelde vakum ortamında eritme gerçekleştirilir ve oluşan külçe bilinen dövme, haddeleme, ekstrüzyon gibi diğer yöntemlerle işlenir.[4][5] Fakat bu tür klasik yöntemler genelde yeterli olmadığından sıcak işlemi takip eden soğuk işleme yöntemi kullanılır. Böylece aşamalı olarak ısıtılarak kontrollü şekillendirilen malzeme, şekil hafıza veya süperelastisite özelliği kazanır.[4][6]

Uygulama ve kullanım alanları

Süperelastik ve şekil hafıza etkili malzemeler günümüzde pratik ve ileri düzey birçok uygulamada tercih edilmektedirler. Bu malzemeler, makine-teçhizat ve yapı malzemeleri, medikal aygıtlar ve araçlar gibi endüstriyel ve tıbbi uygulamaların yanı sıra; elektronik aygıtlar, uzay araçları gibi ileri düzey uygulamalarda ve süperelastik gözlük çerçeveleri, telefon antenleri gibi günlük hayatı kolaylaştıran birçok üründe kullanılmaktadırlar. Son yıllarda robotik alanında yapılan uygulamalar da yaygınlaşmaktadır.

Nitinol yüksek biyouyumluluk ve süperelastiklik göstermesi nedeniyle intravasküler bir tıbbi gereç olan kalp stentlerinde kullanılır. Dönüşüm sıcaklığı genelde 30 °C olan bu stentler vücut içerisinde Af sıcaklığının üzerinde süperelastiklik davranış gösterirler.[7] Damar içi esnek davranışı ve operasyon kolaylığı nedeniyle tercih edilmektedirler. Ayrıca kataterler ve çeşitli operasyonlarda kullanılan yönlendirici kablolar için de bu malzemeler yaygın olarak kullanılır.

Makine-teçhizat ve yapı gereçleri özellikle şekil hafızalı alaşımların sık tercih edildiği alanlardır. Sıcaklık etkisi ile mekanik davranış gösteren bu malzemeler ısıyı hissederek tepki veren sensörler olarak uygulama bulurlar.[8] Sıcak su ve soğuk su girişleri birbirlerine bir yay sistemi ile bağlanmış olan termal vanalarda, karışım suyu sıcaklığının artması durumunda, şekil hafıza etkili yay geriye doğru açılarak sıcak su girişini kısıtlar ve sıcaklığın ayarlanmasını sağlar. Sıcaklığın azalması ve yayın martensitik geçiş sıcaklığına gelmesi durumunda ise yay tekrar daralarak eski formunu alır. Böylece malzemenin geçiş sıcaklığına dayalı bir termal kontrol sağlanmış olur.[8]

Kaynakça

  1. ^ a b c Smith W. F. and Hashemi Javad, Foundations of Materials Science and Engineering, McGrawHill, Fourth Edition
  2. ^ a b c Otsuka K. and Kakeshita T., Science and Technology of Shape Memory Alloys: New Developments, MRS Bulletin, February 2000, 91-100
  3. ^ Metals Handbook, Second Edition., ASM International,1998
  4. ^ a b c Stoeckel D., Forming of Nitinol –A Challenge, New Developments in Forging Technology (ed. K.Siegert), 2001, 119-134
  5. ^ "Arşivlenmiş kopya". 11 Aralık 2008 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Kasım 2008. 
  6. ^ "Arşivlenmiş kopya". 24 Ekim 2008 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Kasım 2008. 
  7. ^ Stoeckel D., Pelton A., Duerig T., Self –Expanding Nitinol Stents- Material and Design Considerations, European Radiology 2003, 12p
  8. ^ a b Otsuka K. and Ren X., Recent developments in research of shape memory alloys, Intermetallics 7, 1997, 511-528

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Nikel</span> atom numarası 28 olan ve simgesi Ni olan kimyasal bir element

Nikel, atom numarası 28 olan ve simgesi Ni olan kimyasal bir elementtir.

<span class="mw-page-title-main">Platin</span> element

Platin, periyodik cetvelde Pt simgesi ile gösterilen kimyasal bir element olup atom numarası 78'dir. Ağır, dövülebilir, sünek, grimsi beyaz renkli, geçiş metalleri grubunda, kıymetli metallerdendir. Altından sonraki en kıymetli metaldir. Korozyona dayanıklı olup bazı bakır ve nikel cevherlerinde bulunur. Kuyumculukta, laboratuvar cihazlarında, elektrik kontaktlarında, diş hekimliğinde ve otomobil egzoz kontrol cihazlarında kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Molibden</span>

Molibden, periyodik cetvelde atom numarası 42 ve simgesi Mo olan elementtir..

<span class="mw-page-title-main">Alaşımlı çelik</span> Alaşımlı celik

Alaşımlı çelik, mekanik özelliklerini geliştirmek için ağırlıkça % 1.0 ila % 50 arasında toplam miktarlarda çeşitli elementlerle alaşımlanan çeliktir.

<span class="mw-page-title-main">Tungsten</span> atom numarası 74 olan kimyasal element

Tungsten veya diğer adıyla volfram, atom numarası 74, atom ağırlığı 183,85 olan ve kimyasal simgesi W ile gösterilen, yoğunluğu 19,3 g/cm³ olan, 3482 °C'de eriyebilen kimyasal bir elementtir. Çok sert, ağır, çelik gri ya da beyaz renkte geçiş metallerinden biri olan tungsten, wolframite ve scheelite içeren madenlerde bulunur. Tungsten, sağlam fiziksel yapısı ve yüksek erime sıcaklığı olan önemli bir maddedir. Erime sıcaklığı en yüksek olan metaldir. Saf haliyle bazı elektronik uygulamalarda kullanılır, ancak çoğunlukla bileşik ya da alaşım olarak, diğer metallerin işlenmesi veya madencilik gibi uygulamalarda malzeme dayanımı gerektiren ekipmanlarda, ampullerin lamba tellerinde, X ışını cihazlarında ve uzay teknolojisi yüksek performans alaşımlarında kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Malzeme bilimi</span> yeni malzemelerin keşfi ve tasarımı ile ilgilenen disiplinlerarası alan; öncelikli olarak katıların fiziksel ve kimyasal özellikleriyle ilgilidir

Malzeme bilimi, malzemelerin yapı ve özelliklerini inceleyen, yeni malzemelerin üretilmesini veya sentezlenmesini de içine alan disiplinlerarası bir bilim dalıdır.

Titanyum sembolü Ti olan 22 atom numaralı kimyasal elementtir.

<span class="mw-page-title-main">Termoplastik</span>

Termoplastik veya ısıyla yumuşayan plastik belirli sıcaklıkta bükülebilir veya kalıplanabilir hale gelen ve soğuduktan sonra katılaşan bir plastik polimer malzemedir.

<span class="mw-page-title-main">Lehimleme</span>

Lehimleme iki ya da daha fazla sayıda metal parçanın, görece düşük erime sıcaklığına sahip bir dolgu metali eritilip bağlantı yerine akıtılarak, tutturulması işlemidir.

<span class="mw-page-title-main">316L Paslanmaz Çelik</span>

316L kalite paslanmaz çelik östenitik paslanmaz çelik çeşitleri için işareti “316L” olan standarttır ve bu, bu çeliğin,% 16-18 krom,% 10-14 nikel içeren düşük karbonlu deniz sınıfı paslanmaz çelik alt türü olduğunu gösterir % 2.0-3.0 molibden ve ağırlıkça% 0.03 karbon,% 2 manganez,% 0.75 silikon,% 0.045 fosfor,% 0.03 kükürt ve ağırlığa göre% 0.1 azot ihtiva eden ve geri kalan kısmı tamamen demirden oluşan. Uzun yıllar boyunca tıbbi cihazlar ve implantlar için en çok tercih edilen maddelerden biriydi fakat korozyona karşı daha büyük dirençlerinin yanı sıra titanyum ve kobalt-krom alaşımlarının biyolojik olarak daha iyi uyumlu olması, 316L'nin lehine sonuç vermesine neden oldu.

<span class="mw-page-title-main">Döküm</span>

Döküm, metal işçiliği ve mücevher yapımında, sıvı bir metalin amaçlanan şeklin negatif bir izlenimini içeren bir kalıba döküldüğü ve metalurji ve malzeme mühendisliğinin doğrudan iş kolu olan oldukça önemli bir prosestir. Metal, havşa adı verilen içi boş bir kanaldan kalıba dökülür. Daha sonra metal ve kalıp soğutulur ve metal kısım (döküm) çıkarılır. Döküm genellikle diğer yöntemlerle yapılması zor veya ekonomik olmayan karmaşık geometriler üretmek için kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Gevreklik</span>

Bir malzeme stres altında ufak elastik deformasyon ve önemsiz miktarda plastik deformasyon geçirerek kırılırsa malzemenin gevrek olduğu söylenir. Gevrek malzemeler yüksek mukavemetli olsalar bile kırılmadan önce görece düşük miktarda enerji sönümler. Kırılma sırasında genellikle bir çatlama sesi de çıkar. Çoğu seramik ve cam, PMMA ve polistiren gibi bazı polimerler gevrek malzemelerdir. Pek çok çelik yapısına ve üretim yöntemine bağlı olarak düşük sıcaklıklarda gevreklik gösterir.

Sertleştirme, metallerin sertliğini artırmak için kullanılan bir metal işlemi türüdür. Bir metalin sertliği, metalin maruz kaldığı gerinim konumundaki tek eksenli akma stresiyle doğru orantılıdır. Sert bir metalin plastik deformasyona karşı direnci daha az sert bir metale göre daha yüksek olacaktır.

<span class="mw-page-title-main">Hafızalı köpük</span> Visco, yumuşak ve sakızımsı kimyasal madde. İnsan sağlığına, tüketilmediği sürece zararı yoktur. Hatta ortopedik yatak ve yastıklarda kullanılır.

Hafızalı köpük çoğunluğu poliüretan olan ve viskozite ve yoğunluğu artıran ek kimyasallardan oluşur. Genellikle "viskoelastik" poliüretan köpük veya esnekliği az poliüretan köpük (LRPu) olarak adlandırılır. Köpük kabarcıkları veya "hücreleri" açıktır ve etkili şekilde havanın hareket edebileceği bir matris oluşturur. Yoğun olan hafızalı köpük vücut sıcaklığıyla yumuşar ve birkaç dakikada çevrelediği vücudun şeklini alır. Yeni bulunan hafızalı köpükler ilk şekillerine daha çabuk geri dönerler.

Yumuşatma tavlaması, malzemelerin istenilen yapısal, mekanik ve fiziksel özelllikleri elde etmek, talaşlı imalat veya plastik şekil vermeyi kolaylaştırmak için belirli sıcaklıklara kadar ısıtılıp bu sıcaklıklarda bekletilip sonradan yavaşça soğutulması işlemine yumuşatma tavı denilmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Duralümin</span>

Duralümin, eskitilerek sertleştirilebilir alüminyum alaşımlarının en eski türlerinden birinin ticari adıdır. Ticari bir isim olarak kullanımı eskidir ve günümüzde bu terim esas olarak uçak gövdesi imalatında kullanılan 2014 ve 2024 alaşımlarında olduğu gibi Uluslararası Alaşım Tanımlama Sistemi (IADS) tarafından 2000 serisi olarak belirlenen alüminyum-bakır alaşımlarına atıfta bulunmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Martenzit</span>

Martenzit, çelik kristal yapının çok sert bir şeklidir. Adını Alman metalurji uzmanı Adolf Martens' ten almıştır. Benzetme yoluyla bu terim, difüzyonsuz dönüşümle oluşturulan herhangi bir kristal yapıya da atıfta bulunabilmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Paslanmaz Çelikler</span>

Paslanmaz çelik, öncelikle korozyon ve ısıya dayanıklı özellikleri için seçilen çok yönlü bir mühendislik malzemeleri ailesini tanımlamak için kullanılan bir terimdir. Tüm paslanmaz çelikler temel olarak demir ve minimum %10,5 krom içermektedir. Bu seviyede krom, ortamdaki oksijen ve nem ile reaksiyona girerek malzemenin tüm yüzeyini kaplayan koruyucu, yapışkan ve uyumlu bir oksit filmi oluşturmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Süneklik</span> mühendislik

Süneklik, genellikle bir malzemenin çekme yatkınlığı olarak tanımlanan mekanik bir özelliktir. Malzeme biliminde süneklik, bir malzemenin kopmadan önce çekme gerilimi altında plastik deformasyonu sürdürebilme derecesi ile tanımlanmaktadır. Süneklik, bir malzemenin belirli üretim işlemlerine uygunluğunu ve mekanik aşırı yükü emme kapasitesini tanımlayan mühendislik ve imalatta önemli bir husustur. Genellikle sünek olarak tanımlanan malzemeler arasında altın ve bakır bulunmaktadır. Benzer bir mekanik özellik olan dövülebilirlik, bir malzemenin basınç stresi altında bozulmadan plastik olarak deforme olma yeteneği ile karakterize edilmektedir. Tarihsel olarak, çekiçleme veya haddeleme yoluyla şekillendirmeye uygun olan malzemeler dövülebilir olarak kabul edilmiştir. Kurşun, nispeten dövülebilir ancak sünek olmayan bir malzeme örneğidir.

<span class="mw-page-title-main">Akıllı malzemeler</span> Akıllı malzemeler, çevresel koşulları veya uyaranları algılayan ve bunlara tepki veren malzemeler olarak tanımlanır

Akıllı malzemeler yaşayan organizmalar gibi çevrede meydana gelen sıcaklık, nem, basınç, ortamın asitlik derecesi (PH), elektriksel ve manyetik değişiklikleri veya etkiyi hissedebilen ve önceden belirlenmiş bir cevap oluşturabilen malzemelerdir.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.