Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
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. Difüzyonsuz gerçekleşen bu dönüşüm düzlemsel kayma benzeri bir mekanizma ile çalışır.
Östenit faz soğutularak martensit forma dönüşür. (en) birbirine zıt plakaların ardışık kırıklar oluşturarak bir araya gelmesi ile oluşan bir yapı görünümdedir. Bu nedenle stres altında bu yapıyı deforme etmek oldukça kolaydır. Kuvvet altında düzlemsel formunu alan martensit yapısı ısıtılarak tekrar östenit şekline geri döner.
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.
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. 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. 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 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. 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. 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.
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. 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. 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.
Kaynakça
- ^ a b c Smith W. F. and Hashemi Javad, Foundations of Materials Science and Engineering, McGrawHill, Fourth Edition
- ^ a b c Otsuka K. and Kakeshita T., Science and Technology of Shape Memory Alloys: New Developments, MRS Bulletin, February 2000, 91-100
- ^ Metals Handbook, Second Edition., ASM International,1998
- ^ a b c Stoeckel D., Forming of Nitinol –A Challenge, New Developments in Forging Technology (ed. K.Siegert), 2001, 119-134
- ^ "Arşivlenmiş kopya". 11 Aralık 2008 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 13 Kasım 2008.
- ^ "Arşivlenmiş kopya". 24 Ekim 2008 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 13 Kasım 2008.
- ^ Stoeckel D., Pelton A., Duerig T., Self –Expanding Nitinol Stents- Material and Design Considerations, European Radiology 2003, 12p
- ^ a b Otsuka K. and Ren X., Recent developments in research of shape memory alloys, Intermetallics 7, 1997, 511-528
wikipedia, wiki, viki, vikipedia, oku, kitap, kütüphane, kütübhane, ara, ara bul, bul, herşey, ne arasanız burada,hikayeler, makale, kitaplar, öğren, wiki, bilgi, tarih, yukle, izle, telefon için, turk, türk, türkçe, turkce, nasıl yapılır, ne demek, nasıl, yapmak, yapılır, indir, ücretsiz, ücretsiz indir, bedava, bedava indir, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, resim, müzik, şarkı, film, film, oyun, oyunlar, mobil, cep telefonu, telefon, android, ios, apple, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, pc, web, computer, bilgisayar
Sekil hafizali alasimlar martensitik yapida iken belli bir dis kuvvete maruz kalmalari sonucu degisen orijinal sekillerini ostenit faz sicakligina gectiklerinde buyuk oranda geri kazanabilen alasimlardir en shape memory effect Alasim ostenit fazda iken herhangi bir sicaklik degisimi olmaksizin sadece uygulanan stresin ortadan kalkmasi sonucu malzemenin orijinal formunu tekrar kazanmasi ise superelastisite en olarak tanimlanir Sekil hafiza mekanizmasiSekil hafizali alasimlardaki etki ostenit ve martensit olarak bilinen iki yapi arasindaki kati kati faz transformasyonunun bir sonucudur Difuzyonsuz gerceklesen bu donusum duzlemsel kayma benzeri bir mekanizma ile calisir Ostenit faz sogutularak martensit forma donusur en birbirine zit plakalarin ardisik kiriklar olusturarak bir araya gelmesi ile olusan bir yapi gorunumdedir Bu nedenle stres altinda bu yapiyi deforme etmek oldukca kolaydir Kuvvet altinda duzlemsel formunu alan martensit yapisi isitilarak tekrar ostenit sekline geri doner ve ostenit faz arasindaki gecisler sicaklikla belli bir yolu takip ederler Sekil 3 te gorulen sicakliklar Ms Martensit baslangic 100 ostenit Mf Martensit bitis 0 ostenit As Ostenit baslangic 100 martensit Af Ostenit bitis 0 martensit icin tanimlanmistir Sekilde de goruldugu gibi sogutularak elde edilen martensit tekrar isitildiginda ostenit faza dogru giderken ayni yolu takip etmez ve bir histerisis yaratarak daha dusuk sicakliklarda faz gecisini gerceklestirir Superelastisite ise Af sicakliginin uzerinde malzemenin strese maruz kalmasi halinde martensit forma gecisi ve stresin ortadan kalkmasi ile birlikte ostenit fazindaki sekline hicbir bozulmaya ugramadan geri donmesi olarak bilinir Bunun nedeni stresin ortadan kalkmasi halinde Af sicakliginin uzerinde kararli olmayan martensit formun hizli bir gecis yapmasidir Stres bazli martensit donusumu olan superelastik davranis kayma icin kritik stres asilmadigi surece gecerlidir Malzemenin termomekanik muamelerle islenmesi sonucu kritik stres arttirilabilir Sekil hafiza etkisiSekil hafiza etkisi tek yonlu ve cift yonlu olabilir Malzemenin sadece isitma ile ostenit faza gecis yapmasi tek yonlu isitma ile ostenit faza gecis ve tekrar sogutma ile martensit faza gecis yapmasi ve bu islemin bircok kez tekrar edilebilmesi ise cift yonlu sekil hafiza etkisi olarak tanimlanir Cift yonlu etki malzemenin islenmesi sirasindaki mekanik isil muameleler ve bu muamelelerin kontrolu ile mumkun olabilir Sekil hafizali alasim turleriAu Cd Cu Zn Al Cu Al Ni Ni Ti Mn Cu Ni Mn Ga demir bazli alasimlar gibi bilinen bircok sekil hafizali alasim turu mevcuttur Nitinol es atomlu 50 Ni 50 Ti ya da es atom sayisina yakin degerlerde genelde 55 Ni nikel titanyum atomlari iceren intermetalik bir bilesik olarak bilinir 50 60 uzama ve yuksek cekme dayanimi ozelliklerine sahip Nitinol dusuk esneklik kirilgan yapilar nedeniyle tane sinirinda catlama ve veya kirilmalarin olustugu diger malzemelere gore ustun bir malzeme olarak bircok uygulamada tercih edilir NITINOL ismini olustugu atomlardan ve ilk kesfedildigi kurumun adini olusturan kelimelerin basharflerinden alir NIckel TItanium Naval Ordnance Laboratory Ayrica yuksek asinma ve korozyon direnci de bilinen diger ozellikleridir Asagida Nitinole ait niteleyici ozellikler verilmistir Erime sicakligi C 1300 Yogunluk g cm3 6 45 Elektrik direnci micro ohm cm Yaklasik olarak Ostenit 100 Martensit 70 Isil iletkenlik katsayisi W cm C Ostenit 18 Martensit 8 5 Korozyon direnci 300 serisi paslanmaz celiklere veya titanyum alasimlarina yakin Young modulu GPa Yaklasik olarak Ostenit 83 Martensit 28 41 Akma dayanimi MPa Ostenit 195 690 Martensit 70 140 Maksimum cekme dayanimi MPa 895 Donusum sicakligi C 200 110 Donusum sirasindaki gizil isi kJ kg atom 167 Sekil hafiza gerinimi Maksimum 8 5 UretimSekil hafizali alasimlarin donusum sicakligi malzemenin islenmesi ve uretimi sirasinda uygulanan yontemlere bagli olarak degisir Ornegin NITINOL icindeki nikel titanyum atomlarinin kompozisyonlarindaki 1 lik degisim donusum sicakliginda 10 C kaymaya neden olur Isleme esnasinda olusabilecek oksitleri ve sisteme katilabilecek safsizliklari onlemek amaciyla genelde vakum ortaminda eritme gerceklestirilir ve olusan kulce bilinen dovme haddeleme ekstruzyon gibi diger yontemlerle islenir Fakat bu tur klasik yontemler genelde yeterli olmadigindan sicak islemi takip eden soguk isleme yontemi kullanilir Boylece asamali olarak isitilarak kontrollu sekillendirilen malzeme sekil hafiza veya superelastisite ozelligi kazanir Uygulama ve kullanim alanlariSuperelastik ve sekil hafiza etkili malzemeler gunumuzde pratik ve ileri duzey bircok uygulamada tercih edilmektedirler Bu malzemeler makine techizat ve yapi malzemeleri medikal aygitlar ve araclar gibi endustriyel ve tibbi uygulamalarin yani sira elektronik aygitlar uzay araclari gibi ileri duzey uygulamalarda ve superelastik gozluk cerceveleri telefon antenleri gibi gunluk hayati kolaylastiran bircok urunde kullanilmaktadirlar Son yillarda robotik alaninda yapilan uygulamalar da yayginlasmaktadir Nitinol yuksek biyouyumluluk ve superelastiklik gostermesi nedeniyle intravaskuler bir tibbi gerec olan kalp stentlerinde kullanilir Donusum sicakligi genelde 30 C olan bu stentler vucut icerisinde Af sicakliginin uzerinde superelastiklik davranis gosterirler Damar ici esnek davranisi ve operasyon kolayligi nedeniyle tercih edilmektedirler Ayrica kataterler ve cesitli operasyonlarda kullanilan yonlendirici kablolar icin de bu malzemeler yaygin olarak kullanilir Makine techizat ve yapi gerecleri ozellikle sekil hafizali alasimlarin sik tercih edildigi alanlardir Sicaklik etkisi ile mekanik davranis gosteren bu malzemeler isiyi hissederek tepki veren sensorler olarak uygulama bulurlar Sicak su ve soguk su girisleri birbirlerine bir yay sistemi ile baglanmis olan termal vanalarda karisim suyu sicakliginin artmasi durumunda sekil hafiza etkili yay geriye dogru acilarak sicak su girisini kisitlar ve sicakligin ayarlanmasini saglar Sicakligin azalmasi ve yayin martensitik gecis sicakligina gelmesi durumunda ise yay tekrar daralarak eski formunu alir Boylece malzemenin gecis sicakligina dayali bir termal kontrol saglanmis olur Kaynakca a b c Smith W F and Hashemi Javad Foundations of Materials Science and Engineering McGrawHill Fourth Edition a b c Otsuka K and Kakeshita T Science and Technology of Shape Memory Alloys New Developments MRS Bulletin February 2000 91 100 Metals Handbook Second Edition ASM International 1998 a b c Stoeckel D Forming of Nitinol A Challenge New Developments in Forging Technology ed K Siegert 2001 119 134 Arsivlenmis kopya 11 Aralik 2008 tarihinde kaynagindan Erisim tarihi 13 Kasim 2008 Arsivlenmis kopya 24 Ekim 2008 tarihinde kaynagindan Erisim tarihi 13 Kasim 2008 Stoeckel D Pelton A Duerig T Self Expanding Nitinol Stents Material and Design Considerations European Radiology 2003 12p a b Otsuka K and Ren X Recent developments in research of shape memory alloys Intermetallics 7 1997 511 528