5

bilimsel geliþmeler

Gerçek þekline veya boyutuna geri dönebil-me yeteneðine sahip metalik malzemeler, þe-kil hafýzalý alaþýmlar olarak adlandýrýlýrlar, þe-kil hafýzalý alaþýmlar ýsýl deðiþimlere duyarlýdýr-lar. Kritik dönüþüm sýcaklýklarýnýn üzerinde vealtýnda iki farklý kristal yapýya sahip olabilirler.Düþük sýcaklýklarda rahatça deforme edilebi-len malzemeler yüksek sýcaklýklarda eski halle-rine dönebilirler. En çok kullanýlanlar nikel-ti-tanyum alaþýmlarý ve bakýr esaslý alaþýmlardýrçünkü bu alaþýmlar þekil deðiþimi esnasýnda ö-nemli büyüklükte kuvvet üretebilmektedirler.Bugün þekil hafýzalý alaþýmlar, eþ zamanlý algý-layýcýlar ve eyleyiciler olarak kullanýlýrlar vebüyük ilgi çekerler.

Endüstride en çok kullanýlan þekil hafýzalý Ni-Ti alaþýmlarý ve bakýr esaslý alaþýmlardýr. Dahafazla ýsýl karalýlýða sahip olan NiTi alaþýmlarý,korozyona karþý hassas olan bakýr esaslý ala-þýmlarla karþýlaþtýrýldýðýnda mükemmel bir ko-rozyon direncine ve çok daha yüksek sünekli-ðe sahiptir. Fakat bakýr esaslý alaþýmlar dahaucuzdur, eritilmeleri daha kolaydýr, daha geniþpotansiyel dönüþüm sýcaklýk aralýðýna sahiptir-ler. Sonuçta her iki alaþým sistemininde de kul-lanýlacaðý ortama göre gözönünde bulundurul-masý gereken avantaj ve dezavantajlarý vardýr.

NiTi alaþýmlarý ikili alaþým sistemidir. Bu türbir bileþik, kabul edilir sýnýrlar içerisinde fazla-dan nikel veya titanyum çözebilir ve alýþýlagel-miþ alaþýmlarla mukayese edilebilir derecedesünekliðe sahiptir. Bu aþýrý çözebilme yeteneði

sayesinde alaþým sisteminin hem dönüþüm ö-zelliklerini hem de mekanik özelliklerini isteni-len tarzda deðiþtirmek için diðer elementlerkatýlabilir. Yaklaþýk %1 oranýnda nikel ilavesibile alaþým sisteminin özelliklerini etkiler. Oksi-jen ve karbon gibi safsýzlýklarýn, dönüþüm sý-caklýðýný deðiþtirdiði ve mekanik özellikleri za-yýflattýðý için bünyede bulunmasý istenmez.

Bakýr esaslý alaþýmlar, CuZnAl ve CuAlNi ala-þýmlar þeklinde üçlü alaþýmlar olabileceði gibiayrýca manganezde içeren dörtlü modifikasyo-nuda mümkündür. Bor, seryum, kobalt, demir,titanyum, vanadyum ve zirkonyum gibi ele-mentler ince taneli yapý elde etmek için bünye-ye eklenir. Ayrýca mangan hem CuZnAl, hemde CuAlNi alaþýmlarýn dönüþüm sýcaklýklarýný

ÞEKÝL HAFIZALIALAÞIMLAR

Pýnar Sakoðlu, Tuðrul Özbecene

Ýstanbul Teknik Üniversitesi

6

bilimsel geliþmeler

düþürür ve yüksek alüminyum içerikli alaþýmla-rýn ötektoid noktasýný deðiþtirir. Daha iyi sü-neklilik için alüminyumun yerine katýlýr. Uzunsüreli ýsýtma çinko buharlaþmasýna ve tane bü-yümesine neden olduðundan kaçýnýlmalýdýr. Suverme sertleþtirme iþlemi olarak kullanýlýr. Açýkhavada soðutma iþlemi bazý yüksek alümin-yum içerikli CuZnAl ve CuAlNi alaþýmlarý için ye-terli olabilir. Sadece soðutulmuþ parçalardadönüþüm sýcaklýklarý genellikle kararsýz oldu-ðundan dönüþüm sýcaklýklarýný kararlý hale ge-tirmek için Af sýcaklýðýnýn üzerindeki sýcaklýklar-da soðutma sonrasý yaþlandýrma yapýlmalýdýr.Bakýr esaslý alaþýmlarýn ýsýl kararlýlýðý ayrýþýmkinetikleri ile sýnýrlýdýr. Bu nedenle CuZnAl veCuAlNi alaþýmlarýn sýrasýyla 150~200°C üzerin-deki sýcaklýklarda uzun süreli maruz býrakýlma-sýndan kaçýnýlmalýdýr. Daha düþük sýcaklýklardayaþlandýrma, dönüþüm sýcaklýklarýný deðiþtirir.Beta fazýnda yaþlandýrma durumunda da ben-zer sonuçlar doðar. Martenzitik halde yaþlan-dýrýlmýþ alaþýmlar yaþlanma kaynaklý martenzitstabilizasyon etkisi gösterir. CuAlNi alaþýmlarýyüksek sýcaklýklarda CuZnAl alaþýmlarýndan da-ha kararlýdýr. Bu yüzden dönüþüm sýcaklýklarý-nýn sýký kontrolünün istenildiði farklý sýcaklýkuygulamalarýnda bu faktörleri dikkate almakgerekir.

ÞEKÝL HAFIZALI ALAÞIMLARIN KULLANIM A-LANLARI

Genelde þekil hafýzalý alaþým elemaný, mar-tenzitik durumdayken deforme edildiðindeserbest enerjiye sahip olur ve ýsýtýldýðý zamanbünyesinde bulundurduðu bu serbest enerjiyikullanarak minimum iþ yaptýðý önceki þeklinegeri döner. Bu fonksiyonel davranýþtan yarar-lanýlarak biyomedikal uygulamalarda kullaný-lan damarlar içindeki kan pýhtýlarýný yakalayanbir filtre geliþtirilmiþtir. NiTi alaþýmlý telden ya-pýlmýþ çapa þeklindeki filtre damar içine sokul-madan önce düz bir tel haline getirilir. Damariçine yerleþtirildikten sonra tel, vücut ýsýsý ileharekete geçerek filtre fonksiyonu saðlayacakorijinal þekline döner ve toplardamarýn içindengeçmekte olan pýhtýlarý tutar. Çaplarý, malze-me martenzitik fazda iken geniþletilir, montajýyapýlýr ve daha sonra ýsýtýlarak ostenit fazagetirilir. Böylece çap yeniden daralýp eski bo-

yutuna dönmeye çalýþýr ve sýký bir þekilde me-tal tüpe montelenir. Metal tüp kaplinin orijinalçapýna dönmesini engeller ve yaratýlan geril-me sayesinde kaynak iþlemi ile elde edilen birbaðlantýya eþdeðer üstün bir birleþme saðlan-mýþ olur.

Bazý uygulamalarda þekil hafýzalý eleman,düþünülen hareket sýnýrlarý çerçevesinde güç ü-retmek amacýyla tasarlanýr. Elektrikle çalýþansistemde þekil hafýzalý eyleyici, rabýta ýsýndý-ðýnda bir yayý açmak için kuvvet yaratmak a-maçlý kullanýlýr. Ayný prensibe dayanarak, Cu-AlZn þekil hafýzalý alaþýmlarýn bu alanda birçokuygulamalarý mevcuttur. Yine bunlardan biri,yangýn durumunda yanýcý ve zehirli gazlarýn çý-kýþýný kapatacak þekilde dizayn edilmiþtir. CuZ-nAl eyleyicilerden oluþan yangýn güvenlik valf-leridir. Dönüþümün belirli bir sýcaklýk aralýðýndameydana gelmesinden yararlanarak seçilenbelirli bir geri kazaným miktarýyla kesin bir me-kanizma hareketi saðlamak için þekilsel gerikazanýmýn bir kýsmý kullanýlabilir. Bunu saðla-yan düzenek, bir valfi istenilen miktarda ka-patmayý veya açmayý saðlayan bir tertibattýr.

Ortamýn sýcaklýðýna göre gömleðin kol-larýnýn uzunluðu, hafýzalý alaþýmlar

sayesinde deðiþebiliyor.

7

bilimsel geliþmeler

Þekil hafýzalý alaþýmdan yapýlmýþ yay sýcaklýðaduyarlý olduðundan boyutlarýný deðiþtirerek çý-kýþ akýþkanýnýn sýcaklýðý ayarlar. Alaþýmýn du-yarlý olmasý istenilen sýcaklýk deðeri manuel a-yarlanýr.

Þekil hafýzalý alaþýmlarýn sahip olduklarý elas-tik ya da süperelastik özelliklerinden faydala-nýlarak tasarlanmýþ ve piyasaya sürülmüþ bir-çok ürün vardýr. Çok büyük deformasyonlarýdahi absorbe ederek zarar görmeyen süpere-lastik NiTi alaþýmdan imal edilmiþ gözlük çerçe-veleri üretilmektedir. Canlýnýn vücudundaki da-marlara yerleþtirilen NiTi kýlavuz tellerden iba-ret kontrol edilebilir kateterler yapýlmýþtýr. Ay-rýca diþlere geniþ bir hareket imkaný saðlayanve yýllardýr kullanýlan ortodontik düzeltme iþ-levli kavisli teller þeklinde NiTi ürünler vardýr.

NiTi alaþýmlar, korozyona karþý son derecedayanýklý olup mükemmel bir biyouyumlulukgösterirler bu nedenle sahip olduklarý üstün ö-zellikler sayesinde özellikle biyomedikal uygu-lamalarda geniþ bir kullaným alaný bulmuþtur.

Ayrýca havacýlýk alanýnda mevcut klasik sis-temlerle aþýlamayan birçok problemin geliþti-rilmekte olan akýllý malzemelerin maliyet ve a-ðýrlýk açýsýndan kullanýlabilir hale gelmesiyleçözüleceði düþünülmektedir. Akýllý malzemele-rin ilk etapta kullanýlmasý planlanan yer kont-rol yüzeyleridir. Mevcut menteþeli sistemin ye-rine þekil hafýzalý alaþýmlar kullanýlarak mente-þesiz, kanadýn devamý olarak gelen kontrol yü-zeyleri geliþtirilmektedir. Bu sayede uçaðýnhava direnci düþürülerek performans artýþýsaðlanacaktýr. Bunun bir sonraki adýmý ise tü-müyle akýllý malzeme kullanýlarak yapýlmýþ ka-natlar olacaktýr. Bu sayede uçaðýn uçuþ þartla-rýna göre aerodinamik kayýplarý minimize ede-rek en verimli kanat profiliyle uçmasý mümkünolacaktýr. Uçaklarda ve helikopterlerde rotortitreþimi, gürültü ve verim kaybý gibi sýkýntýlarþekil hafýzalý malzemelerin kullanýmý ile engel-lenebilecektir.

Sonuç olarak, yaþamýmýzda þekil hafýzalý ala-þým kullanýlarak üretilmiþ birçok ürün olmasýnakarþýn bu alaþýmlarýn gelecekte hayatýmýzda

ne derece yer alacaðýný önceden söylemekzordur. Çünkü bu tip alaþýmlarýn fiyatý þu an i-çin oldukça yüksek deðerlerdedir. Fakat kulla-

ným alanlarýnýn artmasýyla maliyetleri de git-tikçe azalmaktadýr. Nitekim ikili alaþýmlarýn ö-zelliklerini geliþtirmek için çeþitli üçlü alaþýmsistemleri üzerinde çalýþmalar halen yapýlmak-tadýr. Son zamanlarda demir esaslý þekil hafý-zalý alaþýmlar üzerinde çalýþmalar yapýlmýþtýr.Bu tip alaþýmlarda görülen uzun aralýkta dü-zenlenen termoelastik martenzitik dönüþümþekil hafýza etkisi için gerekli koþullarý saðla-maktadýr. Bu tip alaþýmlar henüz ticari bir po-tansiyele sahip deðildirler. Fakat yeni ve iste-nilen özellikleri karþýlayabilen þekil hafýzalý a-laþýmlar ile ilgili bilimsel araþtýrmalar devametmekte olup bu araþtýrmalarýn çoðu beta-Tialaþýmlarý ve Fe-esaslý alaþýmlarý kapsamakta-dýr.

Derlenen Siteler

http://www.mmo.org.tr/muhendismakina/arsiv/2003/haziran/makale_sekil_hafi.htmhttp://www.mmo.org.tr/muhendismakina/arsiv/2003/mart/yeni_urun.htm