Katalog

Biçim hafızalı malzemeler: 1Metal alaşımlar Biçim hafızalı alaşımlar (BHA), özgün biçimlerini “hatırlayan” metallerdir. BHAlar biçim hafıza etkisi adı verilen bir fiziksel özellik gösterir. Biçim, tokluk, elastiklik gibi mekanik özelliklerini sıcaklık, yük uygulanması ya da elektromanyetik alan değişikliğine bağlı olarak değiştirebildiği için, BHA’lar çok çeşitli teknik problemlerin çözümünde yardımcı olur. Yrd.Doç.Dr. Nihal Sarıer (İstanbul Kültür Üniversitesi, Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi) Prof. Dr. Emel Önder (İstanbul Teknik Üniversitesi, Tekstil Teknolojileri ve Tasarımı Fakültesi) B içim hafızası davranışına ilişkin ilk gözlemleri 1932’de Ölander açıkladı, “kauçuk etkisi” olarak adlandırdığı biçim değiştirme davranışını altınkadmiyum alaşımlarda gösterdi. Greninger ve Mooradian 1938’de bakır ve çinko içeren pirinç alaşımlarda benzer sonuçlar buldu. Chang ve Read (1951), altınkadmiyum alaşımlarla yaptıkları çalışmanın sonucunda ilk kez bu alaşımlarda “biçimin geri kazanılabildiğini” açıkladı. William J. Buehler ve araştırma ekibi 1962’de nikel titanyum alaşımlarda biçim hafızası etkisini keşfederek, ürünlerini NiTiNOL patenti ile piyasaya sundu. BHA’ların ilk uygulamalarından biri 1967’de Raychem tarafından F14 uçakların kanat menteşelerinde yapıldı. Günümüzde uçakuzay, elektronik, otomotiv, tekstil, inşaat, biyomedikal gibi geniş bir teknoloji yelpazesinde “biçim hafıza etkisi”ne sahip malzemelerin kullanım olasılıkları hızla artmaktadır. Kolayca bükülebilen gözlük çerçeveleri, damara takıldığında vücut sıcaklığında genleşen tıbbi stenler, dizüstü bilgisayarlarda diskleri dışarı iten küçük parçalar, mikro kapakçıklar gibi pek çok aygıt örnekler arasında sayılabilir. muşak ve sünektir. Çizelge 1. Kübik, Tetragonal ve Monoklinik kristal sistemlerin geometrik özellikleri Kristal sistem Kenarlar Açılar ?=ß=?=90° Üç boyutlu geometri Kübik a=b=c Şekil 4. Biçim hafızalı alaşımdan hafif bir iskelet üzerine monte edilmiş gömlek METAL ALAŞIMLARDA BİÇİM HAFIZA ETKİSİ Doğal ya da yapay olarak elde edilen tüm kristal yapılı malzemeler çoğunlukla yedi farklı kristal sistemden birine dahildir. Ancak bazı malzemeler “çok biçimlilik: polimorfizm” adı verilen farklı koşullarda farklı kristal yapı gösterme özelliğine sahiptir. Sıcaklık, basınç, elektromanyetik alan şiddeti değişikliği gibi etkiler altında malzemenin kristal yapısının değişebilmesi sonucu ortaya çıkan “biçim hafıza etkisi” mükemmel bir “çok biçimlilik” örneğidir: BHA’larda metal atomları yerlerini değiştirmeden, ancak değişen ortam koşullarına bağlı olarak kübik, tetragonal ya da monoklinik geometri sergiler. Bu kristal sistemlerden en kararlı olanı yüksek simetriye sahip olan kübik kristal sistemdir. Tetragonal sistem ve monoklinik sistem, kübik kristal sisteme göre daha düşük bir simetriye sahiptir, dolayısı ile daha az kararlıdır (bkz. Çizelge 1). BHA’lar düşük sıcaklıkta “Martensit” adı verilen monoklinik ya da tetragonal bir yapıya sahipken, katıkatı faz dönüşümüyle yüksek sıcaklıkta “Austenit” adı verilen kararlı kübik kristal yapıya geçer. “Martensit” ve “Austenit” yapılar isimlerini sırası ile Alman metalurjist Adolf Marten ve İngiliz metalurjist William Chandler Austen’den almıştır. Malzemenin “austenit” ve “martensit” fazlardaki fiziksel özellikleri birbirinden oldukça farklıdır. Austenit fazda sert olan malzeme martensit fazda yu duğunda, yaklaşık olarak 24 farklı monoklinik yapıda ikizlenmiş martensitik faz ortaya çıkar (B). Sabit sıcaklıkta, bu Martensitik fazın üzerine bir Monoklinik a=b<c ß=?=90° ; ?? 90° kuvvet uygulanarak malzeme deforme edildiğinde (C), birbirinden farklı monoklinik yapılar kaybolur, uygulanan Biçim hafıza etkisinin doğasını anlamak üzere bir B yük kaldırıldığında geriye yalnızca bir martensitik kristal HA nın stressıcaklık faz dönüşüm diyagramını inceleye yapı kalır(D). Malzeme ısıtıldığında ters yönde dönüşüm lim (Şekil 2). Kübik yapıda Austenik ana fazda bulunan gerçekleşmeye başlar( Aos) ve tamamlanır (A0f). Yalnızca malzeme (A) üzerine bir kuvvet uygulanmadan soğutul bir biçimi bulunan ve oldukça yüksek simetriye sahip olan Austenit yapıya dönülür. Böylece deformasyondan önceki başlangıç biçimi ( E) geri kazanılır. Biçimin geri kazanılması yalnızca ısınma ile gerçekleştiği için bu olgu tek yönlü biçim hafıza etkisi ya da kısaca biçim hafıza etkisi olarak adlandırılır. Özetle, yüksek sıcaklıkta malzemeye bir biçim verilmesi, malzeme aniden soğutulduğunda martensit kristal yapının ortaya çıkması, bu fazda sabit bir kuvvet etkisi altında çok büyük biçim değişikliği yapılabilmesi, süperelastik davranış sayesinde malzeme Şekil 2. BHA’larda biçim hafıza etkisinin termomekanik bir işlem süreci ile şematik olarak açıktekrar ısıtıldığında atomik düzenin lanması ( Aos: Austenit faz başlangıç sıcaklığı, Aof: Austenit faz bitiş sıcaklığı, Mos: Martensit faz austenit geometriye dönüşmesi ile başlangıç sıcaklığı, Mof: Martensit faz bitiş sıcaklığı) malzemenin başlangıç biçimine dönmesi BHA’ları uygulamada kullanışlı hale getirmektedir. Kaynaklar: 1. Nitinol Technology, http://www.nitinol.info/ 2. Yvonne Y.F. and Chan V., Investigating Smart Textiles Based on Shape Memory Materials , Textile Research Journal, 77, 2007, 290300. 3. Callister, W.D., Materials Science Şekil 3. Bir BHAda sıcaklık etkisi ile oluşan faz dönüşümü: Biçim hafızalı alaşımların günlük yaşa and Engineering : An Introduction, 7th ma uygulanmış termal konfora yönelik bir tekstil uygulaması Şekil 4’te görülmektedir. Gömlek Edition, 348350, John Wiley and Sons, biçim hafızalı alaşımdan hafif bir iskelet üzerine monte edilmiştir. Gömleğin kolları sıcak havada 2007. CBT 1111/ 17 4 Temmuz 2008 Tetragonal a=b<c ?=ß=?=90° kısalmakta, soğuk havada uzamaktadır.