FARKLI MİNÖR ORANLARDAKİ CR VE V KATKILARININ CUALNİ ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMININ TERMAL VE YAPISAL ÖZELLİKLERİNE ETKİLERİNİN İNCELENMESİ

Abstract

Bu çalışma, Cu–Al–Ni alaşımına dördüncü element olarak Cr ve V elementlerinin farklı minör oranlarda ilave edilmesiyle üretilen Cu–Al–Ni–Cr ve Cu–Al–Ni–V yüksek sıcaklık şekil hafızalı alaşımlarının (YSŞHA) termodinamik ve yapısal özelliklerini incelemeyi amaçlamaktadır. Alaşımlar, argon atmosferinde ark-ergitme yöntemiyle başarılı bir şekilde üretilmiştir. Yapısal ve termal karakterizasyonlar için X-ışını kırınımı (XRD), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS), diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve diferansiyel termal analiz (DTA) ölçüm tekniklerinden yararlanılmıştır. Şekil hafızalı alaşımların (ŞHA) termal, şekil hafıza etkisi, yapısal, mekanik vb. gibi özelliklerinin onlara farklı katkı elementlerinin eklenerek değiştirilip iyileştirilebildiği bilinen basit ve yaygın kullanılan bir yöntemdir. Bu tez çalışmasında Cr ve V katkılarının farklı oranlarda ilavesi ile CuAlNi alaşımının özelliklerine etkileri incelenmiştir. Elde edilen analiz sonuçları göstermiştir ki üretilen CuAlNi baz alaşımının karakteristik martensitik dönüşümleri ve dönüşüm sıcaklıkları, termodinamik ve yapısal şekil hafıza etkisi özellikleri hem katkı elementine göre hem de katkı elementi oranına göre değişmiştir. Buna göre Cr ilavesinin faz dönüşümlerini stabilize ettiğini ve dönüşümün ya da şekil hafıza kapasitesini artırdığını, V ilavesinin ise dönüşüm sıcaklıklarını yukarıya taşıyarak yükselttiği belirlenmiştir. Her dört alaşımda da ters martensitik dönüşüm sıcaklıkları 100 °C'nin üzerinde tespit edilmiştir; bu durum, alaşımların yüksek sıcaklık uygulamaları için uygun dönüşüm sıcaklıklarına sahip olduğunu göstermiştir. Ayrıca ters dönüşümlerin pik maksimum sıcaklıkları kullanılarak alaşımların aktivasyon enerjileri, Kissinger yöntemiyle hesaplanmıştır. XRD ölçümleri ile alaşımlarda oda sıcaklığında mevcut olan martensit fazlarına ait pikler belirlenmiştir. Sonuç olarak, Cr ve V elementlerinin farklı oranlardaki ilaveleri, üretilen CuAlNi alaşımlarının faz dönüşüm davranışlarını ve yapısal özelliklerini belirgin şekilde etkilemiş; bu alaşımları yüksek sıcaklıkta çalışan aktüatör ve sensör sistemleri için güçlü adaylar haline getirmiştir. Anahtar Kelimeler: Akıllı malzemeler, CuAlNiCr, CuAlNiV, yüksek sıcaklık şekil hafızalı alaşımları, martensitik faz dönüşümü, XRD, DSC, DTA

This study aims to investigate the thermodynamic and structural properties of Cu–Al–Ni–Cr and Cu–Al–Ni–V high temperature shape memory alloys (HTSMAs) produced by adding different minor ratios of Cr and V elements as the fourth element to Cu–Al–Ni alloy. The alloys were successfully produced by arc-melting method in argon atmosphere. X-ray diffraction (XRD), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), differential scanning calorimetry (DSC) and differential thermal analysis (DTA) measurement techniques were used for structural and thermal characterizations. Adding different additive elements to shape memory alloys (SMAs) is a well-known, simple and widely used method that the properties of SMAs such as thermal, shape memory effect, structural, mechanical etc. can be changed and improved. In this thesis, the effects of Cr and V additives added at different ratios on the properties of CuAlNi alloy were investigated. The obtained analysis results showed that the characteristic martensitic transformations and transformation temperatures, thermodynamic and structural shape memory effect properties of the produced CuAlNi base alloy changed according to both the additive element and the additive element ratio. Accordingly, it was determined that the Cr addition stabilized the phase transformations and increased the transformation or shape memory capacity; while the V addition increased the transformation temperatures. In all four alloys, all the reverse martensitic transformation temperatures were determined above 100°C; this showed that the alloys have suitable transformation temperatures for high temperature applications. In addition, the activation energies of the alloys were calculated by the Kissinger method using the peak maximum temperatures of the reverse transformations. Peaks belonging to martensite phases present in the alloys at room temperature were determined by XRD measurements. As a result, the addition of Cr and V elements with different ratios significantly affected the phase transformation behavior and structural properties of the produced CuAlNi alloys; making these alloys strong candidates for actuator and sensor systems operating at high temperatures. Keywords: Smart materials, CuAlNiCr, CuAlNiV, high temperature shape memory alloys, martensitic phase transformation, XRD, DSC, DTA