Şekil Hafızalı Alaşımlar |
Akıllı Malzemeler

Günümüzde gelişen teknoloji ve üretim yöntemleriyle birlikte kullanılan malzemelerden beklenen özelliklerde değişmiştir. Artık malzemelerin sadece daha mukavim, daha sünek ya da daha iletken olmasının yeterli bulunmadığı durumlar olabilmektedir. İşte bu gibi durumlarda “İleri Teknoloji Malzemeler” adı verilen ve farklı işlevlere sahip yeni malzemeler devreye girmiştir. Bu yazımızda ileri teknoloji malzemelerin bir tipi olan şekil hafızalı alaşımların yapılarını, özelliklerini ve genel kullanım yerlerini bulabilirsiniz.

A- A+

13.10.2015 tarihli yazı 26086 kez okunmuştur.

► Şekil Hafızalı Alaşım Nedir?

Uygun ısıl ve mekaniksel prosedürlere maruz kaldığında önceden tanımlı şekil veya boyutuna geri dönebilen malzemelere şekil hafızalı alaşım (ŞHA) denir. Isıl değişimlere duyarlı olan ŞHA’lar kritik dönüşüm sıcaklıklarının üzerinde ve altında iki farklı kristal yapıya sahip olabilirler. Düşük sıcaklıklarda rahatça deforme edilebilen malzemeler yüksek sıcaklıklarda eski hallerine dönebilirler. Bu malzemeler sadece ısıtma halinde “tek yönlü şekil hafızaya sahip malzemeler” olarak tanımlanırken yeniden soğutma halinde ise “iki yönlü şekil hafızalı malzemeler” olarak adlandırılır.

Şekil 1: Süperelastik NiTi alaşımlı gözlük çerçevesi

►İlginizi Çekebilir: Malzeme Türleri

Bu akıllı malzemler giriş sinyalini algılayan bir çeşit sensör ve bu sinyale uygun bir cevap oluşturan bir aküatörden (uyarıcıdan) oluşur. Aktüatörlerden sıcaklık, elektriksel ve/veya manyetik alanda meydana gelen bir değişikliğe karşılık şekillerini, konumlarını ya da mekanik özelliklerini değiştirmeleri beklenir.

► Şekil Hafızalı Alaşımların Yapısı ve Çeşitleri

Şekil hafızalı alaşımlar kararlı iki faza sahiptirler. Bu fazlar östenit olarak isimlendirilen yüksek sıcaklık fazı ve martenzit olarak adlandırılan düşük sıcaklık fazıdır. Bu alaşımlarda çoğu durumda tek yönlü hafıza etkisi görülür. Yani soğutma durumunda şekil hafızalı alaşım, yapısal olarak martenzit yapıya dönüşmesine rağmen herhangi bir şekil değişimi sergilemez. İki yönlü şekil hafızasının olması da mümkündür ve bu tip alaşımlarda hem ısıtma hem sogutma durumunda şekil değişimi söz konusudur. Ancak gerçekleşen şekil değişiminin boyutu daima tek yönlü hafızalı alaşımlarda gerçekleşen değişimden küçüktür ve ısıtma durumunda şekil değişimi için daha yüksek gerilmelere ihtiyaç duyulabilir.

Şekil 2: Sıcaklığa göre şekil alan ŞHA malzeme

►İlginizi Çekebilir: Geçmişten Günümüze Akıllı Bir Malzeme | Duraluminyum

Şekil hafızalı alaşımlar temelde üç gruba ayrılır. Bunlar nikel-titanyum alaşımları, bakır esaslı alaşımlar ve demir esaslı alaşımlardır. Ancak uygulamada en çok daha fazla ısıl kararlılığa sahip olan NiTi alaşımları ve korozyon direnci düşük olmasına rağmen daha ucuz ve daha yüksek potanisyel dönüşüm sıcaklık aralığına sahip bakır esaslı alaşımlar kullanılır.

► Şekil Hafızalı Alaşımların Kullanım Alanları

Şekil hafızalı alaşımlarla yapılan endüstriyel uygulamalara örnek olarak Shinkansen hızlı treninin otomatik yağ seviye ayarlayıcısı gösterilebilir. Tren yüksek hızlara çıktığında ortam sıcaklığının artmasıyla birlikte ŞHA’dan yapılan yay tetiklenerek valfin açılmasını sağlar. Buradaki amaç iki odaya ayrılan dişli kutusunun arasındaki bağlantıyı sağlayan deliğin açılma-kapanma durumunu yağ sıcaklığıyla kontrol etmektir. Düşük sıcaklıklarda iki oda arasındaki yağ akışı açıkken, sıcaklığın artması durumunda ise yağın iki oda arasındaki bağlantısı sınırlandırma yoluna gidilerek akışkan basıncı ayarı yapılmaktadır.

Şekil 3: ŞHA malzemenin termal kamera ile görüntüsü

ŞHA’lar fonksiyonel özelliklerinden dolayı damar içindeki pıhtıları yakalayan bir filtre olarak biyomedikal uygulamalarda kullanılırlar. NiTi alaşımlı telden yapılmış çapa şeklindeki filtre, damar içine sokulmadan önce düz bir tel haline getirilir ve damar içine yerleştirildikten sonra vücut ısısı ile harekete geçerek filtre fonksiyonu sağlayacak orjinal şekillerine dönerler. Böylece damar içinden geçen pıhtıları tutarlar. Aynı çalışma ilkesine sahip olan stentlerde damar içine sokulmadan önce düz bir tel haline getirilirler. Damar içine yerleştirildikten sonra vücut ısısıyla birlikte harekete geçerek damarın tıkanan yerinde orjinal şekline dönerek damardaki tıkanıklığın açılmasını sağlarlar.

Bunların dışında ŞHA’ların sahip oldukları fonksiyonellik özelliklerinden yararlanılarak tasarlanmış ve piyasaya sürülmüş daha birçok ürün mevcuttur. Çok büyük deformansları dahi absorbe ederek zarar görmeyen NiTi alaşımlı gözlük çerçeveleri, dişlere geniş bir hareket imkanı veren ve yıllardır kullanılan ortodontik düzeltme işlevli diş telleri önemli örneklerdendir. Raychem Şirketi’nin ürettiği Cryofit hidrolik kaplinler de ŞHA’dan imal edilmiştir ve metal tüpler le monte edildiğinde kaynak işlemiyle elde edilen bir bağlantıya eş değer bir birleşim sağlarlar.

Görüldüğü gibi ŞHA’lar günümüzde makine ve teçhizat uygulamalarında, biyomedikal ürünlerin yanı sıra, uçak hidrolik sistemlerinde, yarıiletken gaz tüp bağlantılarında, otomotivde radyatör pervanelerinde, egsoz çıkış kontrollerinde, uydu sistemlerinde ve termostatik cihazlarda kullanılmaktadır. Görülen o ki gün geçtikçe daha da fazla uygulama alanı bulması kaçınılmazdır.

Kaynak:

►AKDOĞAN, A., NURVEREN K., Machinery MakinaTek, sayı 57, s. 35, 2002.
►TOPTAŞ E., AKKUŞ N., Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2007 (4) 15-22

Yazar: Ezgi Karlıdağ