Polikristal şekil hafızalı nial alaşımlarının modellenmesi ve yapısal özelliklerinin incelenmesi
Modelling of polycrystalline nial shape memory alloys and investigation of its structural properties
Yazar: OĞUZHAN ORHAN
Danışman: PROF. DR. SONER ÖZGEN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Tek kristal NiAl şekil hafızalı alaşımlarda atom sayısının ve kompozisyonun martensit faz dönüşümü üzerindeki etkisi yapısal açıdan incelendi. Polikristal şekil hatırlamalı NiAl alaşımı için tane büyüklüğü ve miktarının martensit faz dönüşümü üzerindeki etkisi termodinamik ve yapısal açıdan araştırıldı. Hesaplamalarda moleküler dinamik simülasyonu kullanıldı. 12 tane tek kristal, 18 tane polikristal olmak üzere toplamda 30 adet model LATGEN programı ve Voro++ kütüphanesi yardımıyla üretildi. Dinamik hesaplamaların tamamında NPT moleküler dinamik algoritması kullanıldı. Atomlararası fiziksel etkileşmeler gömülü atom metodu ile temsil edildi. Bütün benzetim çalışmaları LAMMPS paket programı yardımı ile yapıldı.
	Tek kristal NiAl modelleri, nikelce zengin faz bölgesinde %68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75 atomik Ni kompozisyonlu, B2 süperörgülü ve toplam 3456 atoma sahip olacak şekilde 8 ayrı model halinde kuruldu. Her model için sistem sıcaklıkları 800 K den 25 K e kadar, her 100000 MD adımında bir 25 K düşürüldü. Atomik kompozisyon ile M_s sıcaklığı arasında keskin bir değişim olduğu tespit edildi. Model boyutunun M_s sıcaklığına etkisini incelemek için 2000, 3456, 16000, 54000, 128000 atomlu Ni-at.%25Al kompozisyona sahip 5 adet model üretildi. Bu modeller için de sistem sıcaklığı 800 K den 400 K sıcaklığına, 100000 MD adımında bir 25 K azaltılarak düşürüldü. Model boyutunun artması ile M_s sıcaklığının eğrisel olarak azaldığı gözlemlendi.
	Polikristal yapılarda model boyutunun ve tane miktarının M_s sıcaklığı üzerindeki etkisini tespit etmek için iki, üç ve dört taneli, Ni-at.%25Al kompozisyonlu 18 ayrı model kuruldu. Bütün modellerde tane geometrileri sabit tutuldu. İki, üç ve dört taneli modellerde her biri için 6 farklı boyutta modeller yapıldı. Bu modeller için atom sayısı ortalama olarak 9000 den 995000 e kadar değişmektedir. Tane sayısının atması ile M_s sıcaklığı ve faz dönüşüm hızının değiştiği görüldü. Model boyutunun artması ile M_s sıcaklığının arttığı ve faz dönüşüm hızının etkilendiği tespit edildi.

Anahtar Kelimeler: Polikristal alaşımlar, Şekil hatırlamalı alaşımlar, Nano yapılar, Potansiyel enerji fonksiyonları, Moleküler dinamik simülasyonu.

Abstract:
Modelling of Polycrystalline NiAl Shape Memory Alloys 
and Investigation of Its Structural Properties

The effect of the number of atoms and composition on martensitic phase transformations in a single crystal NiAl shape memory alloys were investigated structurally. The effect of grain size and number on the martensitic phase transformations for the polycrystalline shape memory NiAl alloys were studied thermodynamically and structurally. Molecular dynamics simulations were used in the calculations. 12 single crystals and 18 polycrystals models, totally 30 models, were produced with the aid of the LATGEN software and the Voro++ library. All of the calculations were realized using the NPT molecular dynamics algorithm. The physical interactions between atoms were represented by the embedded atom method. All of the simulation works were performed through LAMMPS software package. 
	The single crystal NiAl models having B2 superlattices and totally 3456 atoms were set up to be 8 different models in nickel-rich phase zones, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75 Ni in atomic percentages. System temperatures for each model were reduced from 800 K to 25 K, as to 25 K interval at every 100,000 MD steps. It was found that there is a strong relation between atomic composition and Ms temperatures. To investigate the effect of the model size on the Ms temperature, 5 different models with 2000, 3456, 16000, 54000, 128000 atoms of Ni-at.25%Al composition were produced. The system temperature was also reduced from 800 K to 400 K in 25 K interval at each 100000 MD steps. It was observed that the Ms temperatures decrease curvilinearly with increasing model size.
	To determine the effect of model size and grain size on the Ms temperature in the polycrystalline structures, 18 different models with two-, three- and four-grained and Ni-at.%25Al composition were established. The geometry of the grains was kept constant in all models. 6 Different sizes of models were made for each of two-, three- and four-grained models. The average number of atoms in these models vary from 9000 to 995000. It was observed that the Ms temperatures and the phase transformation rates increase with the increasing of the number of grains. As increasing model size, it was found that the Ms temperatures increase and the phase transformation speeds are affected.

Keywords: Polycrystalline alloys, Shape memory alloys, Nanostructures, Potential energy functions, Molecular dynamics simulation.