Zr ilave edilmiş NiTi şekil hafızalı alaşımların sıcak izostatik presleme ile üretilmesi ve özelliklerinin incelenmesi
Production of Zr added NiTi shape memory alloys by hot isostatic pressing and investigation of their properties
Yazar: ÜMİT ZEYBEK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERDAR KARAOĞLU
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
NiTi bazlı şekil hafızalı alaşımlar mekanik özelliklerinin yanında biyouyumluluğu, şekil geri kazanımı ve süperelastiklik özellikleri sayesinde endüstrinin ilgisini çekmiştir. Uygulamaları 100°C'nin altındaki sıcaklıklarla sınırlı olduğu için özellikle yüksek sıcaklıkların hâkim olduğu havacılık endüstrisinde bu alaşımların dönüşüm sıcaklıklarının artırılmasına ihtiyaç duyulmaktadır. NiTiZr alaşımlar, diğer (Au, Pt, Pd, Hf katkılı NiTi) yüksek sıcaklık şekil hafızalı alaşımlara kıyasla daha ucuz ve daha hafif olması nedeniyle önemli bir avantaja sahiptir. Bu alaşımlar mükemmel özelliklerinin yanı sıra zor işlenebilirlik gibi bir dezavantaja da sahiptir. 
Çalışma, malzeme karakterizasyonuna odaklanmakta ve farklı oranlarda ilave edilen Zr'un alaşım sistemine olan etkilerini araştırmayı amaçlamaktadır. Ayrıca sıcak izostatik presleme öncesi elementel tozlara uygulanan mekanik alaşımlama prosesinin alaşıma katkısını incelemeyi hedeflemiştir. Mevcut çalışmada net şekle sahip geometriler elde etmede başarılı olan sıcak izostatik presleme yöntemi kullanılarak ikili NiTi (Ni60Ti40 %ağ.) ve üçlü NiTiZr (Ni60Ti30Zr10 %ağ.), (Ni60Ti25Zr15 %ağırlık) alaşımları üretilmiştir. Alaşımları farklı kimyasal bileşimlerde oluşturabilmek için elementel tozlar kullanılmıştır. Etkisini araştırmak üzere bazı numune gruplarının toz karışımlarına mekanik alaşımlama uygulanmıştır. Üretilen alaşımların dönüşüm sıcaklıklarının tespiti için DSC analizleri, mikro yapı karakterizasyonu için SEM - optik mikroskop incelemeleri yapılmış ve faz yapılarını belirlemek için XRD analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca Vickers Sertlik ölçümleri ve Arşimet Prensibi ile yoğunluk ölçümleri yapılmıştır. İlave edilen Zr oranının artmasıyla dönüşüm sıcaklıklarının arttığı görülmüştür.  Mekanik alaşımlama proses süresinin artmasıyla alaşım bileşiminde TiO, TiO2 (anataz) ve Ti3O5 oluşumları meydana gelerek sertlik değerleri oldukça artmıştır.
Tez çalışmasında elde edilen bilgilerin, gelecekteki NiTiZr alaşımları ile yapılacak farklı çalışmalara rehberlik edebileceği, yüksek sıcaklık gerektiren uygulama alanlarında bu alaşımların potansiyelini belirlemeye yardımcı olabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
Besides their mechanical properties, NiTi-based shape memory alloys have attracted  the attention of the industry due to their biocompatibility, shape recovery, and superelasticity. There is a need to increase the transformation temperatures of these alloys, especially in the aerospace industry where high temperatures dominate, as their applications are limited to temperatures below 100°C. NiTiZr alloys have a significant advantage over other (Au, Pt, Pd, Hf doped NiTi) high-temperature shape memory alloys in that they are cheaper and lighter. These alloys have excellent properties but also the disadvantage of difficult machinability.
Focusing on material characterization, this study aims to investigate the effects of Zr added at different ratios on the alloy system. In addition, it aimed to investigate the contribution of the mechanical alloying process applied to elemental powders before hot isostatic pressing. In the present study, using the hot isostatic pressing method, which is successful in obtaining geometries with clear shapes, binary NiTi (Ni60Ti40 wt%) and ternary NiTiZr (Ni60Ti30Zr10 wt%), (Ni60Ti25Zr15 wt%) alloys were produced. To form alloys with different chemical compositions, elemental powders were used. Mechanical alloying was applied to the powder mixtures of some sample groups to investigate its effect. The alloys produced were subjected to DSC analysis to determine the transformation temperatures, SEM-optical microscope examinations for microstructure characterization, and XRD analysis to determine the phase structures. Vickers Hardness measurements and density measurements by Archimedes Principle were also performed. It was observed that the transformation temperatures increased with increasing Zr content.  The hardness values increased considerably with the increase in the mechanical alloying process time due to the formation of TiO, TiO2 (anatase) and Ti3O5 in the alloy composition. 
It is thought that the information obtained in the thesis study can guide future studies with different NiTiZr alloys and help to determine the potential of these alloys in application areas requiring high temperatures.