Yüksek sıcaklık şekil hatırlamalı CuAlTa alaşımların mikro yapısı ve faz dönüşüm sıcaklıklarının incelenmesi
Investigation of microstructure phase transformation temperatures of high temperature shape memory CuAlTa alloys
Yazar: ERCAN ERCAN
Danışman: DOÇ. DR. FETHİ DAĞDELEN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Termik oksidasyon = Thermal oxidation ; Şekil hatırlama = Shape memory

Özet:
Bu çalışmada, farklı ağırlık yüzdelerine sahip (ağ. %) CuAlTa alaşımları üretildi. Alaşımlar Cu-%13Al-%1Ta (CAT1), Cu-%12,5Al-%1,5Ta (CAT2), Cu-%12Al-%2Ta (CAT3), Cu-%11,5Al-%2,5Ta (CAT4) ve Cu-%11Al-%3Ta (CAT5) şeklinde kodlandı.
Alaşımların faz dönüşümüyle ilgili bazı termodinamik parametreler diferansiyel tarama kalorimetresi (DSC) kullanılarak incelendi. Diferansiyel termal analiz (TG/DTA) cihazı; faz geçişleri, çökeltiler, ayrışmalar ve yüzey oksitlenmesi için aktivasyon enerjilerini tespit etmek için kullanılmıştır. Alaşımların yüzey morfolojisinin incelenmesi için taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve optik mikroskop ölçümleri alındı. Martensit durumdaki kristal yapı tayini için x-ışını analizleri alındı. Ayrıca malzemelerin yerel (bölgesel) plastik deformasyona (batma veya çizilme gibi) karşı gösterdiği direnci belirlemek için mikrosertlik ölçümleri yapıldı. Alaşımların yüzey oksitlenmeleri için aktivasyon enerjileri (E0) sırasıyla, 51,38; 74,81; 100,13; 90.61 ve 34,84 kJ/mol olarak bulundu. Faz dönüşüm sıcaklıklarına göre, alaşımlar yüksek sıcaklıklı şekil hatırlamalı alaşımlar (YSŞHA) olarak sınıflandırıldı. DSC sonuçları, alaşımların ısıtma esnasında γ_1^'(2H)→β1(DO3) dönüşümü gösterdiği, soğutma esnasında ise karmaşık                  β1(DO3)→β1ꞌ(18R) + γ1ꞌ(2H) faz dönüşümleri sergilediği görüldü. Malzemelerin x-ışını analizleri sayesinde CuAl, Cu9Al4, Ta2Al3, γ_1^' (2H) ve β_1^' (18R) fazlarının varlığı tespit edildi. Ayrıca, farklı çökeltilerin varlığı ve alaşımlarda nasıl yayıldıkları SEM ve optik mikroskop görüntülerinde belirlendi. Matrisin kimyasal bileşimini, çökeltileri ve ayrışma bölgelerini bulmak için EDX analizi yapıldı. Alaşımların mikrosertlik değerlerinin ise sırasıyla 295, 305, 296, 300 ve 309 HV çıktığı ölçüldü. Yukarıda belirtilen ölçümler sonucunda, CuAl-esaslı alaşımlara azalan Al elementi yerine aynı miktarda eklenen Ta elementi ile oluşan yeni alaşımların termodinamik, oksitlenme için aktivasyon enerjileri, mikro yapı ve mikrosertlik parametrelerinin değiştiği görüldü.


Anahtar Kelimeler: Yüksek sıcaklıklı şekil hatırlamalı alaşımları, Termodinamik parametreler, Yüzey oksidasyonu için aktivasyon enerjisi, Mikrosertlik, Homojenleştirme.

Abstract:
Investigation of Microstructure and Phase Transformation Temperatures of High Temperature Shape Memory CuAlTa Alloys

In this study, CuAlTa alloys with different weight percentage (wt. %) were produced. The alloys were encoded such that Cu-13%Al-1%Ta (CAT1), Cu-12.5%Al-1.5%Ta (CAT2), Cu-12%Al-2%Ta (CAT3), Cu-11,5%Al-2,5%Ta (CAT4) and Cu-11%Al-3%Ta (CAT5). Some thermodynamic parameters related to the phase transformation of the alloys were investigated using differential scanning calorimetry (DSC). The differential thermal analysis (TG / DTA) device was also used to detect phase transitions, precipitates, decomposition and activation energies for surface oxidation in a high temperature. Scanning electron microscopy (SEM) and optical microscope were taken to examine the surface morphology of the alloys. X-ray analysis were performed for determining the martensite crystal structure. Also, microhardness measurements were performed to determine the resistance of materials to local plastic deformation (such as sinking or scratching). It was found that the activation energy (E0) of the alloys for surface oxidation were 51,38; 74,81; 100,13; 90,61 and 34,84 kJ/mol, respectively. According to the phase transformation temperatures, the alloys were classified as high temperature shape memory alloys (HTSMA). In addition, DSC results showed that the alloys exhibited               γ_1^'(2H)→β1(DO3) transformation in heating process, while a complex phase transformations β1(DO3)→β1ꞌ(18R) + γ1ꞌ(2H) was observed in the cooling process. There are some phases were detected using x-ray analysis, including CuAl, Cu9Al4, Ta2Al3, γ_1^' (2H) and β_1^' (18R) phases. Moreover, the presence of different precipitations and how they are spread out in the alloys was determined by SEM and optical microscope images. EDX analysis was carried out to find the chemical composition of the matrix, precipitates, and decomposition regions. The Vickers microhardness of CAT1, CAT2, CAT3, CAT4 and CAT5 were respectively, 295, 305, 296, 300 and 309 HV. The results of the aforementioned measurements showed that thermodynamic, activation energies, microstructure and microhardness parameters were changed for adding Ta instead of Al in the CuAl-based alloys.
Keywords: High temperature shape memory alloys, Thermodynamic parameters, Activation energy for surface oxidation, Microhardness, Homogenization.