Nikel-titanyum alaşımlarının katmanlı imalat teknolojisi ile üretimi, karakterizasyonu ve özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Şekil bellekli alaşımlar, biyomedikal, havacılık, robotik, mekatronik ve diğer pek çok mühendislik uygulamasında ayırt edici özelliklere sahip olan bir grup intermetalik malzeme grubudur. Bunların arasında, nikel-titanyum (Ni-Ti) şekil bellekli alaşımlar (ŞBA), tek yönlü ve iki yönlü şekil bellek etkisi, süperelastik davranış ve yüksek sönümleme katsayısı gibi önemli fiziksel ve mekanik özelliklerinden dolayı en etkin kullanılabilen malzemelerdir. Bu malzemenin geleneksel üretim yöntemleri kullanılarak geliştirilmesi, yüksek duyarlılık ve termomekanik özelliklerden dolayı halen zor bir süreçtir. Bununla birlikte, son teknolojik yenilikler, katmanlı üretim olarak adlandırılan yeni bir imalat tekniğinin ortaya çıkmasını sağlamıştır. Katmanlı imalat, NiTi bileşenleri için geleneksel ergitme ve toz metalürjisi yöntemlerinden daha etkili, düşük maliyetli ve yüksek üretilebilirlik sağlayan çözümler sağlamaktadır. Katmanlı imalatın bir parçası olarak EBM yöntemi, yüksek güçteki elektron demeti kullanılarak vakum ortamında malzemelerin doğrudan ergitilmesi ve arzu edilen parçaların katmanlı bir şekilde üretilmesi için yeni pencereler açmaktadır.Bu çalışmada, Ti-55Ni (ağ.-%) nikel titanyum alaşımının EBM prosesi ile üretimi araştırılmıştır. Proses parametreleri geliştirilmiş ve ortaya çıkan malzeme özellikleri değerlendirilmiştir. Malzeme özelliklerini analiz etmek ve proses şartlarının alaşımların fiziksel ve mikroyapı özelliklerine etkisini gözlemlemek için hem toz, hem de tam yoğunluklu malzeme için XRF, XRD, DSC analizi, optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu ve enerji dağılım spektrometresi araştırmaları gerçekleştirilmiştir.

Shape memory alloys are a group of intermetallic materials that exhibit distinctive properties in biomedical, aerospace, robotics, mechatronics and many other engineering applications. Among them, the nickel-titanium (NiTi) shape memory alloys (SMA) are the most attractive materials due to their significant physical and mechanical properties including one-way and two-way shape memory effect, superelasticity and high damping coefficiency. Development of these materials using conventional production methods is still a challenging task due to the high chemical sensitivity and thermomechanical characteristics. However, the recent technological innovations provide a new manufacturing technique which is called additive manufacturing. Additive manufacturing (AM), has attracted much attention and can provide more effective, lower cost, and higher productivity solutions rather than the conventional melting and powder metallurgical methods for the NiTi components. As part of AM, the Electron Beam Melting (EBM) method opens a new window of opportunities for the direct melting of materials in a vacuum environment using a high-power electron beam and to produce desired parts layer by layer. In this study, processing of Ti-55Ni (wt.-%) nickel titanium alloy via EBM has been investigated. The process parameters have been developed and the resulting material properties have been established. In order to analyze the material properties, and observe the effect of process conditions to the physical and microstructural properties of alloys, XRF, XRD, DSC analysis, optical microscope, scanning electron microscope, and energy dispersive spectrometer investigations were carried out for the both powder and bulk materials.