CuAlMn bazlı alaşımlarda nadir toprak elementi seryumun şekil hafıza ve manyetik özellikler üzerindeki etkisi
The effect of rare earth element cerium on the shape memory and magnetic properties of CuAlMn based alloys
- Tez No: 972368
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İSKENDER ÖZKUL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Mersin Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu yüksek lisans tez çalışması, Cu-Al-Mn yüksek sıcaklık şekil hafıza alaşımında farklı miktarlarda seryum (Ce) ilavesinin alaşımın çeşitli özellikleri üzerindeki etkilerini kapsamlı bir şekilde incelemektedir. Çalışmanın odak noktaları, alaşımın karakteristik martenzitik dönüşüm sıcaklıkları, martenzitik mikroyapısı ve bunların şekil hafıza mekanizması ile ilişkileridir. Ayrıca, seryum katkısının alaşımın manyetik davranışı üzerindeki etkileri de değerlendirilmiştir. Bu bağlamda, araştırma, seryumun alaşıma eklenmesiyle ortaya çıkan yapısal, mekanik ve manyetik değişimlere odaklanarak, bu malzemenin farklı uygulama alanlarındaki potansiyelini göstererek alternatif alaşım olarak kullanımını yaygınlaştırmayı amaçlamaktadır. Çalışmada, temel bileşimi Cu77.32Al21.02Mn1.67 (at.%) olan polikristalin alaşımlar sentezlenmiştir. Alaşımlara farklı seryum oranları (Ce-1, Ce-2, Ce-3, Ce-4) eklenmiştir. Diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) sonuçları, seryum ilavesinin dönüşüm sıcaklıklarını artırdığını göstermiştir. Örneğin, östenit başlangıç sıcaklığı referans alaşımda (Ce-0) 143.75 °C iken, at.% 0.05 Ce içeren Ce-3'te 194.88 °C'ye yükselmiştir. Bu artış, CeCu5 ve Mn1.15Cu3.85Ce fazlarının oluşumu ile ilişkilendirilmiştir. Ancak Ce-4'te fazla seryum, ikincil fazların aşırı stabilizasyonuna neden olarak dönüşüm sıcaklıklarını düşürmüştür. Deneylerle gözlenmiştir ki, nadir toprak elementlerinin miktarı kontrollü şekilde arttırılmalıdır. Mikroyapısal analiz sonuçları, seryum ilavesinin alaşımlarda martenzit fazın kristalit boyutunu değiştirdiğini göstermektedir. Bu değişiklik, martenzit yapısındaki kafes geriliminin %0.72'den %0.34'e düşmesine neden olmuştur. Daha küçük kristalit boyutları ve düşük kafes gerilimi, alaşımın mekanik özelliklerini iyileştirerek, şekil hafıza özelliklerini daha etkin hale getirmiştir. Alaşımın manyetik özelliklerini değerlendirmek için yapılan manyetik karakterizasyon çalışmaları, seryum katkısının alaşımın paramanyetik davranış sergilemesine yol açtığını göstermiştir. İncelenen tüm alaşım örneklerinin M-H eğrilerinde etkin bir koersif alan veya kalıcı manyetizasyon bulunmamıştır. Bu da seryum katkısının alaşımın manyetik özelliklerini nötr bir seviyeye taşıdığını ve manyetik performansını belirgin bir şekilde değiştirmediğini göstermektedir. Sonuç olarak, seryum katkısı Cu-Al-Mn yüksek sıcaklık şekil hafıza alaşımlarının sıcaklık performansı ve mekanik özelliklerini iyileştirmekte, manyetik olarak hassas ortamlarda kullanım imkânı sunmaktadır. Bu özellikler, alaşımları hem yüksek sıcaklık dayanımı hem de şekil hafıza ve manyetik özellik gerektiren uygulamalar için güçlü bir aday haline getirmektedir.
Özet (Çeviri)
This master's thesis comprehensively investigates the effects of cerium (Ce) addition in different amounts on the various properties of Cu-Al-Mn high-temperature shape memory alloys. The main focus of the study is on the alloy's characteristic martensitic transformation temperatures, transformation kinetic parameters, martensitic microstructure, and their relationships with the shape memory mechanism. Additionally, the impact of cerium addition on the alloy's magnetic behavior has been evaluated. In this context, the research aims to understand the potential of this material in various application areas by focusing on the structural, mechanical, and magnetic changes induced by the addition of cerium. Polycrystalline alloys with a base composition of Cu77.32Al21.02Mn1.67 (at.%) were synthesized, incorporating different Ce concentrations (Ce-1, Ce-2, Ce-3, Ce-4). Differential scanning calorimetry (DSC) results showed that Ce increased transformation temperatures. For example, the austenite start temperature of the reference alloy (Ce-0) was 143.75 °C, rising to 194.88 °C in Ce-3 with 0.05 at.% Ce, attributed to CeCu5 and Mn1.15Cu3.85Ce phase formation. Excessive Ce, as in Ce-4, caused over-stabilization of secondary phases, reducing transformation temperatures. These results indicate that rare earth element additions must be carefully optimized. Microstructural analyses revealed that Ce modified the crystallite size of the martensitic phase, reducing lattice strain from 0.72% to 0.34%. Smaller crystallites and lower strain improved mechanical properties and enhanced shape memory performance. Magnetic characterization indicated that Ce addition led to paramagnetic behavior, with no significant coercive field or remanent magnetization observed in M-H curves. This suggests Ce neutralized magnetic properties without substantial performance changes. In conclusion, Ce addition enhances the thermal performance and mechanical properties of Cu-Al-Mn HTSMAs and enables their use in magnetically sensitive environments. These characteristics make them strong candidates for applications requiring both high-temperature resistance and specific shape memory and magnetic properties.
Benzer Tezler
- Cu bazlı şekil hafızalı metallerin üretimindeki alaşım miktarlarının faz dönüşüm sıcaklıklarına etkisi ve karakterizasyonu
Effects of alloying quantities in the production of Cu-based shape memory metals on the phase transformation temperatures and characterization
İSKENDER ÖZKUL
Doktora
Türkçe
2016
Makine MühendisliğiAksaray ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEMAL ALDAŞ
- Bakır bazlı sıralı alaşımlamada martensitik dönüşüm ve manyetokalorik özelliklerinin incelenmesi
Characterization of copper based shape memory alloys and investigation of magnetic effects
MERT HÜSEYİN ŞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiMersin ÜniversitesiNanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İSKENDER ÖZKUL
- The effects of tetravalent transition metals on Cu-Al based shape memory alloy
Cu-Al bazlı şekil hatırlamalı alaşımlara dört değerlikli geçiş metallerin etkileri
RAZAW ABDALLA QADIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiFırat ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEDİHA KÖK
- Cualmn ferromanyetik şekil hafızalı alaşım üretimi, termal ve manyetik özelliklerinin incelenmesi
The production of cualmn ferromagnetic shape memory alloy and the examination of its thermal and magnetic properties
MERİVAN ŞAŞMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Fizik ve Fizik MühendisliğiFırat ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YILDIRIM AYDOĞDU
- CuAlMn bazlı şekil hafızalı alaşımlarının mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi
Enhancement of mechanical properties of CuAlMn based shape memory alloys
NAZIM BABACAN
Doktora
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. OSMAN SELİM TÜRKBAŞ
DOÇ. DR. BENAT KOÇKAR