Nano ZrO2 ve BN ince film kaplamaların biyomedikal titanyum alaşımının mekanik ve korozyon dayanımına etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of nano ZrO2 and BN thin film coatings on the mechanical and corrosion resistance of biomedical titanium alloy
- Tez No: 1022431
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ KEMAL ASLAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Munzur Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde malzeme mühendisliğinin biyomedikal alandaki gelişmeleri, yeni biyomalzemelerin keşfi ve mevcut malzemelerin iyileştirilmesine odaklanmaktadır. İnsan vücudu ile uyumlu biyomalzemeler, mekanik, kimyasal ve biyolojik özellikleri sayesinde implantlardan protezlere kadar geniş kullanım alanına sahiptir. Biyomedikal alanda titanyum alaşımları hafifliği, yüksek korozyon direnci ve kemik dokusuna yakın elastikiyet modülü sayesinde en önemli seçeneklerden biri haline gelmiştir. Ancak yaygın kullanılan Ti6Al4V alaşımının vanadyum ve alüminyum içeriği toksik etkiler yaratabilmekte, ayrıca titanyum alaşımlarının sınırlı aşınma ve yorulma dayanımı uzun vadeli kullanımda performans kayıplarına yol açmaktadır. Bu sorunları azaltmak için geliştirilen yeni nesil beta fazlı titanyum alaşımlarından Ti13Nb13Zr, düşük elastik modülü, yüksek korozyon direnci ve şekillendirilebilirliğiyle dikkat çekmiş; çeşitli biyomedikal implant uygulamalarında tercih edilmiştir. Bununla birlikte, sınırlı aşınma ve yorulma dayanımı biyotribolojik kullanımını kısıtlamaktadır. Bu tez çalışmasında, ASTM F-1713 Ti13Nb13Zr alaşımının yüzeyi, elektroforetik yöntemle farklı kaplama mimarileri kullanılarak nano ZrO2 ve nano BN seramikleriyle ayrı ayrı ve kompozit olarak elektroforetik yöntemle kaplanmıştır. Numuneler kaplama işlemi sonrası 800 ve 1000 °C olmak üzere iki farklı sinterleme sıcaklığında 1 saat süreyle sinterlenmişlerdir. Kaplamaların mikroyapı, mekanik, tribolojik özellikleri ve elektrokimyasal korozyon özellikleri belirlenmiştir. Yapılan karakterizasyon deneyleri sonucunda; BN/ZrO2 kompozit kaplamaların tekil kaplamalara ve kaplanmamış alaşıma kıyasla, alaşımın tribolojik ve mekanik özelliklerini geliştirdiği, biyomedikal uygulamalarda kabul edilebilir aşınma dayanımı ve korozyon hızları değerlerini sağladığı tespit edilmiştir. BN/ZrO2 kompozit kaplamalarda; 800°C sinterleme sıcaklığı, 0,00001 mm/yıl korozyon hızı değeri ile yüksek korozyon direnci için optimum değer olduğu, 1000°C sinterleme sıcaklığının ise kompozit kaplamanın yoğunluğunu maksimize ederek 0,019 x 10⁻³ mm³/Nm aşınma oranı ile en yüksek aşınma dayanımını sağladığı tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Today, developments in materials engineering within the biomedical field focus on the discovery of new biomaterials and the improvement of existing ones. Biocompatible materials, characterized by their mechanical, chemical, and biological properties, have a wide range of applications, from implants to prostheses. Titanium alloys have become one of the most significant options in the biomedical sector due to their lightweight nature, high corrosion resistance, and modulus of elasticity close to that of bone tissue. However, the vanadium and aluminum content of the commonly used Ti6Al4V alloy can create toxic effects; furthermore, the limited wear and fatigue resistance of titanium alloys lead to performance degradation in long-term use. As an alternative developed to mitigate these issues, the next-generation beta-phase titanium alloy Ti13Nb13Zr has gained attention for its low elastic modulus, high corrosion resistance, and formability, making it a preferred choice for various biomedical implant applications. Nevertheless, its limited wear and fatigue resistance restrict its biotribological use. In this thesis study, the surface of the ASTM F-1713 Ti13Nb13Zr alloy was coated with nano ZrO and BN ceramics—both individually and as a composite—using different coating architectures via the electrophoretic deposition (EPD) method. Following the coating process, samples were sintered at two different temperatures, 800°C and 1000°C, for a duration of one hour. The microstructure, mechanical, tribological, and electrochemical corrosion properties of the coatings were determined. Characterization experiments revealed that BN/ZrO2 composite coatings improved the tribological and mechanical properties of the alloy compared to single-layer coatings and the uncoated substrate, achieving acceptable wear resistance and corrosion rates for biomedical applications. For BN/ZrO2 composite coatings, a sintering temperature of 800°C was identified as the optimum value for high corrosion resistance with a corrosion rate of 0.00001 mm/year. Meanwhile, a sintering temperature of 1000°C was found to provide the highest wear resistance by maximizing the density of the composite coating, resulting in a wear rate of 0,019 x 10⁻³ mm³/Nm.
Benzer Tezler
- Nano akışkanların ısıl iletkenliklerinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of thermal conductivity of nanofluids
MUSTAFA ELİBOL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiKırıkkale ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ZÜHTÜ ONUR PEHLİVANLI
- The effect of representative metal halides on synthesis of hexagonal boron nitride
Temsilci metal halojenürlerinin hekzagonal bor nitrür sentezi üzerine etkisi
GÖKHAN UZUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
KimyaAbant İzzet Baysal ÜniversitesiAnorganik Kimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ERHAN BUDAK
- Gel casting of mullite for radome applications
Radom uygulamaları için jel döküm ile müllit üretimi
NAZIM ECEBAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Seramik MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CİHANGİR DURAN
- Nano SiO2 ve ZrO2 katkılı polyester matriksli kompozit malzemelerin üretimi ve özelliklerinin incelenmesi
Production and investigation of the properties of nano SiO2 and ZrO2 reinforced polyester matrix composite materials
MUHAMMET AYÇİÇEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Polimer Bilim ve TeknolojisiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AKIN AKINCI
- Nano TiO2 ve nano ZrO2 takviyeli al7075 alaşımının mekanik, tribolojik ve termal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical, tribological, and thermal properties of nano TiO2 and nano ZrO2 reinforced Al7075 alloy
ÖMER AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiBatman ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET EMİN DEMİR