İmplant yapımında kullanılan ti6al4v titanyum alaşımının mekanik özelliklerine ve biyouyumluluğuna borlama işleminin etkisi
Effect of boriding process on mechanical properties and biocompatibility of ti6al4v titanium alloy used as implant material
- Tez No: 464984
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ARZUM ULUKÖY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Pamukkale Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 151
Özet
Bu çalışmada, hem mühendislik malzemesi hem de biyomalzeme olarak büyük öneme sahip olan Ti6Al4V titanyum alaşımının atmosferik şartlar altında borlanması ve borlanmış titanyum alaşımının mekanik özellikleri ve implant olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Borlama işlemi için iki farklı borlama karışımı hazırlanmış ve Ti6Al4V alaşımının hem katı hem de sıvı ortamda atmosferik şartlar altında borlanması mümkün olmuştur. Borlama işlemiyle Ti6Al4V alaşımının sertliği 330 HV'den 2800 HV'e yükselerek yaklaşık 8,5 kat artmıştır. Çekme deneyi sonucunda elde edilen akma ve çekme mukavemeti değerlerinin işlem görmemiş titanyum alaşımına oranla, %2,7-9,6 değerleri arasında bir azalma gösterdiği tespit edilmiştir. Borlama süresi arttıkça, mukavemet değerlerinin işlemsiz numuneye yaklaştığı görülmüştür. Buna karşılık, %16 olan kopma uzaması değeri %2'ye düşmüş ve malzemenin sünek olan yapısı gevrekleşmiştir. Borlanmış titanyum alaşımının kuru sürtünme şartlarında (30 N yük, 1200 m kayma mesafesi) aşınma direnci 17 kat, yapay vücut sıvısı içerisinde ise (30 N yük, 1200 m kayma mesafesi) 36 kat arttırdığı tespit edilmiştir. Korozyon ağırlık kaybı deneyleri sonucunda, borlama süresinin artması ile paralel olarak korozyon direncinin 1,2 kattan 5 kata kadar arttığı belirlenmiştir. Elektrokimyasal empedans spektropisi (EIS) ve potansiyodinamik polarizasyon (TP) deneyleri borlanmış numunelerin korozif ortama karşı yüksek bir direnç gösterdiğini, aynı şartlar altında işlemsiz numune yüzeyi ile karşılaştırıldığında ise neredeyse hiç zarar görmediğini ortaya koymuştur. Sitotoksisite testleri sonucunda işlemsiz Ti6Al4V alaşımının hücre canlılık oranı % 113, katı ortamda borlanmış Ti6Al4V alaşımının hücre canlılık oranı % 114, sıvı ortamda borlanmış Ti6Al4V alaşımının hücre canlılık oranı % 126 olduğu tespit edilmiştir. Borlanan titanyum alaşımlarının canlılık oranının %113'ün altına düşmediği için hücre ölümü olmadığı ve borlanmış titanyum numunelerin toksik etki göstermediği belirlenmiştir. Cilt içi irritasyon test sonuçlarında polar ekstre için irritasyon skoru 0,33, non-polar ekstre için 0 bulunmuştur. Bu sonuçlara göre değerler 1'den küçük olduğu için borlanmış Ti6Al4V alaşımının cilt içi irritasyona neden olmadığı belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
In this study, Ti6Al4V titanium alloy which has great importance in both engineering material and biomaterial is aimed for boriding under atmospheric conditions. In addition to determine mechanical properties and availability of the implant of borided Ti6Al4V alloy were investigated. Two different mediums were developed to boriding titanium under atmospheric conditions and these agents provide that boriding of titanium successfully in solid and liquid medium. Hardness of Ti6Al4V alloy increased from 330 HV to 2800 HV, approximately 8,5 times after boriding process. Tensile and yield strenge values reduce between 2,7-9,6 by comparison unborided alloy. While increasing boriding time, tensile and yield strenge values is increasing. Elongation at rupture which was obtained 16% before boriding process, it reduces to 2% and boriding process makes Ti6Al4V brittle. Wear resistance of borided Ti6Al4V is higher than 17 times compared to unborided Ti6Al4V under dry sliding conditions(30 N load and 1200 m sliding distance) and higher 36 times under Ringer's solution conditions (30 N load and 1200 m sliding distance). Weight loss corrosion tests show that corrosion resistance increased from 1,2 times to 5 times while increasing boriding time. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and Potentiodynamic Polarization (TP) tests show that borided specimens have high corrosion resistance in corrosive environment and hardly ever any damage on borided surface by comparison with surface of borided and unborided specimens. Cell proliferation of unborided, liquid borided and solid borided Ti6Al4V alloy were obtained 113%, 126%, 114% respectively by cytotoxicity tests. Borided alloy doesn't have toxic effect due to cell proliferation of borided specimens don't drop to below 113%. In skin irritation tests, irritation test scores are 0,33 and 0 for polar and non-polar extract respectively. Due to all scores were obtianed less 1, borided Ti6Al4V alloy doesn't cause skin irritation.
Benzer Tezler
- Generation of zinc and copper incorporated oxide layers on titanium based biomaterials
Titanyum esaslı biyolojik malzemelerde çinko ve bakır katkılandırılmış oksit tabakaların oluşturulması
MERVE KÜBRA SAYGI
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
- AlN ve Al2O3 katkılı Ti6Al4V alaşımının spark plazma sinterleme yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of AlN and Al2O3 reinforced Ti6Al4V alloy via spark plasma sintering method
İLAYDA ÖZBAĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ ŞAHİN
- Mikro-ark oksidasyon yöntemi ile kaplanmış CP-Ti ve Ti6Al4V malzemelerinin karakterizasyonu
Characterization of CP-Ti and Ti6Al4V materials coated by micro-arc oxidation method
FUNDA ALAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZKAN ÖZDEMİR
- Characterization of the Mg doped Ca-P compounds electrochemically deposited on MAO modified implant materials
MAO kaplı implant malzemeler üzerinde elektrokimyasal yolla çöktürülmüş, Mg takviyeli, Ca-P bileşiklerinin karakterizasyonu
GÜLER GÜLİZAR UNGAN
Doktora
İngilizce
2014
Metalurji MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ÇAKIR
- Ti6AI4V alaşımının içyapı ve yüzey özelliklerinin CaP bileşikleri ile doyurulmuş Mg içerikli MAO filmlerinin oluşumuna etkisi
Effect of mıcrostructure and surface propertıes of Ti6AI4V alloy on the formatıon of Mg doped MAO fılms ımpregnated wıth CaP components
SERHAN KÖKTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Metalurji MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ÇAKIR