Elektriksel kıvılcımla işlemede Ti-6Al-4V alaşımı üzerinde biyoseramik kaplama eldesinin araştırılması
Investigation of bioceramic coating formation on Ti-6Al-4V alloy using electrical discharge machining
- Tez No: 930822
- Danışmanlar: PROF. DR. BÜLENT EKMEKCİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 169
Özet
Ti-6Al-4V sahip olduğu mekanik özellikleri, yüksek korozyon direnci, düşük yoğunluğu ve biyouyumluluğu nedeniyle, dental ve ortopedik implantlarda yaygın biçimde kullanılmaktadır. Ancak, Ti-6Al-4V'nin biyolojik tepkisizliği, osseointegrasyonu geciktirmekte, toksik iyon salınımları nedeniyle bakteriyel enfeksiyona yol açabilmektedir. İmplant yüzeylerinde Hidroksiapatit (HA) kaplama, kaplamanın sahip olduğu yüksek osteoindüktif, osteokondüktif özellikleri ve kemiğe benzerliğiyle, implant ile kemik arasındaki birleşmeyi geliştirir. Bu sebeple, Hidroksiapatit Toz Katkılı Elektriksel Kıvılcımla İşleme (HA-TKEKİ) ile implant yüzeylerinde HA kaplama elde edebilmek için, bu çalışmada farklı bir yaklaşım geliştirilmiştir. Yöntemle işleme esnasında dielektrik sıvı sirkülasyonu iyileştirilmiş ve elektrotlar arası deşarj bölgesinde HA toz yoğunluğu arttırılmıştır. Sonuç olarak, Ti-6Al-4V yüzeylerinde mikro pürüzlülüğe sahip nano gözenekli biyoseramik kaplamalar elde edilmiştir. HA-TKEKİ'de darbe akımı ve darbe süresinin kaplama üzerindeki etkisi, Taramalı Elektron Mikroskobu, Enerji Dağılımlı X-ışını Spektrometresi, elementel haritalama, X-ışını Difraktometresi ve profilometre ile analiz edilmiştir. Mikro çizik testleriyle kaplamaların kritik yükleri belirlenmiş, sertliği ve elastisite modülü ise Mikro/Nano sertlik testleri ile tespit edilmiştir. Elde edilen veriler ışığında kaplama oluşum mekanizmaları açıklanmıştır. Yöntemle elde edilen kaplamalar işleme debrisleri ile karma yapıdadır ve deşarj enerjisine bağlı olarak farklı oranlarda HA ve kalsiyum karbonat içermektedir. İncelenen işleme parametreleri için kaplama kalınlıkları yaklaşık 22 µm ila 69 µm aralığında değişmektedir. Kaplamalarda ölçülen kritik yükler 375-3500 mN aralığındadır. Kaplama yüzeyine yakın bölgelerde, ortalama elastisite modülü 9.04-13.14 GPa, ortalama sertlik ise 537.4-1069 MPa arasında değişmektedir. En yüksek HA içeriğine ve kalınlığa sahip kaplamalar, 22 A akım seviyesinde 6 µs ve 12 µs darbe sürelerinde elde edilmiştir. Kemiğe yakın mekanik özelliklere ve iyileştirilmiş biyoaktiviteye sahip kaplamaların üretimi açısından, HA-TKEKİ'nin umut vadeden güçlü bir alternatif yöntem olduğu sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
Ti-6Al-4V is widely used in dental and orthopedic implants due to its mechanical properties, high corrosion resistance, low density and biocompatibility. However, the biological inertness of Ti-6Al-4V delays osseointegration and may lead to bacterial infection due to toxic ion releases. Hydroxyapatite (HA) coating on implant surfaces improves implant-bone integration with the coating's high osteoinductive, osteoconductive properties and its similarity to bone. Therefore, a different approach was developed to obtain HA coating on implant surfaces with the use of Hydroxyapatite Powder Additive in Electrical Discharge Machining (HA-PAEDM). HA powder density was increased in the inter-electrode discharge zone by improving dielectric liquid circulation during the processing. As a result, nanoporous bioceramic coatings with micro-roughness were obtained on Ti-6Al-4V surfaces. The effect of pulse current and pulse duration on the coating was analyzed by Scanning Electron Microscope, Energy Dispersive X-ray Spectrometer, elemental mapping, X-ray Diffractometer and profilometer. Critical loads of the coatings were determined by micro scratch tests, and their hardness and elastic modulus were determined by Micro/Nano hardness tests. Coating formation mechanisms were explained in light of the data obtained. The coatings obtained have a mixed structure with processing debris and contain HA and calcium carbonate in different proportions depending on the discharge energy. Coating thicknesses range from approximately 22 µm to 69 µm for the examined processing parameters. Critical loads are within the range of 375-3500 mN for the coatings. The average elastic modulus varies between 9.04-13.14 GPa and the average hardness varies between 537.4-1069 MPa in regions close to the coating surface. Using 6 µs and 12 µs pulse durations at 22 A current level resulted in the thickest coating with the highest HA content. It was concluded that HA-PAEDM is a promising and powerful alternative method in terms of the production of coatings with mechanical properties close to bone and improved bioactivity.
Benzer Tezler
- Elektriksel kıvılcımla işlemede sinterlenmiş gümüş-hidroksiapatit toz katkılı elektrotların biyolojik uyumluluk üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of sintered silver-hydroxyapatite powder-added electrodes on biological compatibility in electrical discharge machining
DAMLA ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiZonguldak Bülent Ecevit ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BÜLENT EKMEKCİ
- Elektriksel kıvılcımla işlemede mikronize hidroksiapatit toz katkısının yüzey özelliklerine etkisinin incelenmesi
The investigation of effect on the surface properties of micronized hydroxyapatite powder additive in electrical discharge machining
SELİM AKBAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiBülent Ecevit ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NİHAL EKMEKCİ
- Elektriksel kıvılcımla işlemede hidroksiapatit toz katkısının yüzey bütünlüğüne etkisi
The effect of hydroxyapatite powder additives on surface integrity in electrical discharge machining
YASİN EFE
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiZonguldak Bülent Ecevit ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NİHAL EKMEKCİ
- Medikal uygulamalar için elektriksel kıvılcımla işlemedeTi-Ag-HA sinterlenmiş elektrot kullanımının Ti6Al4V yüzey bütünlüğüne etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of use of Ti-Ag-HA sintered electrode on surface integrity of Ti6Al4V in electrical discharge machining for medical applications
HÜSEYİN ALEMDAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiZonguldak Bülent Ecevit ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NİHAL EKMEKCİ
- Carbon encapsulation of elemental nanoparticles
Elementel nanoparçacıkların karbon ile enkapsülasyonu
PELİN LİVAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUR ÖZTÜRK