Biyobozunur implant uygulamaları için T/M yöntemi ile Mg-Cu, Mg-Zn malzemelerinin üretilmesi, kuru ve SBF şartlarında aşınma ve korozyon özelliklerinin incelenmesi
Production of MG-Cu, Mg-Zn materials by P/M method for bioabsorbable implant applications, investigation of their wear and corrosion properties in dry and SBF conditions
- Tez No: 940779
- Danışmanlar: PROF. DR. BİLGE DEMİR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 287
Özet
Bu çalışmada, toz metalurjisi yöntemiyle üretilen biyolojik olarak parçalanabilir Mg-xZn ve Mg-xCu alaşımlarının mekanik, aşınma ve korozyon davranışları incelenmiştir. Numuneler, soğuk presleme, sinterleme ve mekanik alaşımlama süreçlerinden geçirilmiş ve mikroyapı, sertlik, yoğunluk, aşınma ve korozyon testlerine tabi tutulmuştur. Çalışmanın temel amacı, Zn ve Cu elementlerinin farklı oranlarda ilavesinin Mg alaşımlarının özelliklerine nasıl etki ettiğini belirlemek ve bu alaşımların biyomedikal uygulamalarda kullanılabilirliğini değerlendirmektir. Yapılan aşınma testleri, Zn ilavesinin Mg matrisinde homojen olarak dağılarak intermetalik bileşik oluşturmadan sertliği artırdığını ve aşınma direncini önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermiştir. Zn katkısı sayesinde malzemenin sertliği 40 HV'den 70 HV'ye kadar artmış, buna bağlı olarak aşınma kaybı ve özgül aşınma oranı da azalmıştır. Cu ilavesi de aşınma performansını olumlu yönde etkileyerek sertliği artırmış, ancak bazı intermetalik fazların oluştuğu tespit edilmiştir. Aşınma mekanizmaları incelendiğinde, kuru ortamda aşınmanın genellikle aşındırıcı karakterde olduğu, simüle edilmiş vücut sıvısı (SBF) ortamında ise aşınmanın başlangıçta yağlama etkisiyle azaldığı ancak zamanla aşındırıcı-korozif süreçlerin devreye girerek aşınmayı hızlandırdığı belirlenmiştir. Ayrıca, yük arttıkça aşınma katsayısının azaldığı gözlemlenmiştir. Korozyon testleri, Zn ve Cu katkılarının Mg alaşımlarının bozunma davranışına olan etkisini detaylı bir şekilde ortaya koymuştur. Özellikle %1 Zn ve %1 Cu içeren alaşımlar, en yüksek korozyon direncini gösterirken, daha yüksek Zn ve Cu içeriğinin galvanik korozyonu tetikleyerek bozunmayı hızlandırdığı tespit edilmiştir. Zn katkısının Mg matrisinde homojen olarak dağılması, stabil bir pasif film oluşumunu teşvik ederek korozyon direncini artırmıştır. Ancak Zn içeriğinin %2'ye ulaşması durumunda, MgZn₂ intermetalik fazlarının oluşumu nedeniyle korozyon oranında artış meydana gelmiştir. Cu içeren alaşımlar da başlangıçta iyi bir korozyon direnci göstermiş ancak aşırı Cu içeriği intermetalik faz oluşumunu artırarak korozyonu hızlandırmıştır. Çalışmada elde edilen aşınma ve korozyon verileri, yapay zeka destekli bir makine öğrenimi modeli kullanılarak analiz edilmiştir. Auto Sklearn kütüphanesi ile geliştirilen model, aşınma kaybı, sürtünme katsayısı ve özgül aşınma oranı gibi parametreleri yüksek doğrulukla tahmin edebilmiştir. Yapılan hassasiyet analizleri, yük, ortam, sertlik ve tane boyutunun aşınma davranışını belirlemede en etkili faktörler olduğunu ortaya koymuştur. Modelin güvenilirliği, deneysel verilerle yapılan karşılaştırmalar sonucunda doğrulanmış ve makine öğrenimi algoritmalarının tribolojik malzeme davranışlarını tahmin etmede başarılı olduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlar, Mg-Zn ve Mg-Cu alaşımlarının biyomedikal uygulamalar için önemli avantajlar sunduğunu ve bu alaşımların biyolojik olarak emilebilir implant malzemeleri olarak değerlendirilebileceğini göstermektedir. Ancak, korozyon ve aşınma davranışının optimize edilmesi için Zn ve Cu oranlarının dikkatlice kontrol edilmesi gerektiği sonucuna varılmıştır. Gelecekte yapılacak çalışmalar, yüzey kaplamaları veya hibrit üretim teknikleriyle bu alaşımların biyomedikal performansının daha da iyileştirilmesine odaklanabilir.
Özet (Çeviri)
In this study, the mechanical, wear and corrosion behaviors of biodegradable Mg-xZn and Mg-xCu alloys produced by powder metallurgy were investigated. The samples were subjected to cold pressing, sintering and mechanical alloying processes and subjected to microstructure, hardness, density, wear and corrosion tests. The main purpose of the study was to determine how the addition of Zn and Cu elements at different rates affected the properties of Mg alloys and to evaluate the usability of these alloys in biomedical applications. The wear tests showed that the addition of Zn increased the hardness and significantly improved the wear resistance by homogeneously dispersing in the Mg matrix without forming an intermetallic compound. Thanks to the Zn addition, the hardness of the material increased from 40 HV to 70 HV, and accordingly, the wear loss and specific wear rate decreased. The addition of Cu also positively affected the wear performance and increased the hardness, but it was determined that some intermetallic phases were formed. When the wear mechanisms are examined, it is determined that in dry environments, wear is generally abrasive in nature, and in simulated body fluid (SBF) environments, wear initially decreases due to the effect of lubrication, but over time, abrasive-corrosive processes come into play and accelerate wear. In addition, it is observed that the wear coefficient decreases as the load increases. Corrosion tests have revealed in detail the effect of Zn and Cu additives on the deterioration behavior of Mg alloys. In particular, alloys containing 1% Zn and 1% Cu showed the highest corrosion resistance, while it was determined that higher Zn and Cu contents accelerated deterioration by triggering galvanic corrosion. The homogeneous distribution of Zn additive in the Mg matrix increased corrosion resistance by promoting the formation of a stable passive film. However, when the Zn content reached 2%, an increase in the corrosion rate occurred due to the formation of MgZn₂ intermetallic phases. Alloys containing Cu also initially showed good corrosion resistance, but excessive Cu content accelerated corrosion by increasing the formation of intermetallic phases. The wear and corrosion data obtained in the study were analyzed using an artificial intelligence-supported machine learning model. The model developed with the Auto Sklearn library was able to predict parameters such as wear loss, friction coefficient and specific wear rate with high accuracy. Sensitivity analyses revealed that load, environment, hardness and grain size were the most effective factors in determining wear behavior. The reliability of the model was verified as a result of comparisons with experimental data and it was seen that machine learning algorithms were successful in predicting tribological material behavior. The obtained results show that Mg-Zn and Mg-Cu alloys offer significant advantages for biomedical applications and that these alloys can be considered as bioabsorbable implant materials. However, it was concluded that Zn and Cu ratios should be carefully controlled to optimize corrosion and wear behavior. Future studies may focus on further improving the biomedical performance of these alloys with surface coatings or hybrid manufacturing techniques.
Benzer Tezler
- Immobilization of lipase on an inorganic support material and polycaprolactone synthesis
Lipazın inorganik taşıyıcıda immobilizasyonu ve polikaprolakton sentezi
CANSU ÜLKER
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATOŞ YÜKSEL GÜVENİLİR
- Controlled relase of pain relievers for the alleviation of chronic pain
Kronik ağrının giderilmesinde kontrollü ağrı kesici salım sistemleri
DİLEK ŞENDİL
Doktora
İngilizce
2001
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VASIF NEJAT HASIRCI
PROF. DR. DONALD WİSE
- Ortopedik uygulamalar için polikaprolakton-kitosan nanolif kaplı Ti-mikroalaşımlı AZ31 Mg alaşımının biyobozunurluk özelliklerinin araştırılması
Investigation of biodegradability properties of polycaprolactone-chitosan nanofiber coated Ti-microalloyed AZ31 Mg alloy for orthopedic applications
GAMZE YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
BiyomühendislikNecmettin Erbakan ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞENNUR CANDAN
- Dişçilikte kullanılan paslanmaz çeliğin polietilen glikol (PEG) içeren nikel-krom alaşımı ile kaplanması ve yapay tükürük ortamında korozyon davranışının belirlenmesi
Coating of stainless steel used in dentistry with nickel-chromium alloy containing polyethylene glycol (PEG) and determination of corrosion behavior in artificial saliva environment.
GÜLBİN DALĞIÇ ÖZBAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
KimyaHatay Mustafa Kemal ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ TUNCAY ÖZYILMAZ
- Nano elmas ilaveli Mg-3Sn-2Y alaşımının mekanik ve korozyon özelliklerinin incelenmesi
Effect of nano diamond addition on mechanical and corrosion properties of Mg-3Sn-2Y alloy
HÜSEYİN EREN ÜSTÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mühendislik BilimleriMersin ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSEYİN ŞEVİK