Tıg kaynak yöntemi ile Ti-6Al-4V biyomedikal alaşımları üzerine titanyum - hidroksiapatit kompozit yüzey modifikasyonu ve hidroksiapatit etkisinin araştırılması
Investigation of titanium - hydroxyapatite composite surface modification and hydroxyapatite effect on Ti-6Al-4V biomedical alloys by tig welding method
- Tez No: 946049
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MEHMET TOPUZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 79
Özet
Bu çalışmada, biyomedikal uygulamalar için büyük önem taşıyan Ti-6Al-4V (Ti64) alaşımı yüzeyine TIG (Tungsten Inert Gaz) kaynak yöntemiyle Hidroksiapatit (HA) modifiyeli %0HA-%100Ti, %5HA-%95Ti ve %10HA-%90Ti kompozit kaplamalar uygulanmış; elde edilen kaplamalar mikro yapı, mekanik özellikler, korozyon dayanımı, yüzey ıslatabilirliği ve biyoaktivite açısından sistematik olarak değerlendirilmiştir. Uygulanan TIG kaynak parametreleri ile elde edilen kesit görüntülerinde, ana metal (Ti64), ısıl tesir altındaki bölge (ITAB) ve kaynak bölgesinin başarılı şekilde ayrıştığı gözlemlenmiştir. Optik mikroskop ve SEM analizleri, HA içeriği arttıkça ITAB hattının kalınlaştığını, kaynak bölgesinde ise iğnemsi yapılar ve mikroyapısal düzensizliklerin belirginleştiğini ortaya koymuştur. Özellikle %10HA katkılı kaplamalarda yüzeyde gözenekler ve mikro çatlaklar oluşmuş; bu durum HA'nın seramik karakteri ve ısı iletim farkları ile ilişkilendirilmiştir. EDX analizlerinde, Ca ve P elementlerinin HA katkılı numunelerin kaynak bölgelerinde tespit edilmesi, HA'nın metal matris içinde başarıyla tutunduğunu göstermiştir. XRD analizleri ise saf Ti kaplamada yalnızca α-Ti fazı gözlemlenirken, HA katkılı örneklerde HA'ya ait kristal fazların da ortaya çıktığını doğrulamıştır. Mekanik testler sonucunda, HA oranı arttıkça eğme dayanımı ve süneklikte belirgin bir düşüş gözlemlenmiştir. Bununla birlikte, %5HA katkısı mekanik bütünlüğü korurken aynı zamanda biyolojik faydalar da sağlamaktadır. Yüzey temas açısı ölçümleri, HA katkısı ile yüzeylerin daha hidrofilik hale geldiğini ve en düşük temas açısının %10HA katkılı numunede (~58°) elde edildiğini göstermektedir. Bu da biyolojik sıvılarla etkileşim, hücre yapışması ve protein adsorpsiyonu açısından olumlu bir yüzey karakterine işaret etmektedir. Elektrokimyasal test sonuçlarına göre, %10HA katkılı kaplamalar en yüksek korozyon direncini ve en kararlı oksit film davranışını göstermiştir. SBF ortamında yapılan daldırma testleri sonucunda, %10HA katkılı yüzeylerde yoğun Ca-P birikimi oluşmuş, bu da yüksek biyoaktivite potansiyelini desteklemiştir. Genel olarak elde edilen sonuçlar, TIG kaynak yöntemiyle üretilen HA katkılı Ti kompozit kaplamaların, biyomedikal implant yüzey modifikasyonu için hem yapısal hem de biyolojik açıdan son derece uygun adaylar olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this study, Hydroxyapatite (HA) modified %0HA-%100Ti, 5%HA–95%Ti, and 10%HA–90%Ti composite coatings were applied onto the surface of Ti-6Al-4V (Ti64) alloy, which is of great importance for biomedical applications, using the TIG (Tungsten Inert Gas) welding method. The resulting coatings were systematically evaluated in terms of microstructure, mechanical properties, corrosion resistance, surface wettability, and bioactivity. The cross-sectional images obtained with the applied TIG welding parameters revealed a clear distinction between the base metal (Ti64), heat-affected zone (HAZ), and fusion zone. Optical microscopy and SEM analyses showed that increasing HA content led to a thicker HAZ and more pronounced acicular structures and microstructural irregularities in the fusion zone. In particular, 10%HA-containing coatings exhibited pores and microcracks on the surface, which were attributed to the ceramic nature of HA and differences in thermal conductivity. EDX analysis confirmed the presence of Ca and P elements in the fusion zones of HA-containing samples, indicating that HA was successfully incorporated into the metal matrix. XRD analysis revealed only the α-Ti phase in the pure Ti coating, while HA-specific crystalline phases were detected in the composite coatings. Mechanical testing indicated that increasing HA content caused a notable decrease in flexural strength and ductility; however, the 5%HA composition maintained mechanical integrity while providing biological advantages. Surface contact angle measurements showed that HA addition made the surfaces more hydrophilic, with the lowest contact angle (~58°) observed in the 10%HA coating. This suggests improved interaction with biological fluids, cell adhesion, and protein adsorption. Electrochemical test results indicated that the 10%HA coatings exhibited the highest corrosion resistance and the most stable oxide film behavior. In immersion tests performed in simulated body fluid (SBF), significant Ca-P deposition was observed on the 10%HA surfaces, supporting their high bioactivity potential. Overall, the results demonstrate that HA-reinforced Ti composite coatings produced via TIG welding are highly promising candidates for surface modification of biomedical implants, offering both structural and biological functionality.
Benzer Tezler
- Ti-6AL-4V biyomedikal alaşımı yüzeylerine ti - ha kompozitlerin tıg kaynak yöntemi ile kaplanması ve kaynak akım etkisinin araştırılması
Coating of ti - HA composites on Tİ-6AL-4V biomedical alloy surfaces with tig welding method and investigating the welding current effect
MUHAMMET GUMAN ÖZBEY
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiVan Yüzüncü Yıl ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET TOPUZ
- Dental uygulamalarda kullanılan Ti-6AI-4V alaşımına lazer kaynak uygulamasının incelenmesi
Investigation of laser welding application of Ti-6AI-4V alloy used in dental applications
ARİFE KÜBRA DEMİRBAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Metalurji MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SİNEM ÇEVİK
- Microstructural analysis of pulse gas tungsten arc welding (GTAW) in Ti-6Al-4V alloy
Darbeli gaz tungsten kaynağının Ti-6Al-4V alaşımında mikrotapiya olan etkilerinin analizi
ALİ SHAKER MOUSA AL-HELLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Makine MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. OĞUZHAN YILMAZ
- Effects of gas shielding flow rate on weld quality of tig welding in Ti6Al4V alloy
Ti6Al4V alaşımı tig kaynağında uygulanan koruyucu gaz parametresinin kaynak kalitesi üzerindeki etkisi
BANU BERİŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
- Verification study of wire arc additive manufacturing of titanium alloy TI6AL4V
Titanyum alaşımı TI6AL4V'nin tel ark eklemeli imalatının doğrulama çalışması
GANİ MELİK ÖNDER
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİKE NİKBAY