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
- Tez No: 948331
- 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: 73
Özet
Tez kapsamında Tungsten Inert Gas (TIG) kaynak yöntemiyle Ti-6Al-4V (Ti64) alaşımı üzerine %5 Hidroksiapatit (HA) katkılı kompozit kaplamalar, 90A, 100A ve 110A kaynak akımlarında biyomedikal uygulamalar için değerlendirilmiştir. Makro kesit görüntülerinde, 90A'da dar ve simetrik bir kaynak bölgesi gözlenirken, 100A'da homojen erime ve taban metal ile güçlü birleşme sağlanmıştır. 110A'da ise yüksek ısı girdisi nedeniyle geniş kaynak bölgesi, düzensiz faz dağılımı ve mikro çatlaklar oluşmuştur. EDX ve XRD analizleri, 90A'da HA'nın kimyasal ve kristal yapısının korunduğunu, Ca/P oranının teorik HA ile uyumlu olduğunu ortaya koymuştur. 100A'da sınırlı HA entegrasyonu, 110A'da ise faz ayrışması ve amorflaşma gözlenmiştir. Üç nokta eğme testlerinde ise 110A'nın en yüksek eğme kuvvetini (2.26 kN) ve dengeli sünek davranışı sergilediğini göstermiştir. 90A (1.43 kN) sınırlı kaplama bütünlüğü, 100A (2.12 kN) ise gevrek kırılma göstermiştir. Kırılma yüzeylerinin incelenmesinde ise 110A'da güçlü matris bağlanması ve sünek-karışık kırılma, 100A'da ise gevrek kırılma ve çatlaklar ortaya koymuştur. Kaplama yüzeylerinin ıslanabilirlik testlerinde, 100A en düşük temas açısıyla yüksek hidrofiliklik sunarak osteoblast tutunması için ideal bir yüzey sağlamıştır. 90A ve 110A, sırasıyla düzensiz HA dağılımı ve mikro çatlaklar nedeniyle daha düşük ıslanabilirlik gösterdiği yorumlanmıştır. Elektrokimyasal in vitro korozyon testlerinde hem OCP hem de EIS testlerinde, 110A en yüksek korozyon direncini (geniş Nyquist eğrisi, pozitif OCP) sunarken, 100A dengeli bir elektrokimyasal stabilite sağladığı görülmüştür. PDP eğrilerinde ise, 100A'da en düşük korozyon akım yoğunluğunu (6.93E-03 μA·cm-2) ve yüksek polarizasyon direncini (12800 Ω) göstermiştir. SBF daldırma testlerinde 100A'da homojen ve yoğun apatit birikimleriyle yüksek osteoindüktif aktivite sunarken, 90A'da sınırlı, 110A'da ise seyrek Ca-P oluşumları gözlenmiştir. Sonuç olarak, 100A kaynak akımı, homojen mikroyapı, kimyasal kararlılık, yüksek mekanik dayanım, biyolojik aktivite ve yeterli korozyon direnciyle biyomedikal implantlar için en uygun parametre olarak belirlenmiştir. 110A korozyon direncinde avantaj sağlasa da, HA bozulması ve çatlaklar nedeniyle biyolojik performansının düşük olduğu 90A'nın ise düşük enerjiyle yetersiz entegrasyon sunduğu düşünülmüştür. Çalışma neticesinde TIG kaynak yöntemi ile çeşitli yüzeylere biyomateryal amaçlı kaplamaların başarı ile üretilebileceği ortaya çıkarılmıştır.
Özet (Çeviri)
Within the scope of the thesis, composite coatings with 5% Hydroxyapatite (HA) were applied to the Ti-6Al-4V (Ti64) alloy using the Tungsten Inert Gas (TIG) welding method, and evaluated for biomedical applications at welding currents of 90A, 100A, and 110A. In the macro cross-section images, a narrow and symmetrical weld zone was observed at 90A, while at 100A, a homogeneous melt and strong bonding with the base metal were achieved. In 110A, however, due to high heat input, a wide weld zone, irregular phase distribution, and micro-cracks have formed. EDX and XRD analyses have shown that in 90A, the chemical and crystal structure of HA is preserved, and the Ca/P ratio is consistent with theoretical HA. Limited HA integration was observed in 100A, while phase separation and amorphization were noted in 110A. In three-point bending tests, 110A exhibited the highest bending force (2.26 kN) and demonstrated balanced ductile behavior. 90A (1.43 kN) exhibited limited coating integrity, while 100A (2.12 kN) showed brittle fracture. In the examination of fracture surfaces, 110A exhibited strong matrix adhesion and ductile-mixed fracture, while 100A showed brittle fracture and cracks. In the wettability tests of the coating surfaces, 100A provided an ideal surface for osteoblast adhesion by offering high hydrophilicity with the lowest contact angle. 90A and 110A were interpreted to show lower wettability due to uneven HA distribution and micro-cracks, respectively. In electrochemical in vitro corrosion tests, both OCP and EIS tests showed that 110A exhibited the highest corrosion resistance (wide Nyquist curve, positive OCP), while 100A provided balanced electrochemical stability. In the PDP curves, it showed the lowest corrosion current density (6.93E-03 μA·cm-2) and high polarization resistance (12800 Ω) at 100A. In SBF immersion tests, 100A exhibited high osteoinductive activity with homogeneous and dense apatite deposits, while limited Ca-P formations were observed at 90A and sparse Ca-P formations at 110A. In conclusion, the 100A welding current has been determined to be the most suitable parameter for biomedical implants due to its homogeneous microstructure, chemical stability, high mechanical strength, biological activity, and adequate corrosion resistance. Although 110A provides an advantage in corrosion resistance, it is thought that 90A has low biological performance due to HA degradation and cracks, and offers insufficient integration with low energy. As a result of the study, it has been revealed that biocompatible coatings can be successfully produced on various surfaces using the TIG welding method.
Benzer Tezler
- 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
NİYAZİ TETER
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiVan Yüzüncü Yıl ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET TOPUZ
- Karbon nano tüp takviyeli biyoaktif seramik tozlarının sentezi, karakterizasyonu ve Ti-6Al-4V alaşımı üzerine kaplanması
Synthesis of carbon nanotube reinforced bioactive ceramic powders and electrophoretic deposition on Ti-6Al-4V alloys
CEM BÜLENT ÜSTÜNDAĞ
Doktora
Türkçe
2011
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CENGİZ KAYA
- Biyomedikal uygulamalarda kullanılan saf titanyum/kobalt ve alaşımlarının toz metalurjisi yöntemi ile üretilmesi ve uygulanabilirliğinin araştırılması
Development of pure titanium / cobalt and their alloys by powder metallurgy method for biomedical applications and investigation of their applicabilities
EBUZER AYGÜL
Doktora
Türkçe
2020
Mekatronik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SENAİ YALÇINKAYA
PROF. DR. YUSUF ŞAHİN
- Development of antibacterial coatings on titanium based biomaterials
Titanyum esaslı biyomalzemeler üzerinde antibakteriyel kaplamalar geliştirilmesi
DİLEK TEKER AYDOĞAN
Doktora
İngilizce
2022
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
- Surface modification of additively manufactured titanium alloys for biomedical application
Katmanlı imalat yöntemiyle üretilmiş olan titanyum alaşımlarının biyomedikal uygulamalar için yüzey modifikasyonu
SELİM DEMİRCİ
Doktora
İngilizce
2022
Metalurji MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARİF NİHAT GÜLLÜOĞLU
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET MASUM TÜNÇAY