Geri Dön

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

PDF İndir

  1. Tez No: 948877
  2. Yazar: HÜSEYİN ALEMDAR
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. NİHAL EKMEKCİ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 107

Özet

Malzeme bilimi insan eliyle doğal ürünler kullanılarak yapılan aletlerin kullanımından bu yana üretim yöntemlerinin çeşitlenmesi ve gelişmesiyle büyük ilerlemeler kaydetmiştir. İstikrarlı ve sürdürülebilir büyüme ve endüstriyel gelişme için hayati öneme sahip malzemeler, disiplinler arası çalışmalara olanak veren bütün bilim ve teknolojileri içeren karmaşık fakat bütünleyici bir alandır. Bunun yanında, biyouyumlu malzemeler tıbbi alanda insan hayatını kurtarmak, uzatmak ve yaşam kalitesini artırmak amacıyla kullanılmaktadır. Biyouyumlu malzemeler; diş dolgusu, protezler, vidalar, yapay kalp kapakları gibi ürünler yanında tıbbi cihazlarda da kullanılmaktadırlar. Bu alanda özellikle implantlarda yük taşıma özelliklerinden dolayı biyouyumlu metaller tercih sebebidir. Medikal alanda Ti6Al4V alaşımı, mekanik özellikleri ve korozyon direncinden dolayı birçok uygulamada kullanılmaktadır. Ancak metalik malzemeler, insan vücudundaki canlı dokularla etkileşime girebilmekte, iyon salınımıyla enfeksiyon oluşumu gibi sağlığı tehlikeye atabilecek durumlar ortaya çıkabilmektedir. Bu sebeple araştırmacılar, insan vücudunda canlı dokularla etkileşimde olan malzemelerin negatif etkilerinin bertaraf edilmesi üzerine yoğunlaşmışlardır. Kemikle implantın sorunsuz bağlanıp bütünleşmesi amacıyla implantlar üzerinde çeşitli yüzey işlemleri ve kaplamalar uygulanmıştır. Elektriksel Kıvılcımla İşleme (EKİ) yöntemi; karmaşık veya çok sert malzemeleri, mekanik bir temas olmadan elektrot malzemesi ve işlenecek iş parçası arasında elektriksel kıvılcımlar oluşturularak, malzeme işleme yöntemidir. Bu bağlamda, EKİ yöntemiyle, implant yüzeyine nüfuz edilmesi istenen tozları dielektrik sıvıya katarak ya da bu tozları içeren sinterlenmiş elektrotla işleme yaparak yüzey modifikasyonları denenmiştir. Pozitif sonuçlar elde edilmiş olmakla birlikte bu alandaki çalışmalar sınırlıdır ve geliştirilmeye açıktır. Özellikle sinterlenmiş elektrot kullanımına dair çalışmalar oldukça kısıtlı kalmıştır. Bu çalışmada biyouyumlu malzemelerin yüzey modifikasyonu için, Titanyum (Ti)-Gümüş (Ag)-Hidroksiapatit (HA) olmak üzere, birden fazla biyouyumlu malzemeden oluşan sinterlenmiş hibrit elektrot etkisi araştırılmıştır. Farklı kombinasyonlarda 3 tip elektrot imal edilmiş ve Ti6Al4V iş parçası farklı parametrelerde (22A, 12A, 7A darbe akımı ve 100 µs, 25 µs, 6 µs darbe süresi) bu elektrotlarla işlenmiştir. En iyi yüzey modifikasyonu için optimum parametrelerin belirlenmesi amaçlanmıştır. Elektrota HA ilavesiyle ve HA oranının da artmasıyla işlemelerin zorlaştığı, kısa devrelerin oluştuğu ve elektrottan kopmaların meydana geldiği gözlemlenmiştir. Paralelinde pürüzlülük değerleri de artmıştır. En yüksek pürüzlülükler (%80 Ti ve % 20 Ag) sinterlenmiş elektrotla yapılan işlemelerde 12 A 100 µs'de, (%60 Ti- % 20 Ag-% 20 HA) sinterlenmiş elektrotla yapılan işlemelerde 7 A 6 µs'de, (%40 Ti- % 20 Ag-% 40 HA) sinterlenmiş elektrotla yapılan işlemelerde ise 22A 100 µs'de gerçekleşmiştir. SEM (Taramalı Elektron Mikroskopu) ve EDS (Enerji Dağılım Spektrometresi) analizlerinden, HA içeren her iki tip elektrotta da yüzeye en fazla HA nüfuziyetinin olduğu parametre 22A 6 µs'dir. İşleme sırasında oluşan katmanlardaki ortalama mikrosertlik değerleri ise ısıl etkilenmiş katmanda yaklaşık 400-500 HV civarında iken eriyip tekrar katılaşan katmanda 550-2300 HV arasında geniş bir aralıkta yer almaktadır. Yapılan çalışma; tıbbi uygulamalar için, EKİ'de HA katkılı sinterlenmiş elektrot kullanıldığında, HA içerikli fonksiyonel yüzeylerin elde edilebileceğini desteklemektedir. Ag'nin erime sıcaklığının düşük olması ve ağırlığının fazla olması sebebiyle yüzeye nüfuziyeti fazla olmaktadır ve fazlalığı toksik etkilere sebep olabilmektedir. Yine çeşitli yüzey işlemleriyle bu etki azaltılabilir. Biyouyumlu fonksiyonel yüzeyler tıp alanında gelişmeye açık ve ihtiyaç duyulan bir çalışma sahasıdır. Bu bağlamda yapılan çalışma referans olmaya adaydır.

Özet (Çeviri)

Materials science has made great progress with the variation and development of production methods since the use of tools made by human hands using natural products. Materials, which are of vital importance for stable and sustainable growth and industrial development, is a complex but suplementary field that includes all sciences and technologies that allow interdisciplinary studies. In addition, biocompatible materials are used in the medical field to rescue, continuation and improve the quality of human life. Biocompatible materials are used in medical devices as well as in products such as dental fillings, prosthetics, screws, artificial heart valves. In this field, biocompatible metals are preferred due to their load-bearing properties, especially in implants. In the medical field, Ti6Al4V alloy is used in many applications due to its mechanical properties and corrosion resistance. However, metallic materials can interact with living tissues in the human body, and health-endangering situations such as infection due to ion release may occur. For this reason, researchers have focused on eliminating the negative effects of materials that interact with living tissues in the human body. Various surface treatments and coatings have been applied to the implants in order to ensure a smooth connection and integration between the bone and the implant. Electrical Discharge Machining (EDM) method is a method for complex or very hard materials by electrical sparks between the electrode material and the workpiece to be machined without any mechanical contact. In this context, by using EDM, surface modifications have been tried by adding powders that are desired to penetrate the implant surface to the dielectric liquid or by machining with a sintered electrode containing these powders. Although positive results have been obtained, studies in this area are limited and available to development. In particular, studies on the use of sintered electrodes are quite limited. In this study, the effect of sintered hybrid electrodes consisting of biocompatible material, namely Titanium (Ti)-Silver (Ag)-Hydroxyapatite (HA), was investigated for the surface modification of biocompatible materials. Three types of electrodes were manufactured in different combinations and the Ti6Al4V workpiece was machined with these electrodes at different parameters (22A, 12A, 7A pulse currents and 100 µs, 25 µs, 6 µs pulse durations). It is aimed to determine the optimum parameters for the most suitable surface modification. It has been observed that with the addition of HA to the electrode and the increase in the HA ratio, machining becomes more difficult, short circuits occur and ruptures occur in the electrode. Hereby, the roughness values also increased. The highest roughnesses were achieved at 12 A 100 µs in the machining by (80% Ti and 20% Ag) sintered electrode, at 7 A 6 µs in the machining by (60% Ti-20% Ag-20% HA) sintered electrode, and at 22A 100 µs in the machining by (40% Ti-20% Ag-40% HA) sintered electrode. From SEM (Scanning Electron Microscope) and EDS (Energy Dispersive Spectrometry) analyses, the parameter with the highest HA penetration to the surface in both types of electrodes containing HA is 22A 6 µs. The average microhardness values in the layers formed during machining are around 400-500 HV in the heat-affected layer, while they are in a wide range between 550-2300 HV in the re-solidified layer. The study supports that functional surfaces containing HA can be obtained when sintered electrodes which including HA are used in EDM for medical applications. Due to the low melting point of Ag and its high weight, Ag penetration into the surface is high and excess Ag can cause toxic effects. Again, this effect can be reduced with various surface treatments. Biocompatible functional surfaces are a field of study that is suitable to development and needed in the medical field. In this context, the study is a candidate to become a reference.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    498446

    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

    Türkçe

    2018

    Makine MühendisliğiBülent Ecevit Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ NİHAL EKMEKCİ

  2. Tez No

    493664

    Medikal uygulamalar için reaktif püskürtme yöntemi ile titanyum nitrür (TiN) ve titanyum oksinitrür (TiNxOy) ince filmlerin üretilmesi ve karakterizasyonu

    Production and characterization of titanium nitride (TiN) and titanium oxynitride (TiNxOy) thin films by reactive sputtering method for medical applications

    YELİZ ÖZKÖK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET ÇAKMAK

  3. Tez No

    687944

    Biyomedikal telemetri sistemleri için biyouyumlu implant anten tasarımı

    Biocompatible implantable antenna design in mics band for biomedical telemetry systems

    EMRE SELÇUK DEMİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MERİH PALANDÖKEN

  4. Tez No

    655188

    5G haberleşme için genişbant mikroşerit yama anten modellemesi, alttaş seçimi ve gerçeklemesi

    Wideband microstrip patch antenna modeling, substrate selection and realization for 5G communication

    MAHMUT KÖSEM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiVan Yüzüncü Yıl Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ BİLAL TÜTÜNCÜ

  5. Tez No

    418347

    Dual band microstrip implantable antenna design for biomedical applications

    Biyomedikal uygulamalar için vücut içerisine yerle“ştirileblir çift bantlı mikroş“erit anten tasarımı

    DAMLA ALPTEKİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NEVZAT GÜNERİ GENÇER

    DOÇ. DR. LALE ALATAN

Geri Dön