Improvement of corrosion and wear properties of zn-mg-al based zinc alloys by addition of rare earth elements
Nadır toprak elementlerı katkısıyla zn–mg–al tabanlı çınko alaşımlarının korozyon ve aşınma özellıklerının iyıleştırılmesı
- Tez No: 998573
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İSMAİL HAKKI KARA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, biyolojik olarak parçalanabilir implant uygulamaları için geliştirilen neodimyum (Nd) ve gadolinyum (Gd) ile mikroalaşımlandırılmış çok bileşenli Zn–Mg–Al–Mn alaşımlarının mikroyapısal, elektrokimyasal ve aşınma davranışlarını incelemektedir. Alaşımlar, elementel segregasyonu azaltmak ve yapısal homojenliği artırmak amacıyla 350 °C'de 4 saat süreyle homojenleştirme ısıl işlemi uygulanarak geleneksel döküm yöntemiyle üretilmiştir. Yapısal karakterizasyon, SEM–EDS analizleri, potansiyodinamik polarizasyon testleri ve farklı yükler altında yapılan aşınma deneyleri ile gerçekleştirilmiştir. Mikroyapı incelemeleri, kontrollü Nd ve Gd ilavelerinin tane boyutunu etkili bir şekilde incelttiğini, ikinci faz dağılımını değiştirdiğini ve bunun sonucunda hem korozyon direncini hem de mekanik dayanımı artırdığını göstermiştir. İncelenen örnekler arasında Alaşım 4 en homojen ve ince taneli mikroyapıya sahip olurken, Alaşım 6 hem korozyon hem de aşınma direnci açısından en dengeli performansı göstermiştir. Hank çözeltisinde yapılan elektrokimyasal testler, Alaşım 4'ün en düşük korozyon akım yoğunluğuna (Icorr) ve en kararlı korozyon potansiyeline (Ecorr)** sahip olduğunu, dolayısıyla elektro-kimyasal bozunmaya karşı üstün direnç sergilediğini ortaya koymuştur. Tafel analizleri, orta düzeyde nadir toprak elementi içeren alaşımların daha koruyucu yüzey filmleri oluşturduğunu ve lokal korozyon aktivitelerini azalttığını doğrulamıştır. 500 g, 1000 g ve 1500 g yükler altında yapılan aşınma testleri, yük artışıyla birlikte aşınma miktarının da arttığını göstermiştir. Ancak, Alaşım 4 ve Alaşım 6 en düşük toplam aşınma hacmini sergileyerek mekanik dayanım ve yüzey kararlılığı açısından öne çıkmıştır. Sonuç olarak, optimize edilmiş Nd ve Gd mikroalaşımlandırması ile uygun ısıl işlem uygulaması, Zn-tabanlı biyolojik olarak parçalanabilir alaşımlarda korozyon direnci ile aşınma performansı arasında mükemmel bir denge sağlamaktadır. Bu bulgular, Alaşım 4'ü, fizyolojik ortamlarda kontrollü şekilde çözünebilen, yapısal açıdan güvenilir geçici biyomedikal implantlar için umut verici bir aday haline getirmektedir.
Özet (Çeviri)
The microstructural, electrochemical, and tribological properties of multi-element ZnMgAlMn-based alloys containing Nd and Gd elements in low content are explored in this paper with the goal being to design ZnMgAlMn-based alloys suitable for their potential application in biological implant materials. The ZnMgAlMn-based alloys were prepared through conventional casting followed by homogenizing heat treatment at 350°C for 4 hours. Multiple analytical techniques were employed, including a complete level of characterization by using techniques like SEM/EDS, potentiodynamic polarization tests, and scratch tests with varied load. Microstructural studies showed that alloying additions of both Nd and Gd were found to be effective in reducing grain size and modifying the distribution of second phases. Alloy 4 possessed an entirely homogeneous and finer grain structure from all the alloy compositions. In addition, alloy 6 possessed a desirable balance of corrosion and scratch resistance. By conducting electrochemical tests using the Hank's solution, it was observed that the alloys containing lowest corrosion current density values and exhibiting the most electrochemically stable potentials were the Alloy 4 alloys. The Tafel test results affirmed the observation that alloys with moderate rare earth were able to improve the surface film for lowering localized corrosion. Wear tests were carried out with loads of 500g, 1000g, and 1500g. Results show that there was load dependence in the behavior of the materials with increasing stress during the test. Nonetheless, Alloy 4 and Alloy 6 continued to have the lowest total volume of wear in comparison to the others. Overall, the results presented here demonstrate the potential of the Nd/ Gd microalloying treatment in the improvement of the balance between corrosion resistance and wear for Zn-based corrosion-sensitive alloys. They indicate Zn Alloy 4 has great potential as a structural material in designing temporary biomedical devices/implants with desired levels of corrosion resistance in physiological environments.
Benzer Tezler
- Wear and mechanical properties of Zn-0.1Mn-Al ternary alloys
Zn-0.1Mn-Al üçlü alaşımlarının aşınma ve mekanik özellikleri
AHMED RAMDAN ALMAQTOUF ALGWIL
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Karabük ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İSMAİL HAKKI KARA
- WE43 magnezyum alaşımına soğuk sprey kaplama yapılarak aşınma ve korozyon dayanımının geliştirilmesi
Improvement of wear and corrosion resistance by cold spray coating on W43 magnesium alloy
SERKAN GÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Metalurji MühendisliğiManisa Celal Bayar ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜLYA DURMUŞ
- Eşit kanal açısal presleme (EKAP) yöntemi ile Zn-Ag-Cu alaşımının içyapı, mekanik ve elektrokimyasal özelliklerinin araştırılması
Investigation of internal structure, mechanical and electrochemical properti̇es of Zn-Ag-Au alloy by equal channel angular pressing (ECAP)
MUHAMMED HARUN AKINCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SİNAN SEZEK
- Taban malzeme ile emaye kaplama arasındaki difüzyon mekanizmasının araştırılması ve düşük metal migrasyonuna sahip emaye geliştirilmesi
Investigation of diffusion mechanisms at substrate enamel interface and development of new enamel surface with low metal migration
ÖZGE IŞIKSAÇAN
Doktora
Türkçe
2020
Besin Hijyeni ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ONURALP YÜCEL
- Characteristics of cold sprayed titanium based coatings
Soğuk gaz dinamik püskürtme yöntemiyle üretilmiş titanyum esaslı kaplamaların karakteristiği
AHMET HİLMİ PAKSOY
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BAYDOĞAN
DOÇ. DR. ERDEM ATAR