Farklı soğutma ortamları kullanılarak ısıl işlem görmüş Ti6Al4V alaşımının SBF ve Hank solüsyonlarında biyokorozyon davranışının incelenmesi

Year 2024, , 453 - 462, 30.06.2024

Şakir Altınsoy , Rezzan Yardımcı , Fatma Zehra Köse , Gökçe Koç

https://doi.org/10.24012/dumf.1452762

Abstract

Ti6Al4V alaşımı mükemmel korozyon direnci, düşük yoğunluk, yüksek mekanik özellikler ve biyouyumluluk özellikleri nedeniyle ortodonti, medikal implant, cerrahi aletler, gıda ve havacılık endüstrisi gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Özellikle biyomalzeme olarak kullanımı korozif ortamlara karşı mekanizmasının anlaşılmasını zorunlu kılmıştır. α+β alaşım gurubuna sahip Ti6Al4V alaşımının ısıl işlem sonrası birçok özelliği iyileştirilebilir. Bu çalışmada, Ti6Al4V alaşımına 1100°C sıcaklıkta 20 dak ısıl işlem uygulanarak su, hava ve yağ ortamlarında soğutulmuştur. Farklı soğutma ortamlarında işlem görmüş numunelerin SBF (yapay vücut sıvısı) ve Hank solüsyonlarına maruz kalması sonucu mikro yapıdaki faz dönüşümlerinin sertlik, yüzey kalitesi, işlenebilirlik ve korozyon özelliklerine etkileri incelenmiştir. Sonuçlara göre yüksek sıcaklıklarda oluşan ikincil fazların malzemenin mekanik ve korozyon özelliklerini etkilediği tespit edilmiştir. Soğutma ortamının ve korozif ortamın mekanik özellikler ve korozyon direnci üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu belirlenmiştir. Yağ ve havada gerçekleştirilen soğutma işlemi sonrasında her iki çözeltide de parçaların korozyon direncinin arttığı gözlemlenmiştir. Ayrıca işleme sonrası kesici uçlarda uç yüzeyinde kaplama ayrılması ve serbest yüzey aşınması tespit edilmiştir.

Keywords

Ti6Al4V, ısıl işlem, biyokorozyon, mikroyapı, yüzey pürüzlülüğü.

References

• [1] Z. D. Çırak ve D. B. Yakıncı, “Tibbi uygulamalarda kullanılan biyouyumlu biyomalzemeler”, İnönü Üniversitesi Sağlık Hizmetleri Meslek Yüksek Okulu Dergisi, c. 8, sy 2, ss. 515-526, 2020.
• [2] J. Park ve R. S. Lakes, Biomaterials: an introduction. Springer Science & Business Media, 2007.
• [3] B. D. Ratner, A. S. Hoffman, F. J. Schoen, ve J. E. Lemons, Biomaterials science: an introduction to materials in medicine. Academic Press, Elsevier, 2004.
• [4] Y. Kayalı, Ş. Talaş, Y. Yalçın, ve C. Taşkın, “H2 plazma ön işleminden sonra anodik oksidasyon uygulanmış Ti6Al4V alaşımının elektrokimyasal korozyon davranışının incelenmesi”, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 17, sy 3, ss. 1088-1095, 2017.
• [5] F. Taylan ve O. Nazım, “Tİ-6AL-4V ELI malzemesinin tornalama işleminde yüksek basınçlı jet soğutmanın yüzey pürüzlülüğüne etkisi”, Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, c. 10, sy 1, ss. 31-46, 2018.
• [6] T. P. S. Sarao, H. Singh, ve H. Singh, “Enhancing Biocompatibility and Corrosion Resistance of Ti-6Al-4V Alloy by Surface Modification Route”, J Therm Spray Tech, c. 27, sy 8, ss. 1388-1400, Ara. 2018, doi: 10.1007/s11666-018-0746-7.
• [7] M. Armendia, P. Osborne, A. Garay, J. Belloso, S. Turner, ve P.-J. Arrazola, “Influence of Heat Treatment on the Machinability of Titanium Alloys”, Materials and Manufacturing Processes, c. 27, sy 4, ss. 457-461, Nis. 2012, doi: 10.1080/10426914.2011.585499.
• [8] S. Bruschi, R. Bertolini, A. Bordin, F. Medea, ve A. Ghiotti, “Influence of the machining parameters and cooling strategies on the wear behavior of wrought and additive manufactured Ti6Al4V for biomedical applications”, Tribology International, c. 102, ss. 133-142, Eki. 2016, doi: 10.1016/j.triboint.2016.05.036.
• [9] T. Özel, M. Sima, A. K. Srivastava, ve B. Kaftanoglu, “Investigations on the effects of multi-layered coated inserts in machining Ti–6Al–4V alloy with experiments and finite element simulations”, CIRP annals, c. 59, sy 1, ss. 77-82, 2010.
• [10] Y. Qin vd., “Adaptive-lubricating PEO/Ag/MoS2 multilayered coatings for Ti6Al4V alloy at elevated temperature”, Materials & Design, c. 107, ss. 311-321, 2016.
• [11] G. Ateş, “Ti6Al4V titanyum alaşımının iç yapısı ve yüzey özellikleri üzerine termokimyasal işlem parametrelerinin etkisi”, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta, Türkiye, 2018.
• [12] G. Lütjering ve J. C. Williams, Ed., “Special Properties and Applications of Titanium”, içinde Titanium, içinde Engineering Materials, Processes. , Berlin, Heidelberg: Springer, 2007, ss. 383-415. doi: 10.1007/978-3-540-73036-1_10.
• [13] E. C. Santos, M. Morita, M. Shiomi, K. Osakada, ve M. Takahashi, “Laser gas nitriding of pure titanium using CW and pulsed Nd:YAG lasers”, Surface and Coatings Technology, c. 201, sy 3, ss. 1635-1642, Eki. 2006, doi: 10.1016/j.surfcoat.2006.02.048.
• [14] Y. S. Tian, C. Z. Chen, S. T. Li, ve Q. H. Huo, “Research progress on laser surface modification of titanium alloys”, Applied Surface Science, c. 242, sy 1, ss. 177-184, Mar. 2005, doi: 10.1016/j.apsusc.2004.08.011.
• [15] Z. Tüylek, “Biyomateryaller ve sağlıkta kullanımı”, Bozok Tıp Dergisi, c. 7, sy 4, Art. sy 4, Ara. 2017.
• [16] S. Erkan, “Bakır nanopartikül kaplama sonrası Ti6Al4V alaşımının antibakteriyel, biyouyumluluk ve biyokorozyon özelliklerinin incelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Yeni Yüzyıl Üniversitesi, Fen Bilimler Enstitüsü, İstanbul Yeni Yüzyıl Üniversitesi, 2022. Erişim: 01 Nisan 2024. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tezSorguSonucYeni.jsp
• [17] A. Parsapour, S. N. Khorasani, ve M. H. Fathi, “Effect of Surface Treatment and Metallic Coating on Corrosion Behavior and Biocompatibility of Surgical 316L Stainless Steel Implant”, Journal of Materials Science & Technology, c. 28, sy 2, ss. 125-131, Şub. 2012, doi: 10.1016/S1005-0302(12)60032-2.
• [18] X. Liu, P. K. Chu, ve C. Ding, “Surface modification of titanium, titanium alloys, and related materials for biomedical applications”, Materials Science and Engineering: R: Reports, c. 47, sy 3-4, ss. 49-121, 2004.
• [19] L. Urtekin ve Ö. Keleş, “Biyomedikal Uygulamalar İçin TiN Kaplı Ti6Al4V Alaşımının Mekanik Özelliklerinin Araştırılması”, Savunma Bilimleri Dergisi, c. 18, sy 36, ss. 91-108, 2019.
• [20] M. Bao vd., “Optimization of mechanical properties, biocorrosion properties and antibacterial properties of wrought Ti-3Cu alloy by heat treatment”, Bioactive materials, c. 3, sy 1, ss. 28-38, 2018.
• [21] I. Hren, S. Kuśmierczak, R. Horkỳ, ve J. Mach, “Analysis of the Effect of Heat Treatment and Corrosion Load on the Microstructure and Microhardness of the Ti6Al4V Alloy”, Manufacturing Technology, c. 22, sy 4, ss. 414-422, 2022.
• [22] S. N. Sawant, S. K. Patil, D. R. Unune, P. Nazare, ve S. Wojciechowski, “Effect of copper, tungsten copper and tungsten carbide tools on micro-electric discharge drilling of Ti–6Al–4V alloy”, Journal of Materials Research and Technology, c. 24, ss. 4242-4257, May. 2023, doi: 10.1016/j.jmrt.2023.04.067.
• [23] M. Talha, C. K. Behera, ve O. P. Sinha, “Potentiodynamic polarization study of Type 316L and 316LVM stainless steels for surgical implants in simulated body fluids”, Journal of chemical and Pharmaceutical research, c. 4, sy 1, ss. 203-208, 2012.
• [24] M. Yazıcı, O. Çomaklı, T. Yetim, A. F. Yetim, ve A. Çelik, “The effect of plasma nitriding temperature on the electrochemical and semiconducting properties of thin passive films formed on 316 L stainless steel implant material in SBF solution”, Surface and Coatings Technology, c. 261, ss. 181-188, 2015.
• [25] A. Almubarak, W. Abuhaimed, ve A. Almazrouee, “Corrosion behavior of the stressed sensitized austenitic stainless steels of high nitrogen content in seawater”, International Journal of Electrochemistry, c. 2013, 2013.
• [26] J. M. S. Al-Murshdy ve B. J. Ghayyib, “Effect of heat treatment on properties of titanium biomedical alloy”, Journal of University of Babylon for Engineering Sciences, c. 27, sy 1, ss. 232-246, 2019.
• [27] J. M. Salman ve M. L. Aziz, “Some properties of biomedical Ti6Al4V alloy in different solutions”, The Iraqi Journal for Mechanical and Materials Engineering, c. 19, sy 2, ss. 138-156, 2019.
• [28] B. Vrancken, L. Thijs, J.-P. Kruth, ve J. Van Humbeeck, “Heat treatment of Ti6Al4V produced by Selective Laser Melting: Microstructure and mechanical properties”, Journal of Alloys and Compounds, c. 541, ss. 177-185, Kas. 2012, doi: 10.1016/j.jallcom.2012.07.022.
• [29] Y. H. Kim vd., “The effect of sigma phases formation depending on Cr/Ni equivalent ratio in AISI 316L weldments”, Materials & Design, c. 32, sy 1, ss. 330-336, 2011.
• [30] D. R. Askeland, P. P. Phulé, W. J. Wright, ve D. K. Bhattacharya, “The science and engineering of materials”, 2003.
• [31] X. Yan vd., “Effect of heat treatment on the phase transformation and mechanical properties of Ti6Al4V fabricated by selective laser melting”, Journal of Alloys and Compounds, c. 764, ss. 1056-1071, Eki. 2018, doi: 10.1016/j.jallcom.2018.06.076.
• [32] T. Hryniewicz, R. Rokicki, ve K. Rokosz, “Corrosion and surface characterization of titanium biomaterial after magnetoelectropolishing”, Surface and Coatings Technology, c. 203, sy 10-11, ss. 1508-1515, 2009.
• [33] H. Başak ve Ş. Baday, “Küreselleştirilmiş orta karbonlu bir çeliğin işlenmesinde, kesme parametrelerinin kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğüne etkilerinin regresyon analizi ile modellenmesi”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 22, sy 4, Art. sy 4, Ağu. 2016.
• [34] E. Cerri, E. Ghio, ve G. Bolelli, “Effect of surface roughness and industrial heat treatments on the microstructure and mechanical properties of Ti6Al4V alloy manufactured by laser powder bed fusion in different built orientations”, Materials Science and Engineering: A, c. 851, s. 143635, Ağu. 2022, doi: 10.1016/j.msea.2022.143635.
• [35] P. Thao Mai, T. Bormann, R. Sonntag, J. Philippe Kretzer, ve J. Gibmeier, “Short-term heat treatment of Ti6Al4V ELI as implant material”, Materials, c. 13, sy 21, ss. 1-14, 2020.
• [36] H. Gökkaya, “AA5052 alaşımının işlenmesinde işleme parametrelerinin kesme kuvveti ve yüzey pürüzlülüğüne etkisinin deneysel olarak incelenmesi”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 12, sy 3, Art. sy 3, Mar. 2006.
• [37] A. R. Motorcu, “Isıl işlemle sertliği 53 HRC’ye çıkarılmış AISI 1050 çeliğinin kaplamalı karbür takımla işlenmesinde takım aşınmasının değerlendirilmesi”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 12, sy 3, Art. sy 3, Mar. 2006.
• [38] M. cemal Çakir ve K. Özdemi̇r, “Kesme parametrelerinin başlangıç aşınmasına etkisinin deneysel olarak incelenmesi”, Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, c. 13, sy 2, Art. sy 2, Ağu. 2008, doi: 10.17482/uujfe.55280.
• [39] Y. Kayır ve A. Aytürk, “AISI 316Ti paslanmaz çeliğin işlenebilirlik karakteristiklerinin incelenmesi”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 18, sy 1, 2012.
• [40] R. Lindvall, F. Lenrick, R. M’Saoubi, J.-E. Ståhl, ve V. Bushlya, “Performance and wear mechanisms of uncoated cemented carbide cutting tools in Ti6Al4V machining”, Wear, c. 477, s. 203824, Tem. 2021, doi: 10.1016/j.wear.2021.203824.
• [41] P.-J. Arrazola, A. Garay, L.-M. Iriarte, M. Armendia, S. Marya, ve F. Le Maître, “Machinability of titanium alloys (Ti6Al4V and Ti555.3)”, Journal of Materials Processing Technology, c. 209, sy 5, ss. 2223-2230, Mar. 2009, doi: 10.1016/j.jmatprotec.2008.06.020.
• [42] N. Muthukrishnan ve P. Davim, “Influence of coolant in machinability of titanium alloy (Ti-6Al-4V)”, Journal of Surface Engineered Materials and Advanced Technology, c. 2011, 2011.
• [43] S. Pervaiz, A. Rashid, I. Deiab, ve C. M. Nicolescu, “An experimental investigation on effect of minimum quantity cooling lubrication (MQCL) in machining titanium alloy (Ti6Al4V)”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, c. 87, ss. 1371-1386, 2016.
• [44] S. Ramesh, L. Karunamoorthy, ve K. Palanikumar, “Surface roughness analysis in machining of titanium alloy”, Materials and Manufacturing Processes, c. 23, sy 2, ss. 174-181, Oca. 2008, doi: 10.1080/10426910701774700.
• [45] K. A. Venugopal, S. Paul, ve A. B. Chattopadhyay, “Growth of tool wear in turning of Ti-6Al-4V alloy under cryogenic cooling”, Wear, c. 262, sy 9, ss. 1071-1078, Nis. 2007, doi: 10.1016/j.wear.2006.11.010.
• [46] N. B. Ullen, S. M. A. Hasak, ve M. H. Dirikolu, “Factors influencing the machinability during turning sinter-hardened Cu-Ni-Mo based steel: Dependency on cutting speed, feed rate and cutting depth”, Journal of Engineering Research, c. 8, sy 4, 2020.
• [47] E. Ünal ve F. Karaca, “Ti – 6Al – 4V alaşımının dik işlem merkezli CNC tezgahında işlenebilirliğinin araştırılması”, (DAD), c. 6, sy 1, Art. sy 1, Kas. 2007.
• [48] H. Kazancıoğlu, S. Kılıç, ve A. K. Gülsüm, “Titanyum dental implantlarda korozyon”, Atatürk Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi Dergisi, c. 24, sy Supplement 8, ss. 82-87, 2015.
• [49] A. C. Tas, “Synthesis of biomimetic Ca-hydroxyapatite powders at 37 C in synthetic body fluids”, Biomaterials, c. 21, sy 14, ss. 1429-1438, 2000.
• [50] S. Ghosh, V. P. S. Rana, V. Kain, V. Mittal, ve S. K. Baveja, “Role of residual stresses induced by industrial fabrication on stress corrosion cracking susceptibility of austenitic stainless steel”, Materials & Design, c. 32, sy 7, ss. 3823-3831, 2011.
• [51] L. Tóth, F. Haraszti, ve T. Kovács, “Surface roughness effect in the case of welded stainless steel corrosion resistance”, Acta Materialia Transylvanica, c. 1, sy 1, ss. 53-56, 2018.
• [52] Z. E. Sánchez-Hernández, M. A. Dominguez-Crespo, A. M. Torres-Huerta, E. Onofre-Bustamante, J. A. Adame, ve H. Dorantes-Rosales, “Improvement of adhesion and barrier properties of biomedical stainless steel by deposition of YSZ coatings using RF magnetron sputtering”, Materials characterization, c. 91, ss. 50-57, 2014.
• [53] F. R. García-Galvan, S. Fajardo, V. Barranco, ve S. Feliu Jr, “Experimental apparent stern–geary coefficients for AZ31B Mg alloy in physiological body fluids for accurate corrosion rate determination”, Metals, c. 11, sy 3, s. 391, 2021.
• [54] P. O. Omoniyi, E. T. Akinlabi, R. M. Mahamood, ve T. C. Jen, “Corrosion resistance of heat treated Ti6Al4V in NaCl”, Chemical Data Collections, c. 36, s. 100780, Ara. 2021, doi: 10.1016/j.cdc.2021.100780.
• [55] N. Pulido-González, P. Hidalgo-Manrique, S. García-Rodríguez, B. Torres, ve J. Rams, “Effect of heat treatment on the mechanical and biocorrosion behaviour of two Mg-Zn-Ca alloys”, Journal of Magnesium and Alloys, c. 10, sy 2, ss. 540-554, Şub. 2022, doi: 10.1016/j.jma.2021.06.022.
• [56] E. Zhang, J. Ren, S. Li, L. Yang, ve G. Qin, “Optimization of mechanical properties, biocorrosion properties and antibacterial properties of as-cast Ti–Cu alloys”, Biomed. Mater., c. 11, sy 6, s. 065001, Eki. 2016, doi: 10.1088/1748-6041/11/6/065001.
• [57] J. C. Lippold, Welding metallurgy and weldability. John Wiley & Sons, 2014. Erişim: 07 Nisan 2024.