Investigation of Mechanical Properties of Ti6Al4V Alloy Foams produced by Powder Metallurgy Method

In this study, it was aimed to production titanium alloy implants, which are widely used in the biomedical industry, as foamed materials under different mechanical alloying and sintering conditions using the powder metallurgy method Tİ6Al4V alloy is good mechanical properties, good biocompatibility properties and good corrosion resistance used as hard tissue replacements and implants. Similar mechanic properties with bone are expected from the implant to work coherently for long cycles of use and without any failure. Especially, elastic modulus of implant must be similar with bones, if not, some damages at bone surface and fallowing repeats of implant surgeries are reported. This situation has a destructive effect on health, finance, and comfort of the patient/user of the implant. In this study, powder metallurgy and space holder removal methods were used to produce porous Ti6Al4V specimens. Throughout the project study different space holder materials and binder agents were used. As weight percent, 20%, 30%, 40%, 60%, 70%, 80% porous specimens were pressed at uniaxial press machine, and sintered to the 850 ºC at argon atmosphere in furnace to reduce the oxidation to the level as low as possible. The E-Modulus values of the specimens reached the desired values with increasing porosity. It was obtained as 88 MPa in the specimen with 80% porosity, decreasing inversely proportionally, especially from the 60% porosity rate.

Bu çalışmada biyomedikal endüstrisinde yaygın olarak kullanılan titanyum alaşımlı implantların toz metalurjisi yöntemi kullanılarak farklı mekanik alaşımlama ve sinterleme şartlarında köpüklü malzeme olarak üretilmesi amaçlanmıştır. Ti6Al4V iyi mekanik özellikleri, biyo-uyumluluğu ve iyi korozyon direnci gibi özellikleri sebebiyle sert doku implantları olarak kullanılmaktadır. Kemik dokusu ile çalışacak implant malzemesinin mekanik özelliklerinin kemiğe benzer olması, kemik ve implantın uyumlu ve uzun döngü süreleri boyunca kullanılabilmeleri için tercih edilmektedir. Bilhassa, implantın elastik modülünün kemiğin elastik modülüne yakın olmadığı takdirde, kemiğin zarar gördüğü ve ilişkili ortopedik ameliyat ve operasyonların tekrar edildiği rapor edilmiştir. Bu durum hem ekonomik olarak hem de implant kullanıcısının konforu ve sağlığı açısından yıkıcı etkilere sahip olabilmektedir. Bu çalışmada toz metalurjisi ve boşluk yaratıcı malzemelerin uçurulması prensipleri kullanılarak poroziteli Ti6Al4V numuneleri hazırlanmıştır. Farklı uçucu malzemeler ve bağlayıcılar denenmiştir. Ağırlıkça yüzde porozite miktarları %20, %30, %40, %60, %70, %80 değerlerinde üretilen numuneler tek eksenli sıkıştırma yöntemiyle presslenerek, oksidasyonu en az değere düşürmek amacıyla argon ortamında 850 ºC’ ye kadar sinterlenmiştir. Numunelerin E-Modül değerleri artan porozite ile birlikte istenilen değerlere ulaşmıştır. Özellikle %60 porozite oranından itibaren ters orantılı olarak azalarak %80 poroziteye sahip numunede 88 MPa olarak elde edilmiştir.