AZ91 Mg Alaşımı Üzerine Sol-Jel Yöntemi ile Yapılan Ta2O5 Kaplamalarda Daldırma Sayısının Kaplamaların Morfolojisine Etkisi

Yıl 2021, , 383 - 389, 01.06.2021

Canser Gül , Sevda Albayrak , Hanifi Çinici

https://doi.org/10.2339/politeknik.683006

Öz

Yapılan çalışma, sol-jel yöntemi kullanılarak üretilen Ta2O5 kaplı AZ91 Magnezyum (Mg) alaşımlarının karakterizasyonuna yöneliktir. Mg alaşımları hafiflikleri ve insan kemiğinin mekanik özelliklerine yakın mekanik özellikleri nedeni ile ortopedik uygulamalarda kullanım açısından ciddi bir potansiyele sahiptir. Fakat korozyon dayanımları vücut içinde uzun süreli kullanımlar için yetersiz kalmaktadır. Tantal (Ta) ise yüzeyinde oluşan oksit tabakası sayesinde korozyon dayanımı çok yüksek olan ve vücut için toksik etki yaratmayan bir elementtir. Yapılan çalışmada toz metalurji yöntemi ile üretilen AZ91 Mg alaşımları üzerine sol-jel yöntemi ile farklı daldırma sayılarında Ta2O5 kaplanması ve daldırma sayılarındaki bu değişimin kaplamaların morfolojisine etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Numuneler farklı daldırma sayılarında kaplandıktan sonra morfolojilerindeki değişim elektron mikroskobu (SEM-EDS) ve X-ışını kırınımı (XRD) kullanılarak incelenmiştir. Çalışmanın sonucunda sol-jel yönteminde karşılaşılan çatlaklı yapılarda, adacıklar arası mesafelerin kısaldığı gözlemlenmiştir. Artan daldırma sayısı ile ortalama 1, 3 ve 7 µm kalınlıklarda kaplama tabakasına sahip numuneler üretilmiş ve yüzeyde daha homojen bir kaplama yapısı oluşumu sağlanmıştır.

Anahtar Kelimeler

Sol-Jel, Ta2O5, Tantal, Mg alaşımı

Destekleyen Kurum

TÜBİTAK

Proje Numarası

118M364

Teşekkür

Bu çalışma TÜBİTAK tarafından 118M364 kodlu 1001 projesi ile desteklenmiştir.

Effect of Dipping Number on Morphology of Ta2O5 Coatings Made by Sol-Gel Method on AZ91 Mg Alloy

Öz

The study involves the characterization of the Ta2O5 coated AZ91 Magnesium (Mg) alloys produced using the sol-gel method. Mg alloys have a serious potential for use in orthopedic applications due to their lightness and mechanical properties close to the mechanical properties of human bone. However, their corrosion resistance is insufficient for long-term use within the body. Tantalum (Ta), on the other hand, is an element with a high corrosion resistance and does not create a toxic effect on the body thanks to the oxide layer formed on its surface. In this study, it was aimed to cover Ta2O5 in different dipping numbers with the sol-gel method on AZ91 Mg alloys produced by powder metallurgy method and to investigate the effect of this change on the morphology of the coatings. After the samples were coated in different dipping numbers, the change in their morphology was examined using electron microscopy (SEM-EDS) and X-ray diffraction (XRD). As a result of the study, it was observed that the distance between the islets was shortened in the cracked structures encountered in the sol-gel method. With the increasing number of dipping, samples with an average coating thickness of 1, 3 and 7 µm were produced and a more homogeneous coating structure was created on the surface.

Anahtar Kelimeler

Sol-Gel, Ta2O5, tantalum, Mg alloy

Proje Numarası

118M364

Kaynakça

• [1] Staiger, M. P., Pietak, A. M., Huadmai, J. ve G. Dias, “Magnesium and its alloys as orthopedic biomaterials: A review,” Biomaterials, 27: 1728–1734, (2006)
• [2] Kirkland, N. T., Birbilis N. ve Staiger, M. P. “Assessing the corrosion of biodegradable magnesium implants: A critical review of current methodologies and their limitations,” Acta Biomaterials, 8: 925–936, (2012)
• [3] Tahmasebifar, A., Kayhan, S. M., Evis, Z., Tezcaner, A., Çinici H. ve Koç, M., “Mechanical, electrochemical and biocompatibility evaluation of AZ91D magnesium alloy as a biomaterial,” Journal of Alloys and Compounds, 687: 906–919, (2016)
• [4] Ivanova, E. P., Bazaka K. ve Crawford, R. J., “Metallic biomaterials: types and advanced applications”, New functional biomaterials for medicine and healthcare, Woodhead Publishing, Oxford, (2014).
• [5] Surmeneva, M. A., Tyurin, A. I., Mukhametkaliyev, T. M., Pirozhkova, T. S., Shuvarin, I. A., Syrtanov, M. S. ve Surmenev, R. A., “Enhancement of the mechanical properties of AZ31 magnesium alloy via nanostructured hydroxyapatite thin films fabricated via radio-frequency magnetron sputtering,” Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 46: 127–136, (2015)
• [6] Niu, B., Shi, P., Wei, D., Shanshan, E., Li Q. ve Chen, Y., “Effects of sintering temperature on the corrosion behavior of AZ31 alloy with Ca-P sol-gel coating,” Journal of Alloys and Compounds, 665: 435–442, (2016)
• [7] Liu, G. Y., Hu, J., Ding Z. K. ve Wang, C., “Bioactive calcium phosphate coating formed on micro-arc oxidized magnesium by chemical deposition,” Applied Surface Science, 257: 2051–2057, (2011)
• [8] Ren, Y., Zhou, H., Nabiyouni M. ve Bhaduri, S. B., “Rapid coating of AZ31 magnesium alloy with calcium deficient hydroxyapatite using microwave energy,” Materials Science and Engineering C, 49: 364–372, (2015)
• [9] Xu, L., Pan, F., Yu, G., Yang, L., Zhang E. ve Yang, K., “In vitro and in vivo evaluation of the surface bioactivity of a calcium phosphate coated magnesium alloy,” Biomaterials, 30: 1512–1523, (2009)
• [10] Ahmadkhaniha, D., Sohi, M. H., Salehi A. ve Tahavvori, R., “Formations of AZ91/Al2O3 nano-composite layer by friction stir processing”, Journal of Magnesium and Alloys, 4: 314–318, (2016)
• [11] Chang, Y.-Y., Huang, H.-L., Chen, H.-J., Lai, C.-H. ve Wen, C.-Y., “Antibacterial properties and cytocompatibility of tantalum oxide coatings”, Surface and Coatings Technology, 259: 193–198, (2014)
• [12] Zhou, Y., Li, M., Cheng, Y., Zheng, Y. F., Xi, T. F. ve Wei, S. C., “Tantalum coated NiTi alloy by PIIID for biomedical application” Surface and Coatings Technology, 228: 2–6, (2013)
• [13] McCafferty, E. “Introduction to Corrosion Science”, Springer, 978-1-4419-0454-6, Washington, (2010).
• [14] Frandsen, C. J., Brammer, K. S., Noh, K., Johnston, G. ve Jin, S., “Tantalum coating on TiO2 nanotubes induces superior rate of matrix mineralization and osteofunctionality in human osteoblasts”, Materials Science and Engineering C, 37(1): 332–341, (2014)
• [15] Rahmati, B., Sarhan, A. A. D., Zalnezhad, E., Kamiab, Z., Dabbagh, A., Choudhury, D. ve Abas, W. A. B. W., “Development of tantalum oxide (Ta-O) thin film coating on biomedical Ti-6Al-4V alloy to enhance mechanical properties and biocompatibility”, Ceramics International, 42(1): 466–480, (2015)
• [16] Sun, Y. S., Chang, J. H. ve Huang, H. H. “Corrosion resistance and biocompatibility of titanium surface coated with amorphous tantalum pentoxide”, Thin Solid Films, 528: 130–135, (2013)
• [17] Xu, Y. F., Xiao, Y. F., Yi, D. Q., Liu, H. Q., Wu, L. ve Wen, J., “Corrosion behavior of Ti-Nb-Ta-Zr-Fe alloy for biomedical applications in Ringer’s solution”, Transactions of Nonferrous Metals Society of China (English Edition), 25(8): 2556–2563, (2015)
• [18] Arnould, C., Volcke, C., Lamarque, C., Thiry, P. A., Delhalle, J. ve Mekhalif, Z., “Titanium modified with layer-by-layer sol-gel tantalum oxide and an organodiphosphonic acid: A coating for hydroxyapatite growth”, Journal of Colloid and Interface Science, 336(2): 497–503, (2009)
• [19] American society of metals, “Properties and Selection; Nonferrous alloys and Special-Purpose Materials”, ASM Handbook, cilt 2, ASM International, USA, (1979).
• [20] Brandes, E. A., ve Brook, G. B. (Ed.). “Smithells Light Metals Handbook”, Butterworth-Heinemann, 0-7506-3625-4, Oxford, (1998).
• [21] Kandil, A. “Microstructure and Mechanical Properties of SiCp / AZ91 Magnesium Matrix Composites Processed By Stir Casting” Journal of Engineering Sciences, 40(1): 255–270, (2012)