Yıl 2019, Cilt 24 , Sayı 1, Sayfalar 193 - 206 2019-04-30

MİKRONİZE HİDROKSİAPATİT TOZ KATKILI ELEKTRİKSEL KIVILCIMLA İŞLENMİŞ Tİ-6AL-4V ALAŞIMININ YÜZEY ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ VE YÜZEYE TOZ KATKISI NÜFUZİYETİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ
Investigation of Surface Properties of Ti-6Al-4V Alloy Machined by Micronized Hydroxyapatite Powder Mixed Electrical Discharge Machining and Evaluation of the Powder Penetration to the Surface

Nihal Ekmekci [1] , Selim Akbaş [2]


Elektriksel Kıvılcımla İşleme (EKİ), özellikle çok sert ve karmaşık şekilli malzemelerin işlenmesinde tercih edilen alışılmamış imalat yöntemidir. Toz Katkılı Elektriksel Kıvılcımla İşleme (TKEKİ) yönteminde ise dielektrik sıvıya katılan toz partikülleri ile işlem performansının artırılması amaçlanmıştır. Bu amaçla, silisyum karbür (SiC), bakır (Cu), alüminyum (Al), demir (Fe) ve karbon (C) gibi birçok toz katkısı kullanılmaktadır. Hidroksiapatit (HA) genellikle kemiklerde dolgu malzemesi olarak ya da implantları desteklemek amacıyla kullanılan biouyumlu seramiktir. Bunun yanında, Titanyum (Ti) ve titanyum alaşımları da sahip olduğu mekanik özellikleri ve korozyon direnci nedeniyle medikal uygulamalarda sıkça tercih edilmektedir. Bu çalışmada, mikronize HA toz katkılı EKİ yöntemiyle işlenmiş Ti-6Al-4V alaşımının yüzey özellikleri ve işleme sırasında yüzeye toz katkısı nüfuziyeti incelenmiştir. Numuneler, 4 farklı akım seviyesinde ve her bir akım seviyesi için 10 farklı darbe süresi uygulanarak işlenmiştir. İşlenen numuneler, Taramalı Elektron Mikroskopu (SEM), Enerji Dağılım Spektrometresi (EDS), X-Işını Kırınım Difraktometresi (XRD) ve Optik Mikroskop ile incelenmiştir. Yüzeyde HA yönünden zengin oluşumlar gözlemlenmiş ve bu oluşumların gözlemlendiği parametreler tespit edilmiştir. Buna göre en iyi nüfuziyetin 22 A darbe akımı ve 100 µs ve 800 µs darbe sürelerinde gerçekleştiği gözlemlenmiştir. Tıbbi uygulamalar için HA bakımından zengin fonksiyonel yüzeyler talep edilmektedir. Ayrıca bu yüzeylerin TKEKİ yöntemiyle elde edilmesi yenilikçi bir yaklaşımdır.

Electrical Discharge Machining (EDM) is a nontraditional manufacturing processes that is particularly preferred in the machining of very hard and complex shaped materials. It is aimed to increase the process performance with powder additive added to the dielectric liquid in the Powder Mixed Electrical Discharge Machining (PMEDM). For this purpose, many powder additives such as silicon carbide (SiC), copper (Cu), aluminum (Al), iron (Fe) and carbon (C) have been used. Hydroxyapatite (HA) is a biocompatible ceramic that is usually used as a filler in bones or to support implants. Besides this, Titanium (Ti) and titanium alloys are frequently preferred in medical applications due to their mechanical properties and corrosion resistance. In this study, surface properties of Ti-6Al-4V alloy machined by micronized HA mixed EDM and powder penetration on the surface during machining were investigated. Samples were processed at 4 different current levels with 10 different pulse duration for each current level. Machined samples were examined by Scanning Electron Microscope (SEM), Energy Distribution Spectrometer (EDS), X-Ray Diffractometer (XRD) and Optical Microscope. HA-rich occurrences were observed on the surface and parameters in which the occurrences are observed were determined. Accordingly, the best penetration was observed in the pulse current of 22 A and the pulse durations of 100 µs and 800 µs. HA-rich functional surfaces are demanded for medical applications. In addition, it is an innovative approach to obtain these surfaces by PMEDM method.points of the article will be included in this section. Not to exceed two hundred words, abstract stating the main points of the article will be included in this section.

  • Chen, S. L., Yan, B. H. and Huang, F. Y. (1999) Influence of kerosene and distilled water as dielectric on the electric discharge machining characteristics of Ti-6Al-4V. Journal of Materials Processing Technology, 87, 107–111. doi:10.1016/S0924-0136(98)00340-9
  • Chow, H. M., Yang, L. D., Lin, C. T. and Chen, Y. F. (2008) The use of SiC powder in water as dielectric for micro-slit EDM machining. Journal of Materials Processing Technology, 195(1-3), 160-170. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2007.04.130
  • Ekmekci, B., Elkoca, O., Erden, A. (2005) A comparative study on the surface integrity of plastic mold steel due to electric discharge machining, Metallurgical and Materials Transactions B, 36(1), 117-124. doi: 10.1007/s11663-005-0011-6
  • Ekmekci B. (2009) White layer composition, heat treatment, and crack formation in electric discharge machining process, Journal of Metallurgical and Materials Transactions B, 40(B), 70-81. doi: 10.1007/s11663-008-9220-0
  • Ekmekci, B. and Ekmekci, N. (2014) Hydroxyapatite deposition onto Ti-6Al-4V surface in powder mixed electrical discharge machining’, Advanced Materials Research, 856, 205-209. doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.856.205
  • Ekmekci, B., Ulusöz, F., Ekmekci, N. and Yaşar, H. (2015) Suspended SiC particle deposition on plastic mold steel surfaces in powder mixed electrical discharge machining, Proc IMech E Part B: J Engineering Manufacture, 229(3), 475–486. doi: 10.1177/0954405414530902
  • Ekmekci, N. and Ekmekci, B. (2016) Electrical discharge machining of Ti6Al4V in hydroxyapatite powder mixed dielectric liquid, Materials and Manufacturing Processes, 31(13), 1663-1670. doi: 10.1080/10426914.2015.1090591
  • Ekmekci, B., Yaşar, H. and Ekmekci, N. (2016) A discharge separation model for powder mixed electrical discharge machining, Journal of manufacturing science and engineering, Transactions of the ASME, 138 (8), 1-9. doi: 10.1115/1.4033042
  • Erden, A. and Bilgin, S. (1980) Role of impurities in electric discharge machining, Proceedings of the 21.İnternational Machine Tool Design and Research Conference, Macmillon, London, 345-350.
  • Ghanem, F., Braham, C., Sidhom, H. (2003) Influence of steel type on electrical discharge machined surface integrity, Journal of Materials Processing Technology, 142, 163–173. doi:10.1016/S0924-0136(03)00572-7
  • Hanawa, T. (2004) Metal ion release from metal implants, Materials Science and Engineering C, 24, 745–752. doi: 10.1016/j.msec.2004.08.018
  • Jeswani, M. L. (1981) Electrical discharge machining in distilled water, Wear, 72, 81-88. doi:10.1016/0043-1648(81)90285-4
  • Kang, S. H. and Kim, D. E. (2005) Effect of Electrical Discharge Machining Process on Crack Susceptibility of Nickel Based Heat Resistant Alloy, Material Science Technology, 21(7), 817-823. doi:10.1179/174328405X36601
  • Kansal, H. K., Singh, S. and Kumar, P. (2005) Parametric optimization of powder mixed electrical discharge machining by response surface methodology, Journal of Materials Processing Technology, 169, 427-436. doi:10.1016/j.jmatprotec.2005.03.028
  • Lee, H. T. and Tai, T. Y. (2003) Relationship between EDM parameters and surface crack formation, Journal of Materials Processing Technology, 142, 676–683. doi:10.1016/S0924-0136(03)00688-5
  • Legeros, R. Z. and Legeros, J. P. (2008) Hydroxyapatite, in: T. Kokubo (Ed.), Bioceramics and their clinical applications, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, England.
  • Lloyd, H. K. and Warren, R. H. (1965) Metallurgy of spark-machined surfaces, Journal of Iron and Steel Ins., 203, 238-247.
  • Lonardo, P. M. and Bruzzone, A. (1999) Effect of flushing and electrode material on die sinking EDM, CIRP Annals - Manufacturing Technology, 48 (1), 123–126. doi:10.1016/S0007-8506(07)63146-1
  • McGeough, J. A. and Rasmussen, H. (1982) A macroscopic model of electro-discharge machining, International Journal of Machine Tool Design and Research, 22(4), 333-339. doi:10.1016/0020-7357(82)90010-5
  • Özerkan, B. and Çoğun, C. (2005) Effect of powder mixed dielectric on machining performance in electric discharge machining (EDM), G.U Journal of Science, 18(2), 211-228.
  • Pecas, P. and Henriques, E. (2003) Influence of silicon powder mixed dielectric on conventional electrical discharge machining, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 43(14), 1465-1471. doi: 10.1016/S0890-6955(03)00169-X
  • Rival, R. (2005) Electrical discharge machining of titanium alloy using copper tungsten electrode with SiC powder suspension dielectric fluid. Masters Thesis, Universiti Teknologi Malaysia, Faculty of Mechanical Engineering, Malaysia.
  • Soni, J. S. and Chakraverti, G. (1996) Experimental investigation on migration of material during EDM of T 215 Cr12 die steel, Journal of Materials Processing Technology, 56, 439–451. doi: 10.1016/0924-0136(95)01858-1
  • Wong, Y. S., Lim, L. C., Rahuman, I. and Tee, W. M. (1998) Near-mirror-finish phenomenon in EDM using powder-mixed dielectric. Journal of Materials Processing Technology, 79(1-3), 30– 40. doi: 10.1016/S0924-0136(97)00450-0
  • Yan, H. and Chen, S. L. (1999) Effects of dielectric with suspended aluminum powder on EDM, The Journal of Chinese Society of Mechanical Engineers, 14(3), 307–312.
  • Zhao, W. S., Meng, O. G., Wang, Z. L. (2002) The application of research on powder mixed EDM in rough machining, Journal of Materials Processing Technology, 129, 30-33.
Birincil Dil tr
Konular Mühendislik
Bölüm Araştırma Makaleleri
Yazarlar

Orcid: 0000-0002-1447-0711
Yazar: Nihal Ekmekci (Sorumlu Yazar)
Kurum: BÜLENT ECEVİT ÜNİVERSİTESİ, MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
Ülke: Turkey


Yazar: Selim Akbaş
Ülke: Turkey


Tarihler

Başvuru Tarihi : 21 Aralık 2018
Kabul Tarihi : 5 Mart 2019
Yayımlanma Tarihi : 30 Nisan 2019

Bibtex @araştırma makalesi { uumfd500591, journal = {Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering}, issn = {2148-4147}, eissn = {2148-4155}, address = {}, publisher = {Bursa Uludağ Üniversitesi}, year = {2019}, volume = {24}, pages = {193 - 206}, doi = {10.17482/uumfd.500591}, title = {MİKRONİZE HİDROKSİAPATİT TOZ KATKILI ELEKTRİKSEL KIVILCIMLA İŞLENMİŞ Tİ-6AL-4V ALAŞIMININ YÜZEY ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ VE YÜZEYE TOZ KATKISI NÜFUZİYETİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ}, key = {cite}, author = {Ekmekci, Nihal and Akbaş, Selim} }
APA Ekmekci, N , Akbaş, S . (2019). MİKRONİZE HİDROKSİAPATİT TOZ KATKILI ELEKTRİKSEL KIVILCIMLA İŞLENMİŞ Tİ-6AL-4V ALAŞIMININ YÜZEY ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ VE YÜZEYE TOZ KATKISI NÜFUZİYETİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ. Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering , 24 (1) , 193-206 . DOI: 10.17482/uumfd.500591
MLA Ekmekci, N , Akbaş, S . "MİKRONİZE HİDROKSİAPATİT TOZ KATKILI ELEKTRİKSEL KIVILCIMLA İŞLENMİŞ Tİ-6AL-4V ALAŞIMININ YÜZEY ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ VE YÜZEYE TOZ KATKISI NÜFUZİYETİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ". Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering 24 (2019 ): 193-206 <https://dergipark.org.tr/tr/pub/uumfd/issue/43494/500591>
Chicago Ekmekci, N , Akbaş, S . "MİKRONİZE HİDROKSİAPATİT TOZ KATKILI ELEKTRİKSEL KIVILCIMLA İŞLENMİŞ Tİ-6AL-4V ALAŞIMININ YÜZEY ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ VE YÜZEYE TOZ KATKISI NÜFUZİYETİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ". Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering 24 (2019 ): 193-206
RIS TY - JOUR T1 - MİKRONİZE HİDROKSİAPATİT TOZ KATKILI ELEKTRİKSEL KIVILCIMLA İŞLENMİŞ Tİ-6AL-4V ALAŞIMININ YÜZEY ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ VE YÜZEYE TOZ KATKISI NÜFUZİYETİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ AU - Nihal Ekmekci , Selim Akbaş Y1 - 2019 PY - 2019 N1 - doi: 10.17482/uumfd.500591 DO - 10.17482/uumfd.500591 T2 - Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering JF - Journal JO - JOR SP - 193 EP - 206 VL - 24 IS - 1 SN - 2148-4147-2148-4155 M3 - doi: 10.17482/uumfd.500591 UR - https://doi.org/10.17482/uumfd.500591 Y2 - 2019 ER -
EndNote %0 Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering MİKRONİZE HİDROKSİAPATİT TOZ KATKILI ELEKTRİKSEL KIVILCIMLA İŞLENMİŞ Tİ-6AL-4V ALAŞIMININ YÜZEY ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ VE YÜZEYE TOZ KATKISI NÜFUZİYETİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ %A Nihal Ekmekci , Selim Akbaş %T MİKRONİZE HİDROKSİAPATİT TOZ KATKILI ELEKTRİKSEL KIVILCIMLA İŞLENMİŞ Tİ-6AL-4V ALAŞIMININ YÜZEY ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ VE YÜZEYE TOZ KATKISI NÜFUZİYETİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ %D 2019 %J Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering %P 2148-4147-2148-4155 %V 24 %N 1 %R doi: 10.17482/uumfd.500591 %U 10.17482/uumfd.500591
ISNAD Ekmekci, Nihal , Akbaş, Selim . "MİKRONİZE HİDROKSİAPATİT TOZ KATKILI ELEKTRİKSEL KIVILCIMLA İŞLENMİŞ Tİ-6AL-4V ALAŞIMININ YÜZEY ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ VE YÜZEYE TOZ KATKISI NÜFUZİYETİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ". Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering 24 / 1 (Nisan 2019): 193-206 . https://doi.org/10.17482/uumfd.500591
AMA Ekmekci N , Akbaş S . MİKRONİZE HİDROKSİAPATİT TOZ KATKILI ELEKTRİKSEL KIVILCIMLA İŞLENMİŞ Tİ-6AL-4V ALAŞIMININ YÜZEY ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ VE YÜZEYE TOZ KATKISI NÜFUZİYETİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ. JFE. 2019; 24(1): 193-206.
Vancouver Ekmekci N , Akbaş S . MİKRONİZE HİDROKSİAPATİT TOZ KATKILI ELEKTRİKSEL KIVILCIMLA İŞLENMİŞ Tİ-6AL-4V ALAŞIMININ YÜZEY ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ VE YÜZEYE TOZ KATKISI NÜFUZİYETİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ. Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering. 2019; 24(1): 206-193.