Biyomedikal uygulamalar için biyobozunabilir Mg-Zn-Ca VE Mg-Zn-Ca-Mn alaşımlarının tasarımı ve üretimi
Design and production of biodegradable Mg-Zn-Ca VE Mg-Zn-Ca-Mn magnesium alloys for biomedical applications
Yazar: ALPER İNCESU
Danışman: PROF. DR. ALİ GÜNGÖR
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasının amacı; Mg-Zn-Ca ve Mg-Zn-Ca-Mn alaşım sistemlerinden kırık kemik destek plakası için malzeme tasarlayıp üretmektir.
Bu tez çalışmasında kırık kemik destek plaka malzemesi olarak 6 farklı Mg-Zn-Ca alaşımı ve 6 farklı Mg-Zn-Ca-Mn alaşımı tasarlanmış ve üretilmiştir. Üretilen malzemeler üzerinde karakterizasyon çalışmaları yapılmış, mekanik ve kimyasal testlerle servis koşulları gereksinimlerini karşılayıp karşılayamadıkları ortaya konulmuştur. Tasarlanan alaşımlar ile düşük ve yüksek orandaki Ca'un etkisi (ağ.% 0,3 ve ağ.% 1,8), farklı oranlarda Zn'un etkisi (ağ.% 1,  ağ.% 3 ve ağ.% 5) ve Mn'ın olduğu (ağ.% 0,3) ve olmadığı durumlar incelenmiştir. Ayrıca haddeleme ile tane boyutlarında meydana gelen değişimler ve bu değişimlerin alaşımların mekanik performans ve biyobozunabilirlik özellikleri üzerindeki etkileri de ortaya konulmuştur.
Alaşım elementleri olan Zn ve Ca'un alaşımdaki atomik oranına bağlı olarak Mg2Ca ve Ca2Mg6Zn3 fazlarının yapılarda ikincil fazlar olarak çökeldiği tespit edilmiştir. Bu fazların da mekanik performans ve biyobozunabilirlik özelliklerini doğrudan etkilediği belirlenmiş, Mg2Ca fazının korozyon hızını arttırıcı yönde, Ca2Mg6Zn3 fazının da korozyon hızını azaltıcı yönde etki yaptığı anlaşılmıştır.
Üretilen alaşımlardan ZXM100 (1,07Zn-0,21Ca-0,30Zn ağ.%) alaşımının haddeleme sonrası (ZXM100-h) hem mekanik özellikler (194 ± 3,2 MPa çekme mukavemeti) hem de korozyon performansı (0,054 mm/yıl korozyon hızı) bakımından optimum gereklilikleri karşılayabilcek tasarım olduğu tespit edilmiştir. Korozyon hızınının zamana bağlı dalgalanmamasından dolayı da kararlı bir bozunma mekanizmasına sahip olduğu anlaşılmıştır.

Abstract:
The goal of this thesis is to design and produce the material of fracture bone plate from Mg-Zn-Ca and Mg-Zn-Ca-Mn magnesium alloys. 
In this thesis, 6 different Mg-Zn-Ca alloys and 6 different Mg-Zn-Ca-Mn alloys were designed and produced as fracture bone plate material. Characterization studies were carried out on produced materials and it was revealed that they could meet the requirements of service conditions with mechanical and chemical tests. The effects of low and high levels of Ca (wt% 0.3 and wt% 1.8) content and the effects of different proportions of Zn (wt% 1, wt% 3 and 5 wt%) content were investigated. The cases where Mn is and not are examined. In addition, the changes in grain size by rolling and effect of these changes on the mechanical performance and biodegradability properties of alloys have been demonstrated.
Depending of the atomic ratio of alloying elements Zn and Ca in the alloy Mg2Ca and Ca2Mg6Zn3 phases were found to be precipitated as secondary phases in the structures. It has been determined that these phases directly affect the mechanical performance and biodegradability properties, Mg2Ca phase increases the corrosion rate, and the Ca2Mg6Zn3 phase has a decreasing effect on the corrosion rate.
The results obtained from the rolled sample of ZXM100 (1,07Zn-0,21Ca-0,30Zn ağ.%)  alloy (ZXM100-h) were determined to meet the optimum requirements in terms of both mechanical properties (tensile strength of 194 ± 3.2 MPa) and corrosion performance (0.054 mm / year corrosion rate) of fracture bone plate material. The corrosion rate was determined to have a stable degradation mechanism due to time fluctuations.