Toz metalurjisi yöntemiyle SiC takviyeli TiNi kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of SiCp reinforced TiNi composites by powder metallurgy method
Yazar: HÜLYA AKKAN
Danışman: PROF. DR. MEHMET ŞİMŞİR
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Son yıllarda TiNi alaşımlarının biyouyumluluk ve mekanik özelliklerinin iyileştirilmesine yönelik çalışmalar yapılmaya başlanmıştır. TiNi alaşımları ticari uygulamalarda (havacılık, tıp ve dişçilik alanlarında) kullanılmakta ve her geçen gün geliştirilmektedir.
Bu deneysel çalışmanın amacı; SiC ilavesinin TiNi kompozit malzemenin mekanik ve biyouyumluluk özellikleri üzerine etkisini incelemektir. Çalışmada; % 99,99 saflıkta Ti ve Ni elementel tozlar, başlangıç malzemeleri olarak kullanılmıştır. Elementel tozlardan SiC takviyeli TiNi kompozit malzeme üretimi toz metalurjisi (TM) yöntemi ile yapılmıştır. Hazırlanan karışımlar, 500 MPa tek eksenli bir basınç altında sıkıştırılarak, 1150ºC'de 3 saat boyunca argon atmosfer korumalı bir fırın içerisinde sinterlenmiştir. Üretilen SiC takviyeli TiNi kompozit malzemelerde SiC'ün mikroyapıya etkisi, yoğunluk, mikro sertlik ve aşınma davranışları incelenmiş, yüzey özellikleri ve mikroyapısal karakterizasyonu Taramalı Elektron Mikroskobu ve Enerji Dağılımlı Spektroskobu yöntemleri kullanılarak belirlenmiştir. Yapı içerisinde oluşan fazları belirlemek amacıyla X-ışınları kırınım tekniğiyle analizi yapılmıştır. Numuneler, yapay vücut sıvısı içerisinde (7, 14 ve 21 gün) bekletilerek, üretilen kompozit biyomalzemelerin davranışları incelenmiştir. Numune yüzeyinde oluşan tabakanın morfolojisinin belirlenmesi amacıyla Taramalı Elektron Mikroskobu ve Enerji Dağılımlı Spektroskobu analizleri gerçekleştirilmiştir. 
Çalışma sonunda, üretilen kompozit malzemelerde SiC takviye fazının homojen olarak dağıldığı ve matris olarak TiNi ana fazı olduğu tespit edilmiştir. SiC ilavesi ve partikül boyutunun azalması kompozit malzemelerin yoğunluğunu düşürmüştür. SiC ilavesi TiNi kompozitinin sertlik ve aşınma direncini arttırmıştır. SiC tane boyutunun azalması bu özellikleri daha da iyileştirmiştir. Yapay vücut sıvısı içinde bekletilmesi sonucunda biyouyumluluk açısından önemli olan apatitin yüzeyde farklı kalınlıklarda kaplandığı görülmüştür.

Abstract:
In recent years, it has been began to research on the biocompatibility and the mechanical properties of TiNi composite material. TiNi alloys are used and developed every day in commercial applications (in the field of aerospace, medicine and dentistry).
Aim of current experimental study is to investigate the effect of SiC addition on the biocompatibility and mechanical properties of TiNi composite materials. In this experimental study, 99.99% pure Ni and Ti powders were used as starting materials. SiC reinforced TiNi composite materials were produced by powder metallurgy (PM) method. The prepared mixtures were pressed to 500 MPa under a uniaxial pressure and then sintered at the temperature of 1150ºC for 3 hours in an argon atmosphere. The effects of SiCp addition on microstructure, relative density hardness and wear behavior of TiNi composites have been investigated. The surface properties and microstructural characterization of produced composite materials were examined by Scanning Electron Microscope and Energy Dispersive Spectroscopy. XRD analysis was performed to determine the phases formed in the structure. The samples were soaked in (7, 14, 21 days) simulated body fluid and the behaviors of the produced composite biomaterials were examined. Scanning Electron Microscope and Energy Dispersive Spectroscopy analysis were performed to determine the morphology of the layer formed on the surface of the sample.
At the result of study, SiC particles were distributed uniformly in matrix and TiNi phase was observed as the matrix phase. Addition of SiC and decrease in particle size decreases the density of the composite material. Also, addition of SiC increases the surface hardness and wear resistance of the TiNi composite material. Decrease in particle size of SiC improves these properties. After soaking in simulated body fluid, it is observed that with different thickness of apatite phase, which is important for biocompatibility, was coated on the surface.