Lazer yüzey desenleme parametrelerinin ultra-yüksek moleküler ağırlıklı polietilen yüzeylerin tribolojik performanslarına etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of laser surface texturing parameters on the tribological performances of ultra-high molecular weight polyethylene surfaces
Yazar: TUFAN ÇAVRAR
Danışman: DOÇ. DR. ÖMER NECATİ CORA
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Desenlendirme = Patterning ; Diz protezi = Knee prosthesis ; Femtosaniye = Femtosecond ; Kalça protezi = Hip prosthesis ; Lazer ışını = Laser beam ; Titanyum alaşımları = Titanium alloys ; Vitamin E = Vitamin E

Özet:
Yüzey desenleme yöntemleri birçok endüstri dalında malzemelere; yağlayıcılık, hidrofobiklik, sürtünme ve aşınmayı azaltıcı etkiler oluşturma gibi farklı özellikler kazandırmak için kullanılmaktadır. Bu çalışma kapsamında kalça implant bağlantılarındaki sürtünmenin dolayısı ile aşınma etkilerinin oluşturduğu yüzey hasarı ve sınırlı ömür gibi olumsuzlukların azaltılması amaçlanmıştır. Kalça protezi içerisinde eş çalışan parçalar arasında yer alan ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen yüzeylerine nanosaniye lazer ve femtosaniye lazerler ile desenlemeler yapılarak tribolojik testler ile sürtünme ve aşınma değerleri hesaplanmıştır. Tribolojik deney kapsamında 3 farklı malzeme kullanılmış ve bu malzemeler çapraz bağlı polietilen olan GUR 1020 XL (ÇUYMAPE), çapraz bağlı vitamin E katkılı polietilen olan GUR 1020 EXL (VE-ÇUYMAPE) ve standart polietilen (UYMAPE)'dir. Malzemelerin sürtünme katsayıları incelendiğinde VE-ÇUYMAPE en düşük sürtünme katsayısına ve aşınmaya karşı en dirençli olduğu tespit edilmiştir. Test edilen 3 farklı mikro-çukur alan desen yoğunluğu (%5, %10 ve %15) değerlerinden en düşük sürtünme katsayısı %10 alan desen yoğunluğuna sahip olan numunelerde ortaya çıkmıştır. Desenli UYMAPE, desensiz versiyonları ile karşılaştırıldığında malzemenin aşınmaya karşı direnci yaklaşık %20 oranında olmuştur. Ayrıca malzeme grupları için alan desen yoğunluğu aşınma üzerinde en etkili faktör olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Surface texturing methods are applied to materials in many industries; It is used to provide different properties such as lubricity, hydrophobicity, friction, and wear-reducing effects. Within the scope of this study, it is aimed to reduce the negative effects such as surface damage and limited life caused by the friction in the hip implant connections and therefore the wear effects. Friction and wear values were calculated by tribological tests by making patterns with nanosecond laser and femtosecond lasers on the ultra-high molecular weight polyethylene surfaces, which are among the co-working parts in the hip prosthesis. Within the scope of the tribological experiment, 3 different materials were used and these materials are cross-linked polyethylene GUR 1020 XL (UHMWPE), cross-linked vitamin E added polyethylene GUR 1020 EXL (UHMWPE EXL), and standard polyethylene (UHMWPE). When the friction coefficients of the materials were examined, it was determined that UHMWPE EXL had the lowest friction coefficient and the most resistant to wear. Among the 3 different micro dimple areal densities (5%, 10%, and 15%) tested, the lowest friction coefficient appears at 10%. Compared to the patterned UHMWPE, the wear resistance of the material is approximately 20% when compared to its unpatterned versions. In addition, it has been determined that the area density for material groups is the most effective factor on wear.