Alumina ve hidroksiapatit takviyeli 316L paslanmaz çelik matrisli kompozit ve fonksiyonel derecelendirilmiş malzemelerin üretimi ve özelliklerinin incelenmesi
Production and investigation of the properties of 316L stainless steel matrix composite and functionally graded materials with alumina and hydroxyapatite reinforced
Yazar: ÖZLEM CANPOLAT
Danışman: PROF. DR. AYKUT ÇANAKÇI
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Alümina = Alumina ; Biyomalzemeler = Biomaterials ; Fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeler = Functionally graded materials ; Hidroksiapatitler = Hydroxyapatites ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy

Özet:
u çalışmada alumina ve hidroksiapatit (HA) takviyeli 316L paslanmaz çelik matrisli kompozit ve fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeler (FDM) toz metalurjisi yöntemiyle üretilerek takviye cinsi ve miktarının fiziksel, mekanik ve biyolojik özelliklere etkisi incelenmiştir. Mekanik alaşımlama yöntemi kullanılarak farklı oranlarda  (ağırlıkça %5, %10 ve %15 Al2O3 ) ve (ağırlıkça %3, %5 ve %7 HA) toz karışımları hazırlanarak preslenip sinterlenmiştir. Numunelerin mikroyapı, faz analizi,  fiziksel ve mekanik özellikleri, korozyon davranışı ve biyoaktif özellikleri incelenmiştir. Korozyon testleri Ringer ve Hank's fizyolojik sıvılarında, in vitro biyoaktivite deneyleri ise yapay vücut sıvısında (SBF) 7 ve 14 gün bekletilmek suretiyle gerçekleştirilmiştir. Her iki takviye miktarının artmasıyla birlikte yoğunluğun azalıp gözenekliliğin arttığı, sertlik artışının maximum olduğu numunelerde ise çekme mukavemetinin düştüğü gözlenmiştir. FDM numunelerin sertlik değerleri alumina ve HA takviyeleri için sırasıyla yaklaşık olarak %50 ve %20 oranında artmıştır.  Ringer ve Hank's sıvısında gerçekleşen korozyon deneylerinde  %15 ve % 10 alumina takviyeli kompozitilerin korozyon hızları yaklaşık olarak 3.5 ve 5 kat azalırken,  HA takviyeli kompozitlerde ise %5 HA takviyeli numunenin her iki sıvıda da en düşük hıza sahiptir. Biyoaktivite testleri sonucunda tüm numune yüzeylerinde küresel şekilli kristalitlerden oluşan apatit tabakası görülmüştür.

Abstract:
In this study, alumina and hydroxyapatite (HA) reinforced 316L stainless steel matrix composite and functionally graded materials (FDM) were produced by powder metallurgy method and the effect of reinforcement type and amount on physical, mechanical and biological properties were investigated. Powder mixtures in various ratios (wt. 5%, 10%, and 15% Al2O3) and (wt. 3%, 5%, and 7% HA) were prepared, pressed, and sintered using the mechanical alloying method. Microstructure, phase analysis, physical and mechanical properties, corrosion behavior and bioactive properties of the samples were investigated. Corrosion tests were performed in Ringer's and Hank's physiological fluids, and in vitro bioactivity experiments were performed in stimulated body fluid (SBF) for 7 and 14 days. It was observed that the density decreased and the porosity increased with the increase of both reinforcement amounts, and the tensile strength decreased in the samples with the maximum hardness increase. The hardness values of the FDM samples increased by approximately 50% and 20% for the alumina and HA reinforcements, respectively. In corrosion tests performed in Ringer and Hank's fluid, the corrosion rates of 15% and 10% alumina reinforced composites decreased approximately 3.5 and 5 times, while in HA reinforced composites, the 5% HA reinforced sample had the lowest rate in both fluids. As a result of bioactivity tests, apatite layer consisting of spherical shaped crystallites was observed on all sample surfaces.