Anodizasyon işlemi uygulanmış Cp-Ti, Ti6Al4V ve Ti45Nb alaşımlarının tribolojik ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the tribological and electrochemical properties of anodized cCp-Ti, Ti6Al4V and Ti45Nb alloys
Yazar: KUBİLAY ŞENEL
Danışman: DOÇ. DR. HALİM KOVACI
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Anodizasyon = Anodization ; Titanyum = Titanium ; Titanyum alaşımları = Titanium alloys ; Titanyum dioksit = Titanium dioxide

Özet:
Amaç: Bu çalışmada; Cp-Ti, Ti6Al4V ve Ti45Nb titanyum alaşımlarına aynı parametrelerde anodik oksidasyon (anodizasyon) işlemi uygulanarak, bu malzemelerin hem yüzey sertliğinin artırılarak tribolojik özelliklerinin iyileştirilmesi hem de elde edilen TiO2 anodik film sayesinde elektrokimyasal korozyon dirençlerinin artırılması amaçlanmıştır.
Yöntem: Bar halinde bulunan Cp-Ti, Ti6Al4V ve Ti45Nb alaşımları 20×20×4 mm boyutlarında kesilmiştir. Kesilen numunelerin yüzeyleri SiC aşındırıcılı zımpara kâğıtları ile yüzeyleri parlatıldıktan sonra Al2O3 tozları ile yüzeyleri parlatımıştır. Daha sonra tüm numunelerin yüzeyleri etil alkol ile yıkanarak temizlenmiştir. Hazırlanan numuneler anodizasyon işlemine tabi tutulmuştur. Anodizasyon işlemi sonrasında hem işlemsiz numunelerde hem de anodize numunelerde XRD, Raman, yüzey ve kesit SEM, sertlik, yüzey pürüzlülüğü, temas açısı analizleri gerçekleştirilmiştir. Son olarak ise numunelerin aşınma ve korozyon deneyleri gerçekleştirilmiştir.
Bulgular: Çalışmalar sonucunda, anodizasyon işlemi sonrasında malzeme yüzeyinde anataz fazı içeren oksit tabakası oluştuğu ve artan potansiyelle birlikte anataz faz yoğunluğunun ve oksit kalınlığının arttığı görülmüştür. Cp-Ti, Ti6Al4V ve Ti45Nb titanyum alaşımlarının elektrik dirençlerinin farklı olmasından dolayı yüzeyde oluşan TiO2 anodik film kalınlıkları farklılık göstermiştir ve anodizasyon işlemi sonrasında yüzeylerde mofolojik yapıların değiştiği görülmüştür. Elektrik direnç farklılığından dolayı numunelerde farklı şekillerde poroz yapıların oluştuğu ve yüzey pürüzlülüğü değerlerinin değiştiği gözlemlenmiştir En kalın film Ti45Nb numunelerinden elde edilirken en ince filmler Cp-Ti numunelerinden elde edilmiştir. Elde edilen anodik filmlerin kalınlıkları, yüzey sertlikleri ve XRD ve Raman analiz sonuçlarından belirlendiği gibi anataz fazının yoğunluğu tribolojik ve elektrokimyasal performanslarda belirleyici rol oynamıştır. En düşük aşınma oranı, en yüksek yüzey sertliğine sahip olan Ti45Nb numunesinden elde edilmiştir. Ti45Nb numunesinden en kalın anodik film elde edilerek yine en yüksek korozyon direnci elde edilmiştir.
Sonuç: Cp-Ti, Ti6Al4V ve Ti45Nb numunelerine anodizasyon işleminde uygulanan voltajın artması ile birlikte anodik filmlerin yüzey sertliğinin/kalınlığının artması ve anataz faz yoğunluğunun belirginleşmesi neticesinde malzemelerin tribolojik ve elektrokimyasal özellikleri artmıştır.

Abstract:
Purpose: In this study; by applying the anodic oxidation (anodization) process with the same parameters to Cp-Ti, Ti6Al4V and Ti45Nb titanium alloys, it is aimed to improve the tribological properties of these materials by increasing the surface hardness and to increase their electrochemical corrosion resistance thanks to the TiO2 anodic film obtained.
Method: Cp-Ti, Ti6Al4V and Ti45Nb alloys in bar form were cut in 20×20×4 mm dimensions. After the surfaces of the cut samples were polished with SiC abrasive sandpapers, the surfaces were polished with Al2O3 powders. Afterwards, the surfaces of all samples were cleaned by washing with ethyl alcohol. The prepared samples were subjected to anodization process. After the anodization process, XRD, Raman, surface and cross-section SEM, hardness, surface roughness, contact angle analyzes were performed on both untreated and anodized samples. Finally, wear and corrosion tests of the samples were carried out.
Findings: As a result of the studies, it was observed that an oxide layer containing anatase phase was formed on the surface of the material after the anodization process, and the anatase phase density and oxide thickness increased with increasing potential. Due to the different electrical resistances of Cp-Ti, Ti6Al4V and Ti45Nb titanium alloys, the TiO2 anodic film thicknesses formed on the surface differed, and it was observed that the morphological structures on the surfaces changed after the anodization process. It was observed that different shapes of porous structures were formed in the samples and the surface roughness values changed due to the difference in electrical resistance. While the thickest film was obtained from Ti45Nb samples, the thinnest films were obtained from Cp-Ti samples. The thickness of the obtained anodic films, the surface hardness and the density of the anatase phase as determined from the results of XRD and Raman analysis played a decisive role in the tribological and electrochemical performances. The lowest wear rate was obtained from the Ti45Nb sample with the highest surface hardness. The highest corrosion resistance was obtained by obtaining the thickest anodic film from the Ti45Nb sample.
Results: The tribological and electrochemical properties of the materials increased as the surface hardness/thickness of the anodic films increased and the anatase phase density increased with the increase in the voltage applied to the Cp-Ti, Ti6Al4V and Ti45Nb samples in the anodization process.