Magnezyum alaşımlarının yapay vücut sıvısındaki korozyon mekanizmalarının araştırılması
The investigation of corrosion mechanisms of magnesium alloys in artificial body fluid
Yazar: ERTUĞRUL KAYA
Danışman: PROF. DR. HÜSNÜ GERENGİ
Düzce Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Disiplinlerarası Kompozit Malzeme Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Kimya = Chemistry

Özet:
Metaller hemen hemen tüm sektörlerde kullanılan vazgeçilmez bir malzemedir. Metalik malzemeler zamanla korozyon yüzünden özelliklerini kaybetmektedirler. Korozyon olayı dinamik bir süreçtir. Bu süreç tüm ortam şartlarında gerçekleştiği gibi insan vücudunda da gerçekleşmektedir. İnsan vücudundaki akışkan ortam su, çözünmüş oksijen, klorür ve hidroksit gibi çeşitli iyonları içermektedir. Bu nedenle, insan vücudu biyomalzeme olarak kullanılan metaller için oldukça korozif bir ortamdır. Metalik malzemeler bazı avantajlarından dolayı biyomalzeme olarak kullanılmaktadır. Magnezyum alaşımları da biyomalzeme olarak kullanılmaktadır. Magnezyum ve alaşımları fiziki çevrede korozyona eğimlidir. Bu metaller doğaları gereği vücut içindeki korozif ortamla ve zamanla vücut ağırlığı ve kas hareketlerinin aşındırıcı etkisiyle korozyona uğramaktadır. Bu çalışmada, son yıllarda biyomalzeme olarak kullanılabilme özelliği araştırılan AZ31, AZ61, AZ63 ve ZM21 magnezyum alaşımlarının yapay vücut sıvısı (SBF) içindeki korozyon mekanizmasına NaOH ve H2O2 kimyasal yüzey modifikasyonu işleminin etkisi araştırılmıştır. Korozyon mekanizması, pH ölçümleri, hidrojen gazı çıkışı ölçümleri ve elektrokimyasal metotlar olan Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (EIS), Tafel Ekstrapolarizasyon (TP) ve Dinamik Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (DEIS) yöntemleri ile aydınlatılmıştır.  Bu yöntemlerin ardından alaşımlar yüzeyinde gerçekleşen morfolojik değişiklikler Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Enerji Dağılımı Spektrometresi (EDS), X-Işını Difraktometresi (XRD), Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Optik Profilometre (OP) ve Atomik Absorbsiyon Spektroskopisi (AAS) kullanılarak elde edilen sonuçlar tartışılmıştır. Elde edilen bulgular; araştırılan numuneler arasında SBF çözeltisi içerisinde korozyona dayanıklı en iyi alaşımların sırasıyla AZ61, AZ63, AZ31ve ZM21 olduğunu göstermektedir. Yapılan kimyasal yüzey modifikasyonun da tüm alaşımların korozyon direncini arttırdığı görülmekle beraber bazı numunelerde H2O2 (AZ31, AZ61, AZ63), bazılarında NaOH (ZM21) etkili olduğu görülmüştür.

Abstract:
Metals are indispensable materials used in almost all sectors. However, metallic materials lose their properties over time due to corrosion, a dynamic process that takes place in all environmental conditions and even in the human body. The fluid medium in the human body contains various ions, such as water, dissolved oxygen, chloride, and hydroxide, making it a highly corrosive environment for metals used as biomaterials, although metallic materials are still used as biomaterials due to their advantages. One such metal is magnesium and its alloys, which are prone to corrosion in both physical and physiological environments. In this study, the effect of chemical surface modification with NaOH and H2O2 on the corrosion mechanism of AZ31, AZ61, AZ63, and ZM21 magnesium alloys, which have been studied as biomaterials in recent years, was investigated in simulated body fluid (SBF). The corrosion mechanism was elucidated by pH measurements, hydrogen gas output measurements, and electrochemical methods such as Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), Tafel Extrapolation (TP), and Dynamic Electrochemical Impedance Spectroscopy (DEIS). The morphological changes on the alloys' surface were then determined using Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersion Spectrometer (EDAX), X-Ray Diffraction Method (XRD), Atomic Force Microscopy (AFM), Optical Profilometer (OP), and Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). The results of these methods were used to further understand the corrosion behavior of magnesium alloys as potential biomaterials. The findings obtained indicate that among the investigated samples in the SBF solution, the most corrosion-resistant alloys are, respectively, AZ61, AZ63, AZ31, and ZM21. It is also observed that the chemical surface modification enhances the corrosion resistance of all alloys, with H2O2 (AZ31, AZ61, AZ63) and NaOH (ZM21) being effective in certain samples.