Mikro alaşımlandırılmış az serisi magnezyum alaşımlarının in vitro biyoçözünürlük özelliklerinin incelenmesi
An investigation on biodegredable properties of micro alloyed az series magnesium alloy
Yazar: SEREN EMİR
Danışman: PROF. DR. ŞENNUR CANDAN
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine ve İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, AZ31 alaşımı ve Ti ile mikro alaşımlandırılmış versiyonunun (ağ. %0.1Ti, AZ31Ti) yapay vücut sıvısı (SBF) ortamında korozyon ve korozyona bağlı mekanik davranışları araştırılmıştır. Ayrıca, karşılaştırma amaçlı AZ91 Mg alaşımı da kullanılmıştır. Mikroyapı analizleri, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve X Işını Difraktometre (XRD) kullanılarak yapılmıştır. Mekanik test sonuçları; sertlik ve çekme deneyleri ile, korozyon deneyleri; daldırma deneyleri, SBF çözeltisinde, 37.5±0.5℃'de (24, 72 ve 336 saat) dinamik koşullar altında ve elektrokimyasal ölçümler ile değerlendirilmiştir. Bununla birlikte daldırma ve elektrokimyasal korozyon deneyleri süresince de hidrojen (H_2) gazı konsantrasyon ölçümleri yapılmıştır.
Mikroyapı çalışmaları, AZ31 alaşımında β (Mg_17 Al_12) intermetalik fazlarının tane sınırlarında dağılmış ve nispeten köşeli parçacıklar halinde oluştuğunu Ti mikro alaşımlandırma ile söz konusu β fazlarının boyutlarının daha küçük boyutta ve küresel hale dönüştüğünü göstermiştir. AZ91 alaşımında ise β fazları tane sınırlarında çok daha büyük boyutlarda ve ağ yapısında oluşmuştur. AZ31 ve AZ31Ti alaşımlarının çekme dayanımları ve sertlikleri birbirine yakın değerler gösterirken Ti mikro alaşımlandırma ile alaşımının akma dayanımında dikkate değer artış gözlenmiştir. Al oranın artışı (AZ91) ile alaşımın sertlik, çekme ve akma dayanımlarının arttığı gözlenmiştir. Elektrokimyasal test sonuçları, AZ31Ti alaşımı ile kıyaslandığında AZ31 alaşımının korozyon akım yoğunluğunun (Ikor) daha büyük olduğunu buna karşılık Al oranın artışı ile Ikor'un azaldığını göstermiştir. Daldırma deneyi sonrası kesit SEM analizleri ise; Al oranının artışının korozyon ilerlemesindeki rolünün çok daha etkili olduğunu göstermiştir. AZ31 alaşımının Ti ile mikro alaşımlandırılması sonucu SBF ortamında mekanik dayanımlarının çok daha iyi olduğu görülmüştür. Elektrokimyasal testler ve uzun süreli daldırma deneyleri, en yüksek H_2 gazı konsantrasyonunun AZ91 alaşımında, en az H_2 gazı konsantrasyonunun ise AZ31Ti alaşımında meydana geldiğini göstermiştir.

Abstract:
In this study, corrosion and corrosion-related mechanical behaviors of AZ31 alloys and its Ti-micro alloyed version (0,1 wt% Ti, AZ31Ti) in artificial body fluid (SBF) environment were investigated In addition, AZ91 Mg alloy was used for comparison. Microstructure analysis of the samples were performed by using Scanning Electron Microscope (SEM) and X Ray Diffractometer (XRD). Mechanical behaviors were evaluated as microstructure, hardness and tensile tests while corrosion behaviors were evaluated by immersion tests in SBF solution, 37.5±0.5℃ (24, 72 and 336 hours) under dynamic conditions and electrochemical measurements. Hydrogen (H_2) evolution tests were also performed during immersion and electrochemical corrosion tests.
Microstructural studies have shown that the β (Mg_17 Al_12) intermetallic phases in the AZ31 alloy are dispersed at the grain boundaries and formed as relatively angular particles and that the dimensions of these β phases are transformed to a smaller size and spherical state with Ti microalloying. In the AZ91 alloy, the β phases were formed in much larger dimensions and network structure at the grain boundaries. Tensile strength and hardness values of AZ31 and AZ31Ti alloys were close to each other, whereas Ti micro alloying showed a considerable increase in the yield strength. The hardness, tensile and yield strength of the alloy increased as the Al ratio increased (i.e AZ91 alloy). Electrochemical test results showed that the corrosion current density (Icor) of the AZ31 alloy was greater as compared to the AZ31Ti alloy, whereas Icor decreased with increasing Al ratio. It has shown that the increase of Al ratio has a more effective role in corrosion probagation. As a result of micro alloying AZ31 alloy with Ti, it has been observed that their mechanical strength is much better in SBF environment. Electrochemical and long-term immersion tests showed that the highest H_2 gas concentration occurred in the AZ91 alloy and the least H_2 gas concentration occurred in the AZ31Ti alloy.