Farklı oranlarda katkılanan tungsten-germanyum ince film kaplamasının AZ61 magnezyum alaşımının mekanik, tribolojik ve antibakteriyel özellikleri üzerine etkisinin araştırılması
Investigation of the mechanical and antibacterial properties of AZ61 magnesium alloys by coating different proportion tungsten (W) and germanium (Ge) metals
Yazar: YASİN KURUL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK ATASOY ; DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ŞÜKRÜ KURT
Giresun Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Antibakteriyel etkiler = Antibacterial effects ; Film kaplama = Film coating ; Magnezyum alaşımları = Magnesium alloys ; Tribolojik özellikler = Tribological properties ; Tungsten = Tungsten ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Bu çalışmada, öncelikle AZ61 magnezyum alaşımı, mekanik ve anti bakteriyel özelliklerini geliştirmek için magnetron püskürtme yöntemi kullanılarak farklı oranlarda germanyum (Ge) ve tungsten (W) metalleri ile kaplanmıştır. Her numunenin tribolojik karakterizasyonu, mekanik özellikleri ve anti bakteriyel aktivitesi incelenmiştir. Yapısal analizler, tüm kaplamaların kompozit kristal yapıya sahip olduğunu ortaya çıkarmıştır. Morfolojik araştırmalar, %5 ve %10 Ge içeren kaplamaların kaz ayağına benzer yapılara sahip olduğunu ve %40 ve %60 Ge içeren kaplamaların karnabahar tipine benzer yapılara sahip olduğunu ve %20 Ge içeren kaplamanın hem kaz ayağı hem de karnabahar tipi yapılara sahip olduğunu göstermiştir. Tribolojik analizlere göre sertlik ve elastisite modülü beklendiği gibi yüksek tungsten içerikli (%10 Ge %90W) kaplama ile sağlanmıştır. Çizilme testi sonucuna göre en yüksek adezyon gücüne sahip kaplama yaklaşık olarak 765 mN kritik yük (yapışma mukavemeti) ile %10 Ge içeren kaplamalı numune ile sağlanmıştır. Bu sonuç sertlik ile benzer eğilime sahiptir. W-Ge ince film kaplamaların gram negatif (S. typhimurium NRRLE 4413, E. coli ATCC 25922) ve gram pozitif bakterilere (S. aureus 6538 P. Bacillus subtilis IM 622) karşı antimikrobiyal aktivitesi, antibiyotik duyarlılık testi ile araştırıldı. Antibakteriyel aktivite testi, tüm kaplamaların gram-negatif ve gram-pozitif bakterilere karşı antimikrobiyal etkinliğe sahip olduğunu ve gram-pozitif bakterilere karşı oldukça etkili olduğunu göstermiştir. Yaptığımız çalışma neticesinde W-Ge kaplamaları anti mikrobiyal yüzey aktiviteleri nedeniyle biyo malzeme olarak kullanımını önerilmiştir. Ayrıca W-Ge ince film kaplama ile AZ61 magnezyum alaşımlarının hem mekanik hem de antibakteriyel özellikleri iyileştirilmiştir.

Abstract:
İn this study, firstly AZ61 magnesium alloy were coated with different proportions of germanium (Ge) and tungsten (W) metals target using by the magnetron sputter coating process for improved its mechanical and antibacterial properties. We examined each samples of tribological chracterization, mecahnical properties and antibacterial activity using by SEM, XRD, tribometer devices. The structural analyses revealed that all coatings have composite crystal structure. Additionally, morphological investigation indicated that at 5% and 10% Ge content, coatings have goosefoot structure and while 40% and 60% Ge content films have cauliflower-type structures while 20% Ge content coating has both goosefoot and cauliflower-type structure. According to tribological analyses, hardness and elasticity modulus as expected the having high tungsten content (%10 Ge %90 W) coating with is provided. According to scratch test result appears approximately critical load (adhesion strenght) were obtained as 765 mN. This result has the similar tendency with hardness and in terms of mechanical properties it highlights the coating with %10 Ge. The antimicrobial activity of w-Ge thin film coatings against gram negative (S.typhimurium NRRLE 4413, E.coli ATCC 25922) and gram-positive bacteria (S.aureus 6538 P. subtilis IM 622) was investigated via disc diffusion antibiotic sensitivity assay. Antibacterial activity test indicated that all coatings have antimicrobial efficiency against to gram-negative and gram-positive bacteria and they are reasonably effective against to gram-positive bacteria. As a result of this study, we can recommended tungsten germanium coatings as biomaterials due to their antimicrobial surface activities. In addition, we have shown in this study that both mechanical and antibacterial properties of AZ61 Mg alloys can be improved with germanium-tungsten thin film coating.