Bilyalı dövme ile Ti6Al4v alaşımına özel yüzey desenlerinin işlenmesi ve yüzey özelliklerinin incelenmesi
Processing specific surface patterns in Ti6Al4v alloy via shot peening and investigation of surface properties
Yazar: MELTEM İLÇE BAHADIR
Danışman: DOÇ. EGEMEN AVCU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Antibakteriyel aktivite = Antibacterial activity ; Bilyalı dövme = Shot peening ; Pürüzlülük = Roughness ; Titanyum alaşımları = Titanium alloys ; Yüzey dokusu = Surface texture

Özet:
Biyomalzemeler ve implantlarda özel desenli yüzeylerin kullanımı gün geçtikçe artış göstermektedir. Literatür çalışmaları, pürüzlü yüzeylerin, özellikle biyomimetik yüzeylerin, biyolojik özelliklerinin pürüzsüz yüzeylere göre çok daha üstün olduğunu göstermektedir. Literatür araştırmalarında, malzeme yüzeylerinde desen oluşturmak amacıyla lazer, elektroerozyon ve abrazif jet ile işleme gibi çeşitli yöntemlerin kullanıldığı ancak bilyalı dövme yönteminin henüz bu amaçla kullanılmadığı belirlenmiştir. Bu çalışmada, biyomedikal uygulamalarda kullanılan Ti6Al4V alaşımına, farklı parametreler altında bilyalı dövme işlemleri uygulanarak özgün yüzey desenleri elde edilmesi ve bu sayede alaşımın yüzey ve antibakteriyel özelliklerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Tezin ilk aşamasında, literatür incelemeleri ile belirlenen optimum yüzey desen parametreleri kullanılarak Ti6Al4V alaşımlı numunelere bilyalı dövme işlemi uygulanmıştır. Tezin ikinci aşamasında bilyalı dövülen yüzeylerin karakterizasyonu, temaslı pürüzlülük ölçüm cihazı, 3D profilometre, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile gerçekleştirilmiştir. Sırasıyla yüzey pürüzlülüğü, yüzey topografyası ve yüzey morfolojisi belirlenerek bilyalı dövmenin etkisi incelenmiştir. Daha sonra temas açısı ölçüm cihazıyla yüzeylerin ıslatabilirlik davranışları incelenmiştir. Ayrıca bilyalı dövülen yüzeylerin Agar dilüsyon yöntemi kullanılarak antibakteriyel özellikleri incelenmiştir. Bilyalı dövmenin, Ti6Al4V numunesinin yüzey özelliklerini, özellikle yüzeylerde meydana gelen şiddetli plastik deformasyon nedeniyle artan yüzey pürüzlülüğünü, önemli biçimde değiştirdiği belirlenmiştir. Bilya boyutunun yüzey pürüzlülüğünü etkilediği belirlenmiş, büyük çaplı bilyaların, küçük çaplı bilyalara göre hedef malzeme yüzeyinde daha büyük çaplı çukurlar oluşturduğu anlaşılmıştır. Büyük çaplı bilyaların sahip olduğu yüksek kinetik enerjileri nedeniyle yüzeyi daha fazla plastik deformasyona uğrattığı belirlenmiştir. Bilyalı dövme sonrası yüzeylerin hidrofilik yapıdan hidrofobik yapıya geçtiği, büyük çapta dövülen yüzeylerin ise daha hidrofobik oldukları görülmüştür. Ayrıca bilyalı dövme sonrası oluşan yüzeylerin antibakteriyel davranış gösterdikleri görülmüştür.

Abstract:
Utilization of specially patterned surfaces in biomaterials and implants continues to rise.Studies indicate that the biological properties of rough surfaces, particularly biomimetic surfaces, are significantly superior to those of smooth surfaces. Based on a review of the relevant literature, it has been determined that laser, electroerosion, and abrasive jet processing are used to form textures on the surfaces of materials but shot peening has not yet been employed. In this study, it was aimed to obtain unique surface textures by applying shot peening under different parameters to the Ti6Al4V alloy used in biomedical applications and thus to improve the mechanical and antibacterial properties of the alloy. In the first stage of the thesis, the shot peening process was applied to Ti6Al4V alloy samples by using optimum surface texture parameters determined by literature review. In the second stage of the thesis, the characterization of the shot peened surfaces was carried out with a contact roughness measuring device, 3D optical profilometer, and scanning electron microscope (SEM). The effect of shot peening was investigated by determining the surface roughness, surface topography and surface morphology. Then, the wettability behavior of the surfaces was investigated with the contact angle measuring device. In addition, the antibacterial properties of the shot peened surfaces were investigated by using the Agar dilution method. Shot peening significantly changed the surface properties of the Ti6Al4V samples, especially the surface roughness, which increased due to severe plastic deformation on the surfaces. The shot size affected the surface roughness, and it was clarified that large diameter shots form larger diameter pits on the target material surface than small diameter shots. Large diameter shots caused severe plastic deformation on the surface due to their high kinetic energies. It was observed that the surfaces after shot peening changed from hydrophilic to hydrophobic structure, while the heavily peened surfaces were more hydrophobic. In addition, the surfaces formed after shot peening showed excellent antibacterial behavior.