Biyomalzemelerin toz katkılı elektro erozyon yöntemiyle işlenebilirliğinin incelenmesi
Investigation of machinability of biomaterials using powder additive electrical discharge machining method
Yazar: DOĞUKAN YÖNEL
Danışman: PROF. DR. BİLGE DEMİR
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Konstrüksiyon ve İmalat Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Toz katkılı elektro erozyon ile işleme yöntemi klasik elektro erozyon yöntemine nazaran daha etkili ve düzenli bir işleme sağladığı için hem endüstriyel uygulamalarda hem de akademik çalışmalarda ilgi çekmektedir. Yeni Ti29Nb13Ta4.6Zr (TNTZ) biyomedikal alaşım alaşımı, toksik/alerjik içerik içermeyen, Young modülü insan kemiği kadar düşük olan ve mükemmel biyouyumluluk sağlayan yeni bir alaşımdır. Ayrıca biyomateryallerin işlenmesi bir gerekliliktir ve biyo ekosistemlerinin ve performanslarının bir parçasıdır. Elektro erozyonla işleme (EDM) son zamanlarda biyomedikal uygulamalar için bir yüzey modifikasyon tekniği olarak dikkat çeken bir yöntemdir. Bu çalışma ile son yılların popüler malzemeleri olan farklı O, C, N ve ST yeni Ti29Nb13Ta4.6Zr (TNTZ) alaşım gruplarının PMEDM performansını ve işlenmiş yüzey kalitesi de yüzey modifikasyonları konusunda da ilham olması için değerlendirmektedir. Tepe akımı, akım, vurum süresi, gibi PMEDM parametrelerinin zaman ve malzeme üzerindeki etkileri yüzey pürüzlülüğü (SR) ve talaş kaldırma oranı  
(MRR) ile araştırılmıştır. İşlenmiş yüzey beyaz katmanı ve yüzey kalitesi, 3 boyutlu mikroskopi, taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı spektrometri-kimyasal (EDS) ve X-ışını kırınımı (XRD) kullanılarak incelenmiştir. Sonuçlar, PMEDM'nin, yüzey kalitesi-talaş kaldırma oranı gibi deşarj enerjileriyle orantılı olarak erime-yeniden şekillenen beyaz bir katman ürettiğini göstermiştir. Beyaz tabaka geçiş bölgesinin metal bütünlüğünden farklı değerlendirilmemiştir. Ayrıca işlem yapılan yüzey ve kesitte kraterler, delikler, çatlaklar, erimiş metal kaplı döküntüler ve takviye parçacıkları gözlemlenmiş ve detaylı olarak değerlendirilmiştir. Genel değerlendirme olarak işlenmiş yüzey kalitesinin PMEDM işlem parametreleri ile orantılı olduğu görülmektedir.

Abstract:
Powder added electro discharge machining method attracts attention in both industrial applications and academic studies as it provides more effective and regular machining compared to the classical electro discharge method. The new Ti29Nb13Ta4.6Zr (TNTZ) biomedical alloy is a new alloy that does not contain toxic/allergic ingredients, has a Young's modulus as low as human bone, and provides excellent biocompatibility. Also, machinability of biomaterials is a necessity and is part of their bioecosystem and performance. Electro discharge machining (EDM) is a method that has recently attracted attention as a surface modification technique for biomedical applications. In this study, the PMEDM performance and machined surface quality of different O, C, N and ST noval Ti29Nb13Ta4.6Zr (TNTZ) alloy groups, which are popular materials of recent years, are evaluated to provide inspiration for surface modifications. The effects of PMEDM parameters such as peak current, current, pulse duration, pulse on time and material were investigated with surface roughness (SR) and metal removal  
rate (MRR). The machined surface white layer and surface quality were examined using 3D microscopy, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrometry-chemical (EDS), and X-ray diffraction (XRD). The results showed that PMEDM produces a white layer that melts reforms proportionally to discharge energies like SR-MRR. The white layer is not evaluated differently than the metal integrity of the transition zone. In addition, craters, holes, cracks, molten metal covered debris and reinforcement particles were observed and evaluated in detail on the machined surface and section. As a general evaluation, it appears that the machined surface quality is proportional to the PMEDM process parameters.