Elektriksel kıvılcımla işlemede mikronize hidroksiapatit toz katkısının yüzey özelliklerine etkisinin incelenmesi
The investigation of effect on the surface properties of micronized hydroxyapatite powder additive in electrical discharge machining
Yazar: SELİM AKBAŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NİHAL EKMEKCİ
Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Biyoseramikler = Bioceramics ; Hidroksiapatitler = Hydroxyapatites

Özet:
Elektriksel Kıvılcım ile İşleme (EKİ), dielektrik sıvı içerisinde iş parçası ile elektrot arasında ardışık biçimde uygulanan elektrik darbe gerilimleri sonucunda oluşan kıvılcımların termal etkisiyle malzeme kaldırma prensibine dayanmaktadır. İşleme sırasında kesme kuvvetlerinin oluşmaması ve yöntemin termal doğası gereği, çok sert ve karmaşık şekilli parçalar kolaylıkla işlenebilmektedir. Yöntemde, darbe akımı, darbe süresi, bekleme süresi, darbe gerilimi, iş parçası malzemesi, elektrot malzemesi ve dielektrik sıvı özellikleri, elde edilen yüzey özelliklerini ve işleme performansını doğrudan etkileyen faktörlerdir. Toz Katkılı Elektriksel Kıvılcımla İşleme (TKEKİ) yönteminde; dielektrik sıvıya ilave edilen ve dielektrik sıvı içerisinde asılı tutulan toz katkısıyla işlem performansının artırılması hedeflenmiştir. Titanyum alaşımları; sahip olduğu korozyon direnci ve mekanik özellikleri ile medikal uygulamalarda tercih edilmektedir. Fakat, vücut sıvısı ile etkileşimleri sonucu bölgesel korozyona uğramaları ve çevresindeki dokulara iyon salınımı yada kemikle bütünleşmelerinde yaşanan sorunlar, onların kemiklerle etkileşimleri çok daha iyi olan
malzemelerle kaplanması gereğini doğurmuştur. Hidroksiapatit (HA) genellikle ampute kemiklerde dolgu olarak yada implantları desteklemek için kullanılan bio uyumlu bir seramiktir. Bio seramiklerin, implantlar olarak üretilip kullanılabilmeleri, güvenirliliği, virütik ve bakteriyel bir risk taşımamaları ve yaşayan dokunun çevresiyle etkileşmemeleri en önemli avantajlarıdır. Bu sebeple medikal metallerin kaplanmasında tercih edilmektedir.  
Bu çalışmada, dielektrik sıvıya mikronize hidroksiapatit toz katkısı eklenerek EKİ yöntemiyle işlenmiş Ti-6Al-4V alaşımının yüzey özellikleri konu edilmiştir. Farklı darbe süreleri ve farklı darbe akımları kullanılarak 40 numuneden oluşan parametrik bir deney çalışması yapılmıştır. İşlenen yüzeyler taramalı elektron mikroskobisi, X ışını kırınım difraktometresi ve optik mikroskobisi ile incelenmiştir. HA toz katkılı EKİ ile yüzeyde HA yönünden zengin yapıların oluştuğu belirlenmiş ve bu yapıların oluştuğu parametreler tespit edilmiştir. İşlemelerde kullanılan 7, 12, 22, 42 Amper akım seviyelerinde, en iyi nüfuziyetin 22 A'de ve 100-1600 µs darbe süresi aralığında gerçekleştiği gözlemlenmiştir. 
Elde edilen sonuçlar, karmaşık geometrili parçaların işlenebilmesinin, aynı zamanda işleme ile birlikte medikal uygulamalar için HA yönünden zengin fonksiyonel yüzeylerin elde edilebilmesinin mümkün olduğunu göstermektedir.

Abstract:
Electrical Discharge Machining (EDM) is one of the non-traditional production process and it is based on material removal by thermal effect of sparks which are formed by applied consecutive electrical pulse voltages between workpiece and electrode inside the dielectric. Very hard and complex parts can be machined easily due to the thermal nature of the process and the absence of cutting forces during machining. In this method, applied pulse current, pulse duration, pause duration, open gap voltage, workpiece material, tool electrode and dielectric liquid are the direct affecting factors for machining and surface finish. In Powder Mixed Electrical Discharge Machining (PMEDM), increasing the machining performance by the effect of powders which are added to dielectric and suspended in dielectric is aimed. Titanyum alloys are preferred in medical applications due to the good corrosion resistance and excellent mechanical properties. It needs to be coating with the materials good interaction with bones due to the regional corrosion of interactions with body fluid and ion release into surrounding tissues or problems in integration with bones. Hydroxyapatite (HA) is a biocompatible bioceramic which is generally used as filler in amputed bone or support for the implants. Manufacturing and using as implants, reliability, have no viral or bacterial risk and bioinert ceramics have no interaction with living texture environment are the advantages of bioceramic.So, they are preferred for coating of medical metals.
In this study, surface characteristics of EDM'ed Ti-6Al-4V alloy by adding the micronized hydroxyapatite powder to dielectric are aimed. Parametric series of experiments consisting of 40 samples are employed by using different pulse duration and different pulse current. Machined samples are investigated by scanning electron microscopy, X ray difractometry and optic microscopy. HA-rich structures are identified and the parameters at which these structures occured are determined. It is observed that, the best result of 7,12, 22, 42 Amper pulse current is 22 Amper and between 100-1600 µs pulse duration.
Obtained result showed that, machinability of complex part at the same time the HA-rich functional surfaces are possible.