Farklı Fe içeriğine sahip CoCrMo (ASTM F75) biyomedikal alaşımlarının hassas döküm yöntemiyle üretilmesi ve karakterizasyonu
Characterization and production of CoCrMo biomedical alloys (ASTM F75) having various Fe content via investment casting technique
Yazar: ALİ KELEŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET YILDIRIM
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
CoCrMo (ASTM F75) alaşımları üstün mekanik özellikleri, yüksek korozyon direnci ve biyouyumluluk gibi özelliklerinden ötürü ortopedi ve cerrahi uygulamalarında sıklıkla kullanılmaktadır. Bu tip alaşımların yüksek Cr içeriği (atomik % 25-27) hem biyouyumluluk davranışını göstermesini sağlarken hem de koruyucu krom-oksit tabakası oluşturarak korozyon direncine de katkı sağlamaktadır. Ayrıca içerdiği Mo (atomik % 5-7) sayesinde metal-karbür çökeltileri oluşturarak üstün mekanik özellik göstermektedir. Bu çalışma genel olarak iki ana konuya odaklanmıştır: (i) farklı Fe içeriğine sahip ticari saflıktaki CoCrMo (ASTM F75) biyomedikal alaşımlarının hassas döküm yöntemiyle üretilmesi, mikroyapı ve sertliğinin incelenmesi ve (ii) uygulanan ısıl işlemin alaşımın; faz ilişkileri, mikroyapısı, sertliği ve aşınma direncine etkisinin incelenmesi. 
  Alaşımın mikroyapısı optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu ile faz analizleri ise X-ışınları kırınımı (XRD) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Alaşımın Fe içeriğinin kristal yapı ve mikroyapı üzerine çok fazla etkisinin olmamasına rağmen, artan içeriği ile birlikte sertlik artmıştır.
  Alaşıma uygulanan yaşlandırma süresinin artmasıyla birlikte YMK kristal yapıya sahip γ-Co matris fazı, kısmen SPH kristal yapıya sahip ε-Co fazına dönüşmüştür. Bu dönüşüm neticesinde, alaşımın sertliği önemli ölçüde artmıştır.
  Uzun yaşlandırma sürelerinde (16 ve 22,5 saat) sertlik önemli ölçüde artmış fakat aşınma direncinde azalma gözlemlenmiştir. Kısa yaşlandırma sürelerinde ise aşınma direnci yüksek iken, sertlikte önemli bir değişiklik gözlemlenmemiştir. Bu yüzden, hem aşınma direnci hem de sertlik açısından en uygun yaşlandırma süresi 8 saat olarak önerilmektedir.

Abstract:
The CoCrMo biomedical alloys, also known as ASTM F75 alloys, are extensively used in the production of orthopedic implants such as hip prosthesis, interlocking nails due to their excellent biocompatibility, high corrosion resistance and high strength. High Cr content (25-27 at.%) of such alloys make them biocompatible and also increase corrosion resistance by forming protective Cr2O3 particles. In addition, Mo forms carbide precipitates and enhances the mechanical properties. This study generally focuses on two main topics: (i) fabrication of commercially pure CoCrMo biomedical alloys having different Fe compositions via investment casting technique and investigation of microstructure and hardness and (ii) investigation of the effect of heat-treatment on phase relationships, microstructure; hardness and wear resistance of CoCrMo biomedical alloys. 
  The microstructural examination was performed via light optical microscoy and scaning electron microscopy, (SEM), while phase analysis was done with X-ray diffraction (XRD) analysis. Although Fe content of the alloys did not much affect microstructure and crystal structures, hardness of the alloy increased with the increased Fe content.
  γ-Co matrix phase having FCC crystal structure partially transformed into ε-Co (HCP) phase. This transformation led to increase in hardness values.
  Long aging time (16 and 22.5 h) significantly increased hardness and reduced wear resitance, while short aging times (2 and 4 h) increased wear resistance but did not affect hardness. Therefore, it is believed that 8 h is the optimum aging time on the basis of hardness and wear resistance.