Mg-Ag alaşımlarının mekanik ve biyoçözünebilirlik özelliklerine ilave elementlerin etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of additional elements on the mechanical and biodegradable properties of Mg-Ag alloys
Yazar: LEVENT ELEN
Danışman: DOÇ. DR. YUNUS TÜREN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Mg-Ag alaşımlarının döküm, ekstrüzyon, mikroyapı, tekstür, mekanik, korozyon ve korozif aşınma özellikleri incelenmiştir. Çalışma, farklı oranlarda Ag ilaveli (%1, %3 ve %5) Mg-Ag alaşımları ve %3 Ag içeren Mg-Ag alaşımına %0,5
oranlarında (Zn, Ca ve Nd) element ilave edilerek oluşturulan Mg-Ag alaşımları olmak üzere iki grup şeklinde gerçekleştirilmiştir. Alaşımların ergitimi kapalı sistem indüksiyon ocağında koruyucu gaz (Ar) kullanılmıştır ve dökümler ise koruyucu gaz (CO2+%1SF6) altında yapılmıştır. Döküm sonrası yapılan ekstrüzyon işlemi ise hidrolik pres altında 16:1 ekstrüzyon oranında, 0,3 mm/s hızında ve 300 °C'de gerçekleştirilmiştir. Ekstrüzyon öncesi numunelere 430 °C'de 16 saat boyunca homojenleştirme ısıl işlemi uygulanmıştır. Döküm ve ekstrüzyon sonrası numunelerin mikroyapı, tekstür, çekme, aşınma ve korozyon testleri yapılmıştır. Korozyon testleri Hank sıvısı içerisinde ve ~37 °C'de gerçekleştirilmiştir. Korozif aşınma testleri ise Hank sıvısı içerisinde oda sıcaklığında, İleri-geri aşınma metodu ile 400 metrelik aşınma mesafesi ve 20 N'luk yük uygulanarak gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçlarına göre, döküm alaşımlarındaki ilave edilen Ag'nin miktarı arttıkça yapıda ortaya çıkan ikincil fazlar (Mg4Ag ve Mg54Ag17) daha belirginleşmiş ve taneler incelmiştir. Ayrıca ekstrüzyon işlemi de tanelerin incelmesine ve mekanik özelliklerin artmasına yardımcı olmuştur. %0,5 oranlarında (Zn, Ca ve Nd) element ilaveli Mg-3Ag alaşımlarının deney sonuçlarına göre, döküm alaşımlarındaki ilave edilen Zn ve Ca elementlerinin etkisiyle tanelerin inceldiği ve bu sayede alaşımların
bazı mekanik özelliklerinin de arttığı gözlenmiştir. Benzer şekilde ekstrüzyon işlemi de tanelerin incelmesine ve buna bağlı olarak mekanik özelliklerin artmasında etkili olmuştur. Yapılan in vitro testler sonucunda ise Mg-5Ag alaşımı daha iyi korozyon özellikleri sergilemiştir. Mg-1Ag ise diğer alaşımlara kıyasla oldukça kötü korozyon özelliği sergilemiştir. %0,5 oranlarında (Zn, Ca ve Nd) element ilaveli Mg-3Ag döküm alaşımlarında çok farklı sonuçlar elde edilmezken ekstrüzyon alaşımlarda bu durum daha belirgin hale gelmiş ve daha homojen korozyon özellikleri sergilemiştir.
Potansiyodinamik testlerinde ekstrüzyon numunelerinin döküm numunelerine kıyasla korozyon akım yoğunlukları artış göstermiş ancak korozyon potansiyelleri düşüş sergilemiştir. Ancak alaşım elementlerinin ikli kombinasyonlar halinde ilave edilerek oluşturulan alaşımlarda (Mg-3Ag-0,5Zn-0,5Nd, Mg-3Ag-0,5Zn-0,5Ca, Mg-3Ag0,5Nd-0,5Ca ve Mg-3Ag-0,5Zn-0,5Nd-0,5Ca) durum tam tersine dönmüştür. Daldırma korozyon testi sonrası ortalama korozyon hızı genel olarak ekstrüzyon
ürünlerinde daha fazla görülürken ikili ve üçlü alaşım elementi kombine edilmiş MgAg alaşımlarında (Mg-3Ag-0,5Zn-0,5Nd, Mg-3Ag-0,5Zn-0,5Ca, Mg-3Ag-0,5Nd0,5Ca ve Mg-3Ag-0,5Zn-0,5Nd-0,5Ca) ise, 1 günlük daldırma sonrası ekstrüzyon alaşımları daha yüksek değer sergilerken 3 günlük daldırma sonrası döküm alaşımları daha yüksek değer sergilemiştir. Korozif aşınma testlerinde ise en düşük aşınma hızı hem döküm hem de ekstrüzyon (Mg-3Ag-0,5Zn-0,5Nd, Mg-3Ag-0,5Zn-0,5Ca ve
Mg-3Ag-0,5Zn-0,5Nd) alaşımlarında tespit edilmiştir. Korozif aşınma testlerinde ise, Mg-5Ag alaşımında yüksek aşınma oranı ve sürtünme katsayısı ortaya çıkmıştır. Bununla birlikte Mg-3Ag hem mekanik ve aşınma hem de korozyon özellikleri bakımından %1 ve 5 Ag içeren alaşımlara kıyasla optimum özellikler sergilemiştir. %0,5 oranlarında (Zn, Ca ve Nd) element ilaveli Mg-3Ag alaşımların korozif aşınma testlerinde ise genel olarak ekstrüde alaşımlarda aşınma hızı ve ve miktarı düşüş eğilimi sergilemiştir. Ancak hem döküm hem de ekstrüde Mg-3Ag-0,5Ca alaşımı aşınma hızı ve miktarı bakımından en düşük değer sergileyen alaşım olmuştur

Abstract:
In this study, casting, extrusion, microstructure, texture, mechanical, corrosion and corrosive wear properties of Mg-Ag alloys were investigated. The study was carried out in two groups as different proportions of Ag added (1%, 3%, and 5%) Mg-Ag alloys and the alloys / Mg-Ag alloys formed by adding 0.5% elements (Zn, Ca, and Nd) to Mg-Ag alloy containing 3% Ag. The melting of the alloys was done in a closed system induction furnace with shielding gas (Ar) and the castings were carried out under shielding gas (CO2+1%SF6) / CO2+1%SF6 gas. The extrusion process after casting was carried out under a hydraulic press at an extrusion rate of 16:1, at a speed of 0.3 mm/s and at 300 °C. Before extrusion, homogenization heat treatment was applied to the samples at 430 °C for 16 hours. Microstructure, texture, tensile, wear
and corrosion tests of the samples were carried out after casting and extrusion. Corrosion tests were carried out in Hank's fluid at ~37 °C and corrosive wear tests at room temperature, by using the reciprocal (back-and-forth) wear method and applying 20 N load with 400 meters of wear distance. According to the test results, it was seen that as the amount of the added Ag in the cast alloys increased, the secondary phases (Mg4Ag and Mg54Ag17) that appeared in the structure became more pronounced and the grains became finer. Furthermore, the extrusion process helped to refine the grains and increase the mechanical properties. In accordance with the test results of 0.5% element (Zn, Ca, and Nd)
added Mg-3Ag alloys, it was observed that the grains became finer, and thus some mechanical properties of the alloys increased by the addition of Zn and Ca elements in the cast alloys. Similarly, the extrusion process was also effective in grain refinement and increasement of the mechanical properties correspondingly. As a result of the in vitro tests, it was observed that Mg-5Ag alloy exhibited better corrosion properties, while Mg-1Ag alloy exhibited very poor corrosion properties compared to other alloys. As different results were not obtained in the 0.5% element (Zn, Ca, and Nd) added cast Mg-3Ag alloys, the 0.5% element (Zn, Ca, and Nd) added extruded Mg-3Ag alloys exhibited more homogeneous corrosion properties. In the potentiodynamic tests, it was determined that the corrosion current densities of the extruded alloys increased compared to that of the cast alloys, while the corrosion potentials decreased. However, the situation was reversed in the alloys formed by adding alloying elements as binary combinations (Mg-3Ag-0,5Zn-0,5Nd, Mg-3Ag0,5Zn-0,5Ca, Mg-3Ag-0,5Nd-0,5Ca, and Mg-3Ag-0,5Zn-0,5Nd-0,5Ca). The average corrosion rate of the extruded alloys after immersion corrosion test was higher that of the cast alloys generally. However, the extruded Mg-Ag alloys (Mg-3Ag-0,5Zn0,5Nd, Mg-3Ag-0,5Zn-0,5Ca, Mg-3Ag-0,5Nd-0,5Ca, and Mg-3Ag-0,5Zn-0,5Nd0,5Ca) exhibited a higher corrosion rate value than the cast Mg-Ag alloys after 1 day of immersion, while the cast alloys exhibited a higher corrosion rate value than the
extruded alloys after 3 days of immersion. In the corrosive wear tests, the lowest wear rate was seen in both the cast and extruded (Mg-3Ag-0,5Zn-0,5Nd, Mg-3Ag0,5Ca, and Mg-3Ag-0,5Zn-0,5Nd) alloys. In the corrosive wear tests, high wear rate and friction coefficient were observed in Mg-5Ag alloy. In addition, it was observed that Mg-3Ag exhibited optimum
behaviors in terms of both the mechanical-wear and corrosion properties compared to the alloys containing 1% and 5% Ag. In the corrosive wear tests of 0.5% element (Zn, Ca, and Nd) added Mg-3Ag alloys, it was seen that the wear rate and the amount of wear of the extruded alloys showed a decreasing trend generally. However, both the cast and extruded Mg-3Ag-0,5Ca alloy had the lowest value in terms of wear rate and the amount of wear.