Seçici lazer ergitme (SLE) ile üretilen 316L/TI6AL4V tabakalı yapıların tribolojik özelliklerinin plazma oksidasyon ile iyileştirilmesi
Improvement of the tribological properties of 316L/TI6AL4V layer structures produced with selective laser melting (SLM) by plasma oxidation
Yazar: HİLMİ TEKDİR
Danışman: PROF. DR. ALİ FATİH YETİM
Erzurum Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Seçici Lazer Ergitme (SLE) yöntemi uçak-gövde parçalarından biyomekanik implant ve protez elemanlarına kadar yaygın bir kullanım alanına sahip karmaşık geometrili parçaların üretimine olanak sağlayan metal eklemeli üretim yöntemlerinden biridir. Üretim toz halde bulunan malzemenin yüksek enerjili lazer ışınının seçilmiş bölgeleri tabaka tabaka ergitmesiyle gerçekleştirilir. Bu sayede geleneksel yöntemlerle üretimi maliyetli ve zor olan geometriler elde edilmektedir. Özellikle 316L paslanmaz çelik ve Ti6Al4V'den üretilen biyomalzemeler en yaygın kullanılan biyouyumlu metalik implant ve protez elemanlarıdır. 316L paslanmaz çelik yüksek yük taşıma kapasitesi ve uygun maliyeti, Ti6Al4V ise mükemmel biyouyumluluğu, ağırlığına oranla gelişmiş mekanik özellikleri ve gelişmiş stabil kalma özellikleri sayesinde kemik vidaları, kalça-diz protezleri ve diş implantları olarak kullanılır. Ancak bu biyomalzemelerin tribolojik özelliklerinin zayıf olması ve Ti6Al4V'nin maliyetinin yüksek olması en önemli dezavantajlarındandır. Günümüzde mühendislik uygulamalarında gelişmiş özelliklere sahip malzemelerin ve en uygun seviyede maliyetlerde temini istenmektedir. Bu çalışmada Seçici Lazer Ergitme yöntemi ile 316L paslanmaz çelik taban malzemesi üretilmiş daha sonra Seçici Lazer Ergitme ile 316L yapıya Ti6Al4V tabaka oluşturulmuştur. Bu sayede taban malzemesi olarak yük taşıma kabiliyetli ve düşük maliyetli 316L yüzeyde ise gelişmiş biyouyumluluğa sahip Ti6Al4V yapı elde edilmiştir. 316L/Ti6Al4V tabakalı yapının tribolojik özelliklerinin iyileşmesi için plazma oksidasyon uygulanmıştır. Ti6Al4V yüzeye sahip yapı %100 O2 gaz ortamında 650 ° C ve 750 ° C'de, 1 ve 4 saat süre ile plazma oksitlenmiştir. Bu işlemlerden sonra mekanik ve tribolojik özelliklerin belirlenmesi için sırasıyla mikro sertlik ölçümleri ve tribolojik özelliklerin belirlenmesi amacıyla da pim-disk aşınma deneyleri yapılmıştır. Ayrıca elektrokimyasal özelliklerin belirlenmesi için potansiyostat/galvaniyostat cihazı, malzemelerin yapısal ve aşınma özelliklerinin belirlenmesi için ise XRD, SEM ve 3D Profilometre kullanılmıştır. Elde edilen verilere göre en iyi aşınma performansı, korozyon direnci ve oksit tabaka kalınlığı açısından 750 ° C'de 4 saat oksidasyon işlemi ile ulaşıldığı görülmüştür.

2019, 81 sayfa
Anahtar Kelimeler: Seçici lazer ergitme, 316L/ Ti6Al4V tabakalı yapı, Plazma oksidasyon, Aşınma, Korozyon

Abstract:
Selective Laser Melting (SLM) method is one of the metal additive production methods that allows the production of complex geometrical parts with a wide range of use from aircraft-body parts to biomechanical implants and prosthetic elements. The selected regions of the high-energy laser beam of the material contained in the production powder form are made by layer-layer melting. In this way, it is possible to obtain complex geometries which are costly and difficult to manufacture by conventional methods. Biomaterials produced especially from 316L stainless steel and Ti6Al4V are the most widely used biocompatible metallic implants and prosthetic elements. The high load capacity and reliable cost of the 316L stainless steel and the Ti6Al4V are used as bone screws, hip-knee prostheses and dental implants thanks to its excellent biocompatibility, improved mechanical properties and improved stability. However, the weakness of the tribological properties of these biomaterials and the high cost of Ti6Al4V are the most important disadvantages. In today's engineering applications, materials with advanced properties are required to be supplied at the most appropriate level. In this study, 316L stainless steel base material was produced by Selective Laser Melting method and then Ti6Al4V layer was formed in 316L structure with Selective Laser Melting. In this way, Ti6Al4V structure with improved biocompatibility has been obtained with low cost 316L and load-bearing capacity as base material. Plasma oxidation was applied to improve the tribological properties of the 316L / Ti6Al4V layered structure. The Ti6Al4V surface is plasma oxidized in 100% O2 gas medium at 650°C and 750°C for 1 and 4 hours. After these processes, pin-disc abrasion tests were performed to determine the micro-hardness measurements and tribological properties for the determination of the mechanical and tribological properties respectively. For determination of electrochemical properties, potentiostat / galvaniostat device and XRD, SEM and 3D Profilometer were used to determine the structural and abrasion properties of the materials. According to the data obtained, the best wear performance, corrosion resistance and oxide layer density were achieved by oxidation process at 750 ° C for 4 hours.

2019, 81 pages
Keywords: Selective laser melting,  316L/Ti6Al4V layered structure, Plasma oxidation, Wear, Corrosion