Dalma elektro erozyon yöntemi ile ticari saflıkta titanyum alaşımında mikro yüzey desenlerinin elde edilmesi ve yüzey özelliklerinin incelenmesi
Obtaining of micro surface patterns and investigation of surface properties in Cp-Ti alloy by electrical discharge machining method
Yazar: ALPEREN KÜRŞAT BALTA
Danışman: DOÇ. DR. EGEMEN AVCU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Titanyum alaşımlarında, mikro yüzey desenleri ile alaşımın aşınma dayanımı, korozyon dayanımı ve biyouyumluluk gibi performans özelliklerinin geliştirilmesi son yıllarda üzerine yoğunlaşılan bir araştırma alanıdır. Ticari saflıktaki titanyum (Cp-Ti) alaşımlarında hassas yüzey geometrilerine sahip mikro yüzey desenlerinin, plastik şekil verme yöntemleriyle elde edilmesi, plastik deformasyonu kısıtlayan sıkı paket hegzagonal kafes yapısı ve iç yapısal özelliklerinden dolayı mümkün değildir. Diğer yandan, geleneksel talaşlı imalat yöntemleri ile bu yüzey desenlerinin elde edilmesi, alaşımın düşük işlenebilirliği ve ayrıca hızlı takım aşınması gibi maliyet unsurları nedeniyle farklı bir imalat yöntemiyle çalışma önceliğini gerektirmektedir. Bu çalışmanın amacı, biyomedikal alanda kullanımı geniş yer alan Cp-Ti alaşımı numunelerde, dalma elektro erozyon (EDM) yöntemiyle özel mikro yüzey desenlerinin oluşturulmasına yönelik inovatif bir imalat yaklaşım sunmaktadır. Amaca yönelik olarak hedef numunelerde tasarlanan yüzey desenini oluşturmak için tek kanallı ve çok kanallı grafit elektrotlar tasarlanmış ve freze tezgâhında üretimi gerçekleştirilmiştir. Ardından EDM tezgâhında numuneler işlenmeye hazır hale getirilmiştir. Sonrasında Cp-Ti numunelerin yüzeyini desenlemek için grafit elektrotla kanalları işlenmiş ve kare geometrisinde mikro yüzey desenleri elde edilmiştir. Oluşturulan yüzey desenlerinin yüzey morfolojileri ve topografisi sırasıyla taramalı elektron mikroskobu ve üç boyutlu optik profilometre ile incelenmiştir. Yüzey desenlerinin yüksek boyutsal ve geometrik hassasiyette olduğu, hesaplanan standart sapma değerleri ve %95 güven aralığında bulunan olasılık grafikleri ile ortaya çıkarılmıştır. Mikro yüzey desenlerinin oluşturulması esnasında grafit elektrotlarda kısmi aşınmaların meydana geldiği ve işlenen yüzeylerde özellikle kanal sınır bölgelerinde çok düşük boyutsal sapmalar oluştuğu belirlenmiştir. İşleme esnasında hızlı soğuma etkisinde olan yüzeylerde mikro çatlakların oluştuğu ve iki yöndeki işlemelerin kesişim bölgelerinde ergiyik çöküntü meydana geldiği görülmüştür.

Abstract:
Surface micro-patterns in titanium alloys have been a research area that has received significant attention in recent years for enhancing performance characteristics such as wear resistance, corrosion resistance, and biocompatibility. In commercial purity titanium (Cp-Ti) alloys, achieving precise surface geometries with micro-patterns using plastic deformation methods is not possible due to the tight-packed hexagonal lattice structure and internal structural features that restrict plastic deformation. On the other hand, obtaining these surface patterns through traditional machining methods requires a different manufacturing approach due to the alloy's low machinability and cost factors such as rapid tool wear. The aim of this study is to present an innovative manufacturing approach using electrical discharge machining (EDM) for creating special micro-surface patterns on Cp-Ti alloy samples widely used in the biomedical field. To achieve this goal, single-channel and multi-channel graphite electrodes were designed and produced on a milling machine to create the desired surface pattern on target samples. Subsequently, the samples were prepared for processing on the EDM machine. The channels were machined on the Cp-Ti samples using a graphite electrode to generate square-shaped micro-surface patterns. The surface morphology and topography of the created patterns were examined using scanning electron microscopy and a three-dimensional optical profilometer, respectively. It was determined that the generated surface patterns exhibit high dimensional and geometric precision, as evidenced by calculated standard deviation values and probability graphs within a 95% confidence interval. Partial erosion was observed on the graphite electrodes during the creation of micro-surface patterns, and very low dimensional deviations occurred particularly at the channel boundary regions of the processed surfaces. During the machining process, micro-cracks were observed on surfaces subjected to rapid cooling, and molten depressions formed at the intersections of the two machining directions.