Çinko esaslı biyobozunur alaşımların haddeleme ve ısıl işlem parametrelerinin mikroyapı, mekanik özellikler ve bozunma davranışına etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of rolling and heat treatment parameters of zinc based biodegradable alloys on microstructure, mechanical properties and degradation behavior
Yazar: ASLI GÜLEÇ GENÇER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN YILMAZER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Biyobozunur polimerler = Biodegradable polymers ; Isıl işlem = Heat treatment ; Plastik deformasyon = Plastic deformation ; Soğuk haddeleme = Cold rolling ; Çinko = Zinc

Özet:
Biyobozunur Zn-Cu-Ag alaşımları, titanyum alaşımları, paslanmaz çelik ve Co-Cr-Mo alaşımları gibi biyouyumlu materyallere alternatif olarak stentler, dental membran ve ortopedik uygulamalar gibi çeşitli biyomedikal uygulamalar için geliştirilmiştir. Bu tür biyouyumlu implantlar tasarım, mukavemet ve serbest toksikoloji açısından avantajlı malzemeler olmasına rağmen, implante edildiği yerden çıkarılması için ikinci bir ameliyata ihtiyaç vardır. Bu tezde, istenen özelliklere ulaşmak için yeni bir biyobozunur alaşım geliştirilmiş ve plastik şekillendirme davranışları incelenmiştir. Bu amaçla biyobozunur Zn-Cu-Ag alaşımları 550°C'de vakumlu döküm yöntemi kullanılarak dökülmüş, ardından 350°C'de 12 saat homojenizasyon işlemi yapılmıştır. Dökülen alaşımlar %70 oranında soğuk haddelenmiş ve 50°C, 100°C ve 150°C sıcaklıklarda 5, 10, 30 ve 60 dakika boyunca tavlamaya tabi tutulmuştur. Geliştirilen alaşımların mikroyapısı, mekanik özellikleri, biyobozunma hızı ve hücresel davranışları incelenmiştir. Çalışmada alaşım elementinin etkisiyle tane boyutlarının küçüldüğü ve buna bağlı olarak mekanik özelliklerin iyileştiği görülmüştür. Yoğun deformasyon etkisiyle de mekanik özellikler iyileşmiştir. Yapılan ısıl işlemler sonucu 150°C 60 dakika ısıl işlem parametresinin saf Zn'nin yeniden kristalleşme için yeterli olduğu fakat alaşımlı numuneler için tüm ısıl işlem parametrelerinin yeniden kristalleşmenin tamamlanmadığı görülmüştür. Biyobozunma hızının en yüksek görüldüğü alaşım Zn1.2Cu1Ag alaşımı olmuştur. Hücresel davranışlarının incelenmesi sonucu alaşımların biyouyumluluğu ve biyoaktivitesi öngörüldüğü gibi olumlu olarak saptanmıştır.

Abstract:
Biodegradable Zn-Cu-Ag alloys have been developed for various biomedical applications such as stents, dental membrane and orthopedic applications as alternatives to biocompatible materials such as titanium alloys, stainless steel and Co-Cr-Mo alloys. Although such biocompatible implants are advantageous materials in terms of design, strength and free toxicology, a second surgery is needed to remove the implant. In this thesis, a new biodegradable alloy was developed to achieve the desired properties and its plastic forming behaviors were investigated. For this purpose, biodegradable Zn-Cu-Ag alloys were cast in a vacuum atmosphere at 550°C, and then homogenized at 350°C for 12 hours. The cast alloys were cold rolled at a rate of 70% and annealed at 50°C, 100°C and 150°C for 5, 10, 30 and 60 minutes. The microstructure, mechanical properties, biodegradation rate and cell culture-substrate interactions behavior of the developed alloys were investigated. In this study, it was observed that the grain size decreased with the effect of the alloying element and according to the mechanical properties were improved. The mechanical properties have also improved with the intense deformation effect. As a result of the heat treatments, it was observed that the heat treatment parameter of 150°C for 60 minutes was sufficient for the recrystallization of pure zinc, but recrystallization of all heat treatment parameters was not completed for the alloyed samples. The alloy with the highest biodegradation rate was Zn1.2Cu1Ag alloy. As a result of the examination of their cell culture-substrate interactions behavior, the biocompatibility and bioactivity of the alloys were positively determined as predicted.