Bor ilaveli ostenitik paslanmaz çeliklerin toz enjeksiyon kalıplama metodu ile üretilmesi ve karekterizasyonu
Production and characterization of boron added austenitic stainless steel by powder injection molding method
Yazar: ESRA BAYRAKTAROĞLU
Danışman: DOÇ. DR. H. ÖZKAN GÜLSOY
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metal Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Biyouyumluluk = Biocompatibility ; Boraks = Borax ; Korozyon = Corrosion ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Paslanmaz çelik = Stainless steel ; Sinterleme = Sintering ; Toz enjeksiyon kalıplama = Powder injection molding

Özet:
Bu çalışmada; Toz Enjeksiyon Kalıplama (TEK) ile üretilmiş 316L paslanmaz çeliklere bor katkısının; sinterleme karakteristikleri, mekanik özellikler, korozyon davranışları ve biyouyumluluk üzerine etkisi araştırılmıştır.Çalışmada 316L paslanmaz çelik tozları ve elementel NiB tozları kullanılmıştır. Başlangıç aşamasında kullanılan tozlar fiziksel ve kimyasal olarak karakterize edilmiştir. Ağırlıkça % 1,5 oranında NiB katkısı ile 316L paslanmaz çelik tozlarının karışımı bağlayıcı karışımı ile karıştırıldıktan sonra granül haline getirilmiş, enjeksiyon kalıplama cihazında kalıplanmış, bağlayıcı giderme işlemlerine tabi tutulduktan sonra aynı sürede farklı sıcaklıklarda sinterlenmiştir.NiB katkısız 316L numuneleri 1350 °C' de 1 saat süre ile sinterlendiğinde 7,11 g/cm3 , NiB katkılı 316L numuneleri 1250 °C' de 1 saat süre ile sinterlendiğinde 7,72 g/cm3 yoğunluk değeri elde edilmiştir. Sonuçlar, NiB katkısı ile aynı sürede daha düşük sıcaklıkta yüksek yoğunluk değeri elde edilebildiğini göstermiştir.Maksimum mekanik özelliklerin elde edildiği sinterleme sıcaklığında numunelere NiB katkısı ile 1250 °C' de yoğunluk 7,72 g/cm3, çekme mukavemeti, 491 MPa, uzama 36,4, sertlik 30 HRC, elastik modül 2756,4 MPa değerlerine ulaşılmıştır.NiB katkılı ve katkısız 316L paslanmaz çelik numuneleri 3 farklı ortamda korozyon deneyine tabi tutulduklarında; 316L numuneleri NiB katkılı 316L numunelerine kıyasla katkısız numunelerde daha düşük korozyon direncine sahip olduğu gözlenmektedir. NiB katkısı 3 ortamda da korozyon direncini arttırmış olmasına rağmen, 316L için asit çözeltisi daha agresif bir ortam oluşturmuştur. Bu nedenle 316L tuzlu ortamlar ve biyouygulamalar için daha uygundur.Numunelerin biyouyumluluğunun tespit edilmesi için, numunelere SBF daldırma deneyi uygulanmıştır. Numunelerin SBF sıvısına daldırma süresi arttıkça numune yüzeyinde apatit çekirdeklenme bölgelerin arttığı ve apatit çekirdeklenme bölgelerinin artmasıyla korozyon oranının azalıp biyouyumluluğun arttığı gözlenmiştir.

Abstract:
In this study the effects of boron addition to 316 L stainless steels manufactured by PIM (Powder Injection Molding) on sintering characteristics, bio-compatibility, and mechanical properties.NiB 316L stainless steel powder and elemental powders were used in the study. The starting powders were characterized by determining the average particle size and overall appearance of powder materials used in the initial stage. % wt1.5 NiB additive in proportion to NiB by weight was mixed with 316L stainless steel powder with binders for laboratory conditions. After the powder-binder mixtures were mixed homogenously, they were granulized. After that, the granulized mixture was molded in an injection molding and binder removal was conducted in two stages for the molded samples.After binder removal process all the samples were sintered for same durations and different temperatures. A density value of 7.11 g/cm3 was obtained when NiB-free 316L samples were sintered at 1350 °C for 1 hour and other density value of 7.72 g/cm3 was obtained when NiB alloyed 316L samples were sintered at 1250 °C for 1 hour. . It was observed that with NIB additive a higher density value was obtained at a lower temperature for the same duration.At the sintering temperature where maximum mechanical properties were reached (with NiB alloy at 1250 °C), 7.72 g/cm3 density, 491 MPa tensile strength, % 36.4 elongation, 30 HRC hardness, 2756.4 MPa elastic module values were achieved.When the NiB-free and NiB alloyed 316L stainless steel samples were made to undergo a corrosion experiment, it was observed that NiB-free samples had higher porosity and corrosion rate compared to NiB alloyed 316L stainless steel samples.Although the NiB additive increased corrosion resistance in all 3 environments, acid solution constituted a more aggressive environment for 316L. Thus, 316L is more appropriate for salty environments and bio-applications.In order to test the bio-compatibility, SBF submersion experiment was conducted on the samples. It was observed that as the submersion duration into SBF liquid was increased, the apatite nucleation areas were increased throughout the surface of the sample, and as the apatite nucleation areas were increased the property of bio-compatibility was getting better.The liquid phase formation during sintering temperatures activates the sintering process of the stainless steel powder and with the submersion into the SBF liquid Ca and P including apatite regions on the surface of the sample increase. The utilization of 316L in bio-applications is getting more important as it decreases the corrosion rate in body fluids and salty environments.