Titanyum Ve Titanyum Alaşımlarının Yüzey Özelliklerinin Plazma (iyon) Nitrürleme İle İyileştirilmesi

Abstract

Titanyum ve titanyum alaşımları sahip olduğu üstün korozyon direnci, düşük elastiklik modülü ve yoğunluk ve yüksek mukavemet ve biyouygunluk gibi özelliklerinin iyi bir kombinasyonunu sergiler. Bu kombinasyon neticesinde biyomalzeme, uçak ve uzay sanayi ve kimya sanayi gibi alanlarda kullanılır. Ancak titanyum ve alaşımlarının bu üstün özelliklerine karşın zayıf, yetersiz yüzey özellikleri ve yüksek sürtünme katsayısına sahiptirler. Titanyumun bu zayıf yüzey özellikleri yüzey geliştirme yöntemlerinden biri olan plazma iyon nitrürleme ile iyileştirilmektedir. Bu çalışmada Çalışma sırasında 600, 700, 800 gibi yüksek sıcaklık değerlerinde yapılmıştır. Nitrürleme sırasında %80 N2–%20 H2 oranında gaz karışımı kullanıldı. Nitrürleme süresi olarak, yapılan literatür çalışmaları göz önüne alınarak 2, 4 ve 9 saat gibi değişik sürelerde nitrürleme gerçekleştirildi. Nitrürlemeler ticari saflıkta titanyum (C. p. Ti) ve Ti-6Al-4V titanyum alaşımı malzemelerden yapılmış numunelere uygulandı. Nitrürleme sonrasında nitrürlenmiş numunelere Vikers sertlik ölçümü, X-ışınları difraktometresi ile faz analizi ve atomik kuvvet mikroskobu (AKM) ile yüzey topografyası çıkarılarak yüzey pürüzlülüğü incelenmiştir.

Titanium alloys exhibit an excellent combination of properties including, greater corrosion resistance, greater strength, lower modulus of elasticity and excellent biocompatibility in comparison to other metallic materials. As result of this combination titanium and its alloys are used in biomedical, aerospace and air craft industry, chemical industry. Nonetheless in comparison to the excellent combination of titanium, titanium and its alloys have poor wear resistance and high friction coefficient. These poor properties of titanium and its alloys can be treated by plasma ion nitriding. The goal of the present paper is to investigate effects of nitriding temperature and nitriding time and on microstructures, hardnesses and thicknesses of nitrided layer on surface of titanium and its alloys. A systematic study was undertaken with specimens of commercial pure Ti and Ti-6Al-4V alloy. As treatment parameters, we have used: nitriding time (from 2 to 9 hours); nitriding atmosphere (H2-80%N2), total pressure (1 kPa) and cathode temperature (from 600 to 800 oC). The Vickers indenter, was used for analysis of the microhardness measurements. The thin hardened layer at the nitrided surface was characterized by glancing-angle X-ray difractometer and scanning electron microscopy. X-ray diffraction analysis has confirmed the formation of ε-Ti2N and δ-TiN phases on the nitrided specimens. Atomic Force Microscope (AFM) is used for analysis of changing of roughness on the titanium surface Experimental details and characterization of plasma (ion) nitrided titanium have reported and discussed.