Titanyum Ve Titanyum Alaşımlarının Anodik Oksidasyon Davranışı Ve Karakterizasyonu

Abstract

Günümüzde artık bir zorunluluk haline gelmiş olan malzemelerin yüzey modifikasyonları biyomalzemelerde de büyük bir ilgi görmektedir. Bir yüzey modifikasyon tekniği olan anodik oksidasyon medikal, uçak ve uzay, otomotiv sanayilerilerinde bir ihtiyaç haline gelmiştir. Bu tez çalışmasında titanyum ve titanyum alaşımlarının anodik oksidasyon davranışı ve karakterizasyonu ile ilgili çalışmalar yapılmıştır. Yapılan çalışmalarda, yüksek biyouyumluluğa ve yüksek korozyon direncine sahip olan titanyum alaşımlarının düşük aşınma direncinin artırılması ve biyouyumluluğun geliştirilmesi amaçlanmıştır. Anodik oksidasyon deneylerinde voltaj, çözelti çeşidi ve molaritesi deney parametreleri olarak öngörülmüştür. Bu amaçla ticari saflıktaki titanyum (CP-Ti, Grade 2), Ti6Al4V (ELI, Grade 23) ve Ti6Al7Nb alaşımlarının sülfürik ve fosforik asit çözeltileri kullanılarak yapılan anodik oksidasyon deneylerinde numunelerin davranışları incelenip karakterizasyonları yapılmıştır. Karakterizasyon deneylerinde numunelerin pürüzlülüğü ile ıslanabilirlik özellikleri incelenmiş ve ayrıca taramalı elektron mikroskobu görüntüleri çekilmiştir. Karakterizasyon deneyleri neticesinde voltajın en önemli parametre olduğu ve yüzeyde oluşan titanyum dioksit kaplamanın fiziksel özelliklerini etkileyen faktör olduğu görülmüştür. Artan voltajla beraber kaplamaların pürüzlülüklerinin genel olarak artış eğiliminde olduğu gözlemlenmiştir. Molaritedeki değişiminde aynı voltaj da olduğu gibi etki yaptığı belirlenmiştir. Kullanılan farklı çözeltiler ise iletkenlik özelliklerine göre sonuç vermişlerdir. Sülfürik asidin iletkenliği fosforik asitten daha yüksek olduğu için pürüzlülük açısından daha yüksek değerler elde edilmiştir. Islanabilirlik özelliği ise numune ile üzerine damlatılan saf su ile arasındaki temas açısının ölçülmesi prensibine dayandırılarak yapılmıştır. Numunelerde oluşan temas açısı ise genel olarak pürüzlülüğe göre ters orantılı bir eğilim göstermektedir. Tüm elde edilen deney verileri neticesinde biyomalzeme olarak kullanılacak olan malzemelerden en uygun olanı 1M H3PO4 çözeltisinde 200 V’a tabi tutulan Ti6Al7Nb numunede gözlenmiştir.

Nowadays, surface modification techniques are very important in materials technologies which are also applicable to the biomaterials. The anodic oxidation is one of the surface modification techniques which is required in medical, aerospace and automotive industries. In this study, anodic oxidation behaviour of titanium and its alloys have been studied by using many characterization techniques. The purpose of this work was improving the wear resistance and bio compatibility of titanium alloys by anodic oxidation. The parameters for anodic oxidation process were voltage, type of solution and molarity of the solution. Commercial purity CP-Ti (Grade-2), Ti6Al4V (ELI, Grade 23) and Ti6Al7Nb alloys were oxidized in sulphuric and phosphoric acid solutions. Surface roughness measurement, wettability tests and scanning electron microscope examination were used to characterize titanium samples. The experiments have revealed that voltage is a very effective factor for the physical properties of titanium oxide layer formed during anodic oxidation. It has been seen that when the voltage increases, the surface roughness of the samples increases too. The effect of molarity on the surface roughness is the same as the voltage. Furthermore, the conductivity of solutions is an other important factor for the physical properties of titanium dioxide coatings. It was seen that the surface roughness of samples, which are anodically oxidized in sulphuric acid solution, is higher than the samples anodically oxidized in phosphoric acid solution. The reason for observing such an effect is due to the higher conductivity of sulphuric acid than phosphoric acid. The wettability tests were based on measuring the angle between the pure water droplet and the sample. The wettability test results of samples were inversely proportional with the surface roughness of the bio materials. In conlusion, the anodically oxidized Ti6Al7Nb samples in 1M H3PO4 solution at 200 V is found most suitable for biomedical application.