Zn-Ag-Fe nanokristal alaşımların üretilmesi ve özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, ileride implant ve stent malzemesi olarak kullanılmak üzere saf Zn, Zn-3Ag-xFe (x=0, 1, 3, 5) (ağ.%) nanokristal alaşımları mekanik öğütme/alaşımlama tekniği ile argon atmosferinde üretilmiştir. 5, 10 ve 20 saatlik öğütme işlemi sonrası elde edilen toz parçacıkların morfolojisi, boyutu ve yapısal değişimleri incelenmiştir. SEM analizi sonuçları, öğütme süresince başlangıç elementel toz parçacıklarının soğuk kaynaklanma mekanizmasıyla tabakalaştığını ve daha sonra gevrek kırılma ile parçalandığını göstermiştir. 20 saatlik öğütme sonrası elde edilen toz numunelerin EDX analizlerinden, yapıyı oluşturan elementlerin birbiri içerisinde homojen bir dağılıma sahip olduğu anlaşılmıştır. Lazer kırınımlı parçacık boyut analizi sonuçları; saf Zn tozlarının en iyi üniform dağılımına, Zn-3Ag-1Fe alaşımının ise en düşük homojenliğe sahip olduğunu göstermiştir. XRD analizlerinden alaşımların yapısında saf Zn fazının yanısıra AgZn3 ve Fe3Zn10 intermetalik fazlarının oluştuğu belirlenmiştir. Bununla birlikte, toz parçacıklardaki kristalit boyutun artan öğütme süresine bağlı olarak azaldığı, örgü gerinimi değerlerinin ise plastik deformasyon sonucu attığı tespit edilmiştir. Nanokristal tozların preslenip sinterlenmesi sonrasında alaşımların yoğunluk ve porozite değişiminin toz boyut dağılımı üniformluğuna bağlı olduğu anlaşılmıştır. Ayrıca, Zn-3Ag-5Fe alaşımının en yüksek sertliğe ve aşınma direncine sahip olduğu belirlenmiştir. Hank's tuz çözeltisi içerisinde gerçekleştirilen elektrokimyasal testler sonucunda korozyon hızının en yavaş olduğu malzeme saf Zn olurken, Ag elementi ilavesiyle korozyon hızı artmıştır. Fe miktarının artmasıyla ise korozyon hızında düşüş meyadana gelmiştir. Sitotoksisite testleri sonucunda hücre canlılığının en yüksek olduğu alaşım Zn-3Ag-5Fe olarak belirlenmiştir.

In this study, pure Zn, Zn-3Ag-xFe (x = 0, 1, 3, 5) (wt%) nanocrystalline alloys for future use as implants and stent materials were produced under argon atmosphere by mechanical milling/alloying technique. The morphology, size, and structural changes of the powder particles for 5, 10 and 20 hours of milling were investigated. SEM analysis results showed that during the milling, the initial elemental powder particles were layered by cold welding mechanism and then broken by brittle fracture. From EDX analysis of the 20 h milled powder samples, it was understood that the elements constituting the alloy structure had a homogeneous distribution within each other. Laser diffraction particle size analysis results showed that the pure Zn powders had the best uniform distribution and Zn-3Ag-1Fe alloy had the lowest homogeneity. It was determined from XRD analysis that AgZn3 and Fe3Zn10 intermetallic phases were formed in addition to pure Zn phase. However, it has been found that the crystallite size decreases with increasing milling time, and the lattice strain values increases as a result of plastic deformation. After pressing and sintering the nanocrystalline powders, it was found that the density and porosity changes of the alloys depend on the uniformity of powder size distribution. In addition, Zn-3Ag-5Fe alloy has the highest hardness and wear resistance. As a result of the electrochemical tests in Hank's salt solution, the lowest corrosion rate was observed in pure Zn, and the corrosion rate increased with the addition of Ag element. Also, as the amount of Fe increased, the corrosion rate decreased. From the cytotoxicity test results, the Zn-3Ag-5Fe alloy was found to have the highest cell viability.