Lazer ve kumlama yöntemleri ile Ti6Al4V alaşımında fonksiyonel yüzeylerin oluşturulması

Abstract

Ti6Al4V alaşımı, yüksek dayanım/ağırlık oranına sahip, biyo-uyumlu, korozyon dayanımı yüksek olan ve bu nedenlerle havacılık, kimya ve medikal uygulamalar başta olmak üzere pek çok sektörde tercih edilen bir malzemedir. Havacılık uygulamalarında titanyum-titanyum ve titanyum-kompozit malzeme çiftlerinin yapıştırmalı bağlantılarla birleştirilmeleri öncesi titanyum yüzeylerinin pürüzlendirilmesinin performansı arttırdığı bilinmektedir. Diğer yandan vücut içerisinde kullanılan implantların yüzeyinde kemik oluşumunun (osseointegrasyon) hızlanması için de yüzeyin pürüzlü olmasının avantajlı olduğu bilinmektedir. Pek çok uygulamada titanyum alaşımlarının belirli yüzey özelliklerine sahip olmaları istenmektedir.Bu çalışmanın ilk kısmında; yüzeyi pürüzlendirmek üzere çeşitli püskürtme basıncı, çeşitli açı ve süreler uygulanarak kumlama yapılan Ti6Al4V malzemelerde oluşan pürüzlüklerin, yüzey deformasyonlarının karakterize edilmeleri gerçekleştirilmiştir. Kumlama sonrası elde edilen yüzeylerin pürüzlük değerleri ile yüzey morfolojileri ilişkilendirilmiştir.İkinci kısmında; yüzey özelliklerini iyileştirmek üzere malzemelere uygulanan ısıl işlemler sonrası malzemede oluşan mikroyapılar incelenmiş, malzemede değişen yüzey çizilme dayanımları ve kumlama sonrası elde edilen yüzey pürüzlülükleri ölçülmüştür.Çalışmanın son kısmında; yüksek enerjili Nd:YAG lazer, yüzey çatlağı içermeyen TiO2 ve TiN tabakaları oluşturup, yüzeysel olarak ergitilmiş bölgeler elde etmek amacıyla kullanılmıştır. Ayrıca bu kısımda numunelerde Nd:YAG yüzey ergitme parametrelerinin planlanan test programına göre değiştirilmesiyle Ti6Al4V alaşımının yüzeyinde oluşan yapıların morfolojisi ve boyutları incelenmiştir.

Ti6Al4V alloy is a popular material which is often preferred primarily in aerospace, chemistry and medical applications because of it is high strength/weigh ratio, high corrosion resistance and bio-compatible properties. In aerospace applications, it is already known that surface roughening before joining material couples of Ti-Ti and Ti-composites via adhesive bondings increases the performance of the joints. Additionally, surface roughening of implants which are used in human body for medical applications accelerates bone formation (osseointegration) on implant surfaces. In many applications Ti alloys must have a certain surface properties.In the first part of this study; sand blasted surface roughness of Ti6Al4V surfaces under various pressure and impingement angles are characterized. After sand blasting surface roughness and achieved surface deformations, and surface morphology of the materials were investigated.In the second part; in order to improve surface properties, achieved microstructures after heat treatments, surface properties, scratch resistance and surface roughnesses are measured.In last part of this study; a high power pulsed Nd-YAG laser was used to obtain lenticular shaped treated zone with created TiO2 and TiN layers without any surface cracks. Furthermore in this part; it is also investigated what happens on characteristic behaviors of the alloy Ti6Al4V due to created melt profile on the samples when process parameters of Nd-YAG Laser are changed with respect to planned test program.