Anodizasyon işlemi sonrası Ti45Nb alaşımı üzerinde oluşan anataz ve rutil yapılarının tribokorozyon davranışına etkisi

Abstract

Titanyum ve alaşımları düşük yoğunluk yüksek dayanım ve iyi korozyon özelliklerinden dolayı yaygın bir şekilde kullanılırlar. Son yıllarda Nb, Ta ve Zr içeren titanyum alaşımları hem toksik etki göstermemesi hem de daha iyi korozyon özellikleri gösterdiği için geleneksel titanyum alaşımlarının yerine tercih edilmektedir. Düşük elastisite modülü, mükemmel biyouyumluluk, yüksek korozyon direnci ve toksik olmayan özelliklerine sahip olan titanyum alaşımlarından biri β tipi Ti45Nb'dur. Fakat diğer titanyum alaşımları gibi Ti45Nb'unda aşınma özellikleri kötüdür. Düşük olan aşınma özellikleri iyileştirmek için birçok yüzey özelliklerini arttırıcı işlem kullanılmakta olup, bunlar içerisinde anodizasyon en çok tercih edilen yöntemlerden birisidir. Anodizasyon işlemi sonrası oksitleme parametrelerine bağlı olarak titanyum altlığın yüzeyinde anataz ve rutil fazları içeren oksit yapılar oluşmaktadır. Yüzeyde oluşan bu fazlar farklı özelliklere sahip olduklarından dolayı malzemenin korozyon ve aşınma davranışlarını etkilemektedir. Bu çalışmada anodize edilmiş Ti45Nb alaşımının tribolojik ve korozyon özellikleri üzerinde rutil ve anataz fazlarının etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla anodizasyon parametreleri kontrol edilerek numunelerin yüzeyinde farklı içerikli rutil ve anataz fazları oluşturulmuş, oluşan oksit filmlerinin yapısal özellikleri XRD ve SEM ile ve mekanik özellikleri de nanosertlik ölçümleri ile belirlenmiştir. Tribokorozyon testleri NaCl çözeltisi içerisinde potansiyodinamik, potansiyostatik ve açık devre potansiyelinde gerçekleştirilmiş ve ayrıca polarizasyon testlerde yapılmıştır. Çalışma sonucunda rutil fazı içeren titanyum oksitin, yüksek yüzey sertliği ve daha iyi tribokorozyon özellikleri gösterdiği tespit edilmiştir. Ayrıca tribokorozyon sonucu meydana gelen hasarda aşınmanın korozyona göre daha etkin oluğu görülmüştür.

Titanium and its alloys are extensively used due to their low density, high specific strength and good corrosion resistance properties. In recent years, Nb, Ta and Zr containing titanium alloys has been preferred instead of conventional Ti alloys because of their non-toxic and good corrosion properties. One of these materials is Ti45Nb, which has low elastic modulus, excellent biocompability, high corrosion resistance and non-toxic properties. But it has weak wear properties likewise other titanium and its alloys. Therefore, various surface treatment methods are used to enhance the surface properties of this alloy and one of the most preferred methods is anodization. The anatase and rutile containing titanium oxide structures are produced on titanium substrate after anodizing process based on oxidation parameters. These phases affect the corrosion and wear properties of base material because of their own specific properties. In this study, effects of rutile and anatase phases on tribological and corrosion properties of anodized Ti45Nb were investigated. For that purpose, rutile and anatase phases having various contents were formed on the surfaces of the samples by controlling anodization parameters. The structural properties were characterized by XRD, SEM and mechanical properties of oxide layers was determined by nanohardness measurements. Potentiodynamic, potentiostatic and open circuit potential (OCP) in NaCl solution for tribocorrosion experiment were performed and also, polarization tests were conducted. In consequence of the study, it was determined that rutile phase containing titanium dioxide showed higher surface hardness and better tribocorrosion properties than anatase containing titanium dioxide. Also it is observed that wear was more effective than corrosion at the damage mechanism occurred as a result of tribocorrosion.