Theses supervised by Prof. Dr. Şaduman Şen
12 theses · Sakarya University
Çok yanıtlı taguchı deney tasarımı yöntemiyle çelik yüzeylerinde oluşturulan termo-kimyasal kaplama özelliklerinin incelenmesi
Yapılan bu çalışmada daha önce gerçekleştirilen, 'Termoreaktif difüzyon yöntemiyle çeliklerin demir alüminid kaplanması' adlı yüksek lisans tez çalışmasının deneyde kullanılan parametrelerine Taguchi yöntemi uygulanmıştır.Bunun nedeni, deney sayısını en aza indirerek zaman ve maliyetten tasarruf etmek, kaliteden ötürü oluşabilecek farklılıkları azaltmak ve kullanılan parametrelerden optimum fayda sağlamaktır. Bu amaçla 22 mm çapındaki AISI 4140, AISI M2, AISI D2 çelik çubuklar 5 mm kalınlığında kesilerek, 700°C, 800°C ve 900 °C'lerde 1, 3 ve 5 saat süre zarfında saf alüminyum, alümina, amonyum klorür ve naftalinden oluşan toz karışımı hazırlanmış, termokimyasal işlemleri yapılmış ve demir alüminid kaplaması gerçekleştirilmiştir. Kaplanmış AISI 4140, AISI M2, AISI D2 çeliklerinin kaplama kalınlığı, sertlik incelemeleri, kırılma tokluğu incelemeleri sonuçları Taguchi yöntemiyle elde edilen sonuçlarla karşılaştırması yapılmıştır. Parametreler optimize edilerek en iyi etki eden parametreler belirlenmiştir. Kaplama kalınlığı ve kırılma tokluğu deney sonuçlarına göre yapılan Taguchi analizlerinde L9 ortogonal dizini kullanılmıştır, yapılan her deney için S/N oranı bulunmuştur.Sertlik deney sonuçlarına göre yapılan Taguchi analizlerinde ise, faktör ve level seviyesine uygun ortongel dizin ise, L9(3^3) olarak seçilmiştir.Dokuz farklı deney yapılmıştır.Varyans analizi ile grafiksel gösterim metoduna yer verilmiştir. Taguchi deney tasarımı yöntemi kullanılarak kaplama kalınlığı, kırılma tokluğu ve sertlik için kaplanmış 4140, M2 ve D2 çeliklerine üretim reçeteleri hazırlanmıştır. Kaplanmış AISI 4140 çeliği için kırılma tokluğu ve kaplama kalınlığı üretim reçetesi A3B3 olarak hesaplanmıştır. Kaplanmış AISI D2 çeliği için kaplama kalınlığı reçetesi A3B3, kırılma tokluğu A3B3 olarak bulunmuştur.Kaplanmış AISI M2 çeliği için kaplama kalınlığı reçetesi A3B3, kırılma tokluğu üretim reçetesi A3B3 olarak hesaplanmıştır. Kaplanmış üç çelik için sertlik üretim reçeteleri ise, A3B2C3 olarak hazırlanmıştır. Bu deneyde en ideal parametre değerleri, 900°C de 3 saat süreyle 0,95 karbon yüzdesi içeren AISI M2 çeliği olmuştur. Taguchi deney tasarımı sayesinde bu çalışmada uygun kombinasyonlar belirlenerek zamandan ve maliyetden kazanç sağlanmıştır. Anahtar kelimeler: Taguchi yöntemi, AISI 4140, AISI M2, AISI D2 çeliklerinin demir alüminid kaplaması, Minitap programı, optimasyon
Yüksek enerji depolama yoğunluğuna sahip cam seramiklerin geliştirilmesi ve özelliklerinin incelenmesi
Yüksek enerji yoğunluklu kapasitörler mikro saniyeden mili saniyeye kadar deşarj zamanı, birkaç yüz volttan kilovolt seviyelerine kadar çalıştırma voltajı, 1 J/cm3'ten fazla enerji yoğunluğu ve bazı özel uygulamalar için 250 °C'ye kadar çalışma sıcaklığı gibi özelliklere sahip olmalıdır. Yüksek enerji depolama yoğunluklu dielektrik kapasitörler kısa sürede yüksek miktarda elektrik enerjisi vererek güç elektroniği ve anlık güç uygulamaları için çok yüksek enerji yoğunluğu sağlayan önemli bileşenlerdir. Dielektrik sabit ve dielektrik kırılma dayanımı kapasitörün enerji yoğunluğunu belirleyen iki önemli malzeme özelliğidir. Aynı zamanda, elektriksel iletkenlik ve dielektrik kayıp dielektriklerin enerji depolama kabiliyeti üzerine önemli etkiye sahiptir. Yüksek enerji depolama kapasitörlerinin geliştirilebilmesi için yüksek dielektrik sabit, yüksek kırılma dayanımı, düşük kayıp ve hızlı tepkiye sahip dielektrik malzemelere ihtiyaç duyulmaktadır. Geleneksel ferroelektrik seramikler yüksek dielektrik sabitlerinden dolayı kapasitörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır ancak yapılarında bulunan hatalar ve porozitelerden dolayı sergiledikleri düşük kırılma dayanımı ve yüksek kalıcı polarizasyon gibi nedenler yüksek enerji depolama kapasitörlerinde uygulamalarını kısıtlamaktadır. Cam-seramikler, kristallenmeye uygun camlara uygun bir ısıl işlem uygulanarak cam matristen bir veya birden fazla seramik kristalin fazın çekirdeklenmesi ve büyümesi sağlanarak elde edilen çok kristalli malzemelerdir. Cam-seramiğin nihai özellikleri ana camın bileşimi ve kristalizasyon koşulları tarafından kontrol edilir. Cam-seramiklerin en önemli avantajlarından biri kristalizasyon koşullarının kontrol edilmesiyle mikro yapının mükemmel bir şekilde kontrol edilebilmesidir. Ayrıca, cam matristen çökelen kristalin fazın dielektrik sabiti camın dielektrik sabitinden daha yüksek olabilir. Dielektrik cam-seramikler ferroelektrik fazın yüksek dielektrik sabiti, cam matrisin yüksek kırılma dayanımı ve düşük kalıcı polarizasyon göstermesi nedeniyle yüksek enerji depolama yoğunluklu dielektrik kapasitörlerden beklenen ihtiyaçları karşılamak için geleneksel ferroelektrik seramiklerin yerini almaktadır. Bu çalışmada 25Nb2O5·12.5BaO·12.5SrO·35SiO2·5B2O3·5K2O·5Na2O (%mol) bileşimine sahip stronsiyum/baryum niobat esaslı cam seramiklerin üretimi gerçekleştirilmiştir. Belirlenen bileşime %0.5, %1.0, %1.5 ve %2 mol oranında La2O3 ve %0.5, %1.0 ve %1.5 mol oranında Gd2O3 katkısı yapılmış ve bu katkıların enerji depolama yoğunluğu ve elektriksel özellikler üzerine etkileri incelenmiştir. Cam-seramik malzemelerin üretimi için ilk olarak belirlenen kimyasal bileşimlere sahip malzemelerden ergitme-hızlı soğutma yoluyla amorf yapılı cam malzemeler üretilmiş ve elde edilen malzemelerin amorf yapıda oldukları X-ışını kırınım analizleri ile doğrulanmıştır. Üretilen amorf yapılı malzemelerin kontrollü kristalizasyon ısıl işlem parametrelerinin tespiti ve kristalizasyon kinetiği ile ilgili hesaplamaların yapılabilmesi için farklı ısıtma hızlarında termal analiz çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Termal analizlerden elde edilen karakteristik pik sıcaklıkları belirlenerek kontrollü kristalizasyon ısıl işlem parametreleri planlanmış ve malzemelere uygun ısıl işlemler gerçekleştirilmiştir. Farklı sıcaklık ve sürelerde uygulanan kontrollü kristalizasyon ısıl işlemleri neticesinde elde edilen katkısız ve farklı oranlarda La2O3 ve Gd2O3 katkılı malzemelerin faz analizleri, mikroyapı incelemeleri, yoğunluk ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Elektriksel özelliklerinin karakterizasyonu için elektrotlanan numunelerden frekansa bağlı dielektrik sabit ve dielektrik kayıp ölçümleri, farklı frekanslarda sıcaklığa bağlı dielektrik sabit ve dielektrik kayıp ölçümleri ve polarizasyon – elektrik alan histerezis döngüsü ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Faz analizleri sonucunda kontrollü kristalizasyon ısıl işlemlerinde birincil faz olarak (Sr4-(m-n)Ba(m-n))Ban(K,Na)(2-2n) Nb10O30, ikincil faz olarak NaNbO3 fazlarının ve eser miktarda (KxBa1-x)(AlySi1-y)4O8 fazının kristallendiği belirlenmiştir. Katkısız baz bileşime sahip numunelere 775 °C'de uygulanan kontrollü kristalizasyon işleminde camsı fazın içerisinde kristallenen ve homojen dağılım gösteren niobat fazlarının yanında amorf fazın varlığı belirgin olarak görülmekle birlikte sürenin artışıyla birlikte kristalin yapıların küresel forma dönüştüğü ve anormal niobat fazı (blok faz) büyümeleri görülmüştür. Sıcaklığın artışı ile bu anormal faz büyümelerinin düşük sıcaklığa göre kısa sürelerde oluştuğu ve süreyle birlikte küreselliğe doğru dönüşüm gösterdiği ve oluşan kürelerin tane boyutunun sıcaklıkla arttığı belirlenmiştir. Kontrollü kristalizasyon ısıl işlemi uygulanmış farklı oranlarda La2O3 katkılı bileşimlerde, La2O3 katkı oranı %0.5 mol olduğunda kristallenen niobat fazlarının keskin köşeli blok fazlar şeklinde olduğu anlaşılmıştır. Bununla birlikte kristallenen NaNbO3 miktarının arttığı, geometrik formunun keskin köşeli yapıya uyum sağladığı ve genel olarak iri taneli olduğu anlaşılmıştır. La2O3 katkı miktarının artışıyla kaba taneli yapıların geometrik formlarını kaybettiği, boyutlarının küçüldüğü ve homojen/karma keskin köşeli yapılardan uzak niobat fazlarının karışımından oluşan bir yapının ortaya çıktığı tespit edilmiştir. %0.5, %1.0 ve %1.5 mol Gd2O3 katkılı bileşimlerde, 750°C'de kristalizasyon işlemi uygulanan numunelerde blok fazların bulunduğu ve anormal büyümüş niobat fazlarının oluştuğu belirlenmiştir. Ayrıca koyu gri renkte olan yapıların daha çok niobat fazlarını çevreleyen matris durumunda dağılım gösterdiği tespit edilmiştir. Gd2O3 katkı oranı %0.5 mol'ün üzerinde olan bileşimlerde blok fazların miktarının ve boyutlarının arttığı tespit edilmiştir. Kristalizasyon sıcaklığı arttıkça açık renkte görülen blok niobat fazların miktarlarının arttığı ve koyu gri renkte görülen yapıların şekillerinin blok şekline dönüştüğü gözlemlenmiştir. Mikroyapı incelemelerinde genel olarak kristalizasyon ısıl işlem sıcaklığı arttıkça görünen NaNbO3 fazının miktarının arttığı gözlemlenmiştir. Katkı miktarının artması blok faz oluşumunu desteklemektedir. %1.5 mol'e kadar La2O3 katkısı blok faz oluşumunu desteklerken, çekirdeklendirici etkisinden dolayı bu katkı oranından sonra blok faz oluşumu yerine homojen dağılmış şekilsiz kristalin fazların oluşumuna sebep olmaktadır. Gd2O3 ilavesi de La2O3'e benzer şekilde blok fazların oluşumunu desteklemektedir ancak La2O3'e kıyasla etkilerinin daha az olduğu ve düşük katkı oranlarında anormal faz büyümesini arttırdığı görülmektedir. Gd2O3 ilavesi ile blok yapı olarak büyümüş NaNbO3 fazının %1.5 mol Gd2O3 oranına kadar çubuksu yapıda olduğu ve Gd2O3 katkı miktarı %1.5 mol olduğunda yapının ince ve şekilsiz hale geldiği belirlenmiştir. NaNbO3 fazının düşük yüzdeli La2O3 ilaveli numunelerde daha çok kübik şekilli bloklar halinde olduğu belirlenmiştir. Üretilen cam-seramik malzemelerin yoğunluklarının 3.34–3.82 g/cm3 aralığında olduğu tespit edilmiştir. La2O3 ve Gd2O3 katkısı ile cam-seramik malzemelerin yoğunluklarında artış ve görünür gözenek miktarlarında düşüş gözlemlenmiştir. En yüksek bulk yoğunluk değerleri ve en düşük gözenek miktarları %1.5 mol La2O3 katkılı bileşimde elde edilmiştir. La2O3 katkısının yoğunlaşma üzerine daha yüksek etkisi olduğu ve bu bileşimlerin yoğunluk değerlerinin Gd2O3 katkılı bileşimlerin yoğunluk değerlerinden yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Bütün bileşimlerde dielektrik sabit değerlerinin artan frekansla birlikte düşüş gösterdiği kutuplanma mekanizmasının arayüzey polarizasyonu olduğu tespit edilmiştir. Frekansa bağlı gerçekleştirilen dielektrik sabit ölçümlerinde La2O3 katkısıyla birlikte yapı içerisinde kristallenen dielektrik faz miktarındaki artış sayesinde katkısız bileşime göre daha yüksek dielektrik sabit değerleri elde edilmiştir. Benzer şekilde Gd2O3 katkısıyla birlikte tespit edilen dielektrik sabit değerleri katkısız bileşime göre yüksek olmasına rağmen La2O3 katkılı bileşimlerden daha düşük olduğu tespit edilmiştir. 100 Hz frekansta en yüksek dielektrik sabit değeri %2.0 La2O3 katkılı bileşimin 900 °C'de 3 saat kontrollü kristalizasyon ısıl işleminde elde edilmiştir. Bu numune için dielektrik kayıp değeri 0.46 olarak ölçülmüştür. Düşük dielektrik kayıp ve yüksek dielektrik sabit değeri %1.0 ve %1.5 mol La2O3 katkılı 900 °C'de 1 saat ve 3 saat süreyle kontrollü kristalizasyon işlemine tabi tutulan numunelerde elde edilmiştir. Bu şartlarda üretilen malzemenin dielektrik sabit değeri katkısız bileşime göre 2.3-2.9 kat daha fazladır. Sıcaklığa bağlı dielektrik sabit değerlerinin değişiminden katkısız baz bileşime sahip numuneler için Curie sıcaklığı yaklaşık 190±3 °C olarak tespit edilmiştir. %0.5, %1.0 ve %1.5 mol La2O3 katkılı bileşime sahip numuneler için Curie sıcaklığı yaklaşık olarak sırasıyla 95±15 °C, 40±20 °C ve 20±5 °C olarak tespit edilmiştir. %0.5, %1.0 ve %1.5 mol Gd2O3 katkılı bileşime sahip numuneler için Curie sıcaklığı yaklaşık olarak sırasıyla 100±20 °C, 110±5 °C ve 125±20 °C olarak tespit edilmiştir. La2O3 katkısı ile birlikte Curie sıcaklıklarında düşüş gözlemlenirken, Gd2O3 katkısı ile birlikte Curie sıcaklıkları yükselmiştir. Polarizasyon – elektrik alan (P-E) histerezis döngüsü eğrilerinden en düşük kalıcı polarizasyon miktarı katkısız bileşimde 0.243 µC/cm2 , %1.5 mol La2O3 katkılı bileşimde 0.019 µC/cm2 ve %1.0 mol Gd2O3 katkılı bileşimde en düşük 0.17 µC/cm2 olarak ölçülmüştür. Ek olarak, maksimum polarizasyon miktarı katkısız bileşimde maksimum polarizasyon miktarının 1.06 µC/cm2, %1.0 mol La2O3 katkılı bileşimde 1.42 µC/cm2 ve %1.0 mol Gd2O3 katkılı bileşimde 0.82 µC/cm2 olarak ölçülmüştür. La2O3 katkılı bileşimlere sahip malzemelerin yüksek enerji dönüşüm verimliliğine sahip relaksör ferroelektrik davranış özelliği sergilediği tespit edilmiştir.
Termoreaktif difüzyon yöntemi ile nikel alüminit oluşturulması ve özelliklerinin incelenmesi
Nikel bazlı süper alaşımlar yüksek sıcaklık dayanımı, tokluk ve plastik deformasyona karşı mukavemet gösteren ve oksidasyon direnci yüksek istisnai bir metalik malzeme sınıfıdır. Bu malzemeler genelde uçak ve güç üretimi türbinlerinde, roket motorlarında, nükleer enerji ve kimyasal işleme tesisleri dahil olmak üzere diğer zorlu çalışma ortamlarında kullanım alanı bulunmaktadır. TRD tekniği, çeliklerin yüzeyinde sert ve aşınmaya dayanıklı karbür, nitrür, karbonitrür, alüminit ve silisit esaslı kaplamaların elde edilmesi amacıyla geliştirilmiş bir yöntemdir. TRD tekniğinde altlık yüzeyinde kontrollü bir oluşum söz konusudur. TRD tekniğinin kullanıldığı birçok uygulama alanı mevcuttur. TRD ile sert tabakaların oluşturulması sebebiyle kalıplar, kesme takımları, bıçaklar, otomobil parçaları, tekstil endüstrisinde yönlendirici olarak kullanılan parçalarda kullanılmaktadır. Difüzyonal kaplamalar, başlıca kutu sementasyon işlemleri ve kimyasal buhar biriktirme (CVD) olmak üzere çeşitli yöntemlerle üretilebilir. Bu çalışmada, metalografik olarak yüzeyi hazırlanmış saf nikel altlık malzemelerin yüzeyinde termoaktif difüzyon tekniği ile alüminyumlama işlemi yapılarak nikel alüminid esaslı kaplama tabakaları oluşturulmuştur. İşlem alüminyum esaslı toz ortamında 600°C, 700°C ve 800°C sıcaklıklarda ve 2, 4 ve 6 saat sürelerde gerçekleştirilmiştir. Yüzeyde oluşturulan kaplamaların mikroyapı incelemeleri, faz analizleri, sertlik ölçümleri, korozyon testleri ve oksidayon deneyleri yapılarak özellikleri ortaya çıkarılmıştır. Çalışmada, nikel yüzeyinde oluşan kaplamanın başarılı bir şekilde elde edildiği ve 20-250 µm kalınlıklarında, Ni3Al2 ve NiAl esaslı fazından oluşan, 780-1050 HV0.02 sertliğinde, korozyona ve oksidasyona karşı dirençli homojen ve iyi bağlanmış porozitesiz bir yapıya sahip olduğu görülmüştür.
Çeşitli katkı malzemelerinin sinerjitik etkisi ile epoksi esaslı polimer kompozit kaplamanın üretimi ve tribolojik özelliklerinin incelenmesi
Endüstri ve araştırma alanında tercih edilen polimer esaslı kompozit kaplamalar, seramik bazlı nano partiküller, karbon nanotüpler, karbon fiberler vb. gibi çeşitli dolgu maddelerinin ilavesiyle özelliklerinin iyileştirilmesi ve geliştirilmesi imkanı sunar. Termoset malzeme olan epoksi, üstün mekanik özellikleri, termal kararlılığı, solvent direnci ve işlenme kolaylılığı gibi sahip olduğu özellikler nedeniyle yaygın olarak tercih edilen kaplama malzemelerinden biridir. Sürtünme kuvvetinin arttırılması, yüksek sıcaklıklarda çalışma verimliliği gibi çeşitli özelliklerinin arttırılması için incelemeler ve uygulamalar yapılmaktadır. Bu çalışmada epoksi bazlı polimer kaplamanın özelliklerinin iyileştirilmesi için iki çeşit katkı malzemesi kullanılmıştır. Bu malzemelerden biri teknoloji, sanayi, bilim ve çeşitli alanlarda değerli bir gelecek potansiyeline sahip olan pulcuklu grafitten elde edilen indirgenmiş grafen oksittir. Diğer malzeme ise endüstriyel alanlarda kimyasal, fiziksel, termal özellikleri açısında güçlü fonksiyonel gruplara sahip olan politetrafloroetilen (PTFE)'dir. Litetatürde de uygulanan deneysel çalışmalara göz önüne alınarak indirgenmiş grafen oksit ve PTFE bileşiminde ki sinerjitik etkinin tribolojik özelliklerinin iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda pulcuklu grafitten indirgenmiş grafen oksit ve PTFE polimer esaslı kompozite takviye malzemesi amacıyla kullanılmıştır. Kaplamaların altlık malzeme olarak kullanılan AISI 420-B martenzitik çelik yüzeyine; epoksi bazlı kaplama, grafitten indirgenerek üretilen %1 oranında RGO (redüklenmiş grafen oksit) ilaveli epoksi, %1 oranında RGO ve %10 oranında PTFE ilaveli epoksi bazlı polimer kompozit kaplamalar gerçekleştirilmiştir. Kaplama yüzeylerin Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve X-Işını Difraktometresi (XRD) yardımıyla mikroyapı ve faz analizi, Fourier transform kızılötesi spektroskopisi (FT-IR), temas açısı, yapışma mukavemeti (Cross-cut deneyi) ve tribolojik özellikleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda epoksi, %1 RGO ilaveli epoksi, %1 oranında RGO ve %10 oranında PTFE ilaveli epoksi bazlı polimer kompozit altlık malzeme ile uyum sağlamış ve homojen yapıdadır. Yapışma mukavemeti ASTM D-3359 standardına göre değerlendirilmiş olup sırasıyla 5B ve 4B özelliği göstermektedir. Tüm kaplamalar için çıkan sonuçlar %0 pullanma ve %5'in altında pullanma olarak değerlendirilmiştir. Uyumlu fonksiyonel gruplara sahip olan kaplamalarda; fulleren, PTFE, epoksi fazlarının varlığı tespit edilmiştir. Yapılan çalışmalara göre hidrofobik özellik gösteren kaplamalarda, özellikle PTFE ilavesinin sürtünme katsayısının büyük oranda azalttığı tespit edilmiştir.
Termo-reaktif difüzyon tekniği ile çeliklerin NBN kaplanması ve özelliklerinin araştırılması
Bu çalışma kapsamında gerçekleşen deneylerde AISI 1010, AISI 4140, AISI M2 çeliklerinin yüzeylerine termo-reaktif difüzyon yönteminden yararlanarak NbN kaplama işlemi uygulanmıştır. Çeliklerin yüzeylerinde NbN kaplamalar elde etmek amacı ile ilk olarak çelik yüzeylerinde azotça zengin bir tabaka elde edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda AISI 1010, AISI 4140, AISI M2 çelikleri nitrasyon işlemine tabi tutulmuştur. (530° C de 10 saat). Nitrasyon işleminin ardından çelik yüzeylerine termo reaktif difüzyon yöntemi ile niyobyum kaplanmıştır. Niyobyum nitrür kaplama işlemi 1000° C'de 2 saat süre ile katı ortamda gerçekleşmiştir. Niyobyum nitrür kaplama için yararlanılan kutu sementasyon yönteminin katı ortamı içerisinde; ferro-niyobyum, amonyum klorür, alümina ve naftalin yer almaktadır. Nitrasyonlama işleminin ardından gerçekleşen niyobyum nitrür kaplama işlemi tamamlandıktan sonra üç çelik yüzeyde de NbN kaplama tabakaları elde edilmiştir. Termo-reaktif difüzyon yönteminden yararlanarak elde edilen kaplama yüzeylerinin yapısal karakterizasyonları ve faz analizleri araştırılmıştır. Bu araştırma kapsamında optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu (SEM), SEM-EDS, MAP, çizgisel analiz ve X- ışınları paternlerinden yararlanılmıştır. Bu deneyler kapsamında kaplama tabakasının varlığı, kalınlığı, homojenizasyonu, difüzyon derinliği verilerine ulaşılmıştır. Trd yöntemi ile kaplanmış, nitrürlenmiş çelikler ayrı ayrı bakalite alınmış ardından metalografik teknikler ile hazırlanın çelikler %3 nital yardımı ile dağlanarak yüzey morfolojileri ortaya çıkartılıp optik mikroskop yardımı ile kaplamalar incelenmiştir. İncelemelerimizde kaplama işlemine tabi tutulmuş farklı çelik türlerinin (AISI 4140, AISI 1010, AISI M2) yüzeylerinde homojen ve süreklilik arz eden bir tabaka olduğu tespit edilmiştir. Kaplama tabakası en kalın ölçülen ve difüzyon derinliği en derin seviyede gözlemlenen çelik AISI M2 çeliği olarak tespit edilmiştir. AISI M2 çeliğinin içerisinde bulunan alaşım elementleri kaplama tabakasının daha fazla difüze olmasında etkili olmuştur. Nitrürlenmiş ve NbN kaplanmış AISI 1010, AISI 4140 ve AISI M2 çeliklerinin elementel haritalandırmasında tüm çeliklerin kaplama tabakaları ve kaplama yüzeylerinin homojen olduğu görülmektedir. Nitrürlenmiş çeliklerde yüzey yüksek oranda azot içermektedir. Aynı zamanda niyobyum kaplanmış tüm çeliklerin elementel haritalandırmasında yüzeyde niyobyum çok yüksek oranda bulunurken yüzeyden matrise inildikçe nitrür oranı artmaktadır. NbN kaplama tabakasının mekanik özelliklerindeki gelişimi gözlemlemek amacı ile sertlik testleri yapılmıştır. NbN kaplanmış AISI 1010, AISI M2, AISI 4140 çeliklerinin yüzeylerinde oluşan kaplama tabakalarının, arayüzey matrisinin ve ana malzeme matrisin sertlik ölçümleri vikers sertlik ucu kullanılarak 15 gr yük altında ölçülmüştür. Termo-reaktif difüzyon işlemi ile NbN kaplanmış çelikler içinde en sert kaplama tabakasına sahip çelikler sırası ile AISI M2, AISI 4140 ve AISI 1010 çelikleri olarak belirlenmiştir. AISI M2 çeliğinin en yüksek sertlik değerine sahip olmasını başlıca nedeninin, çelik yüzeyinde oluşan M2 çeliğinin alaşım karbürlerinden (NbN, Nb2CN) kaynaklandığı düşünülmektedir. Çelik yüzeylerine uygulanan NbN kaplama tabakalarının, korozyon davranışlarında yarattığı gelişimin gözlemlenmesi amacı ile her üç çelik türü için de saf, nitrürlü ve niyobyum nitrür kaplanmış numunelere ayrı ayrı Gamry marka potansiyostat-galvanostat cihazı kullanılarak korozyon testleri yapılmıştır. Yapılan bu testler üç elektrot tekniği kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Yardımcı elektrot olarak görev alması adına grafit, referans elektrot olarak görev alması adına ise kalomel kullanılmıştır. Korozyona tabi tutulan alan 0,2874 cm2 olarak belirlenmiştir. Deneyler oda sıcaklığında geçekleştirilmiş olup korozif ortam olarak 0,5 M NaCl, 1 M H3BO3, 1 M H3PO4 çözeltileri kullanılmıştır. Bu deneyler sonucu tafel ekstrapolasyon (TP) ve elektrokimyasal empedans spektrometresi (EIS) olarak iki farklı eğri elde edilmiştir. Elde edilen eğrilerden korozyonun sahip olduğu akımını (Ikor), korozyonun sahip olduğu potansiyeli (Ekor) ve korozyonun sahip olduğu hızı değerleri tespit edilmiştir. Test sonucunda oluşan grafikler her bir ortam ve çelik türü için aynı grafik üzerinde gösterilmiş ve bu sayede korozyon gelişiminin gözlemlenmesi daha kolay olmuştur. Bu parametreler doğrultusunda elde edilen tafel grafiklerinin yardımı ile korozyonun sahip olduğu akımını (Ikor), korozyonun sahip olduğu potansiyel (Ekor) ve korozyon hızı değerleri Gamry Ins firmasının Echem Analyst isimli programından yararlanılarak hesaplanmıştır. Alternatif akım yöntemlerinden olan EIS yöntemi ile 1 Hz ile 300000 Hz frekans aralığında ve 10 mV rms alternatif voltaj parametrelerinde korozyon testlerin gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen testler ile elde edilen gerçek empedans ve sanal empedans değerleri arasında oluşturulan Nyquist kavislerinin gözlemlenen çapları korozyonun etkisine maruz kalan NbN tabakaların korozyon direnci hakkında değerlendirme yapılmasını sağlamaktadır. Elde edilen kavislerin çap genişliklerinin yüksek olması çeliklerin korozyon direncinin yüksek olduğunu göstermektedir. Geniş çapa sahip eğriler malzemelerin korozyon direnci yüksek olduğunu göstermektedir. Bu veriler göz önünde tutularak NbN kaplama uygulanan AISI 4140, AISI 1010 ve AISI M2 metallerini üç ortam için de (0,5 M NaCl, 1 M H3BO3, 1 M H3PO4 ) en yüksek korozyon dayanımına sahip olduğu gözlemlenmiştir. Korozyon deneylerinin gerçekleşmesinin ardından korozyonun geçekleştiği korozif bölgede oluşan elementlerin ve korozyona uğramış bölgenin mikroyapısının incelenmesi amacı ile taramalı elektron mikroskobu yardımı ile SEM ve EDS analizleri gerçekleştirilmiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile hem yüzey mikro yapıları incelenirken aynı zamanda elementel analiz yapılarak korozyon sonrası yüzeydeki element varlıkları değerlendirilmiştir. Değerlendirmeler sonucunda işlem görmemiş çelik malzemelerin nitrürlenmiş ve NbN kaplanmış çeliklere göre daha fazla korozyona uğradığı ve yüzeylerinde yüksek orana demir oksit bulunduğu gözlemlenmiştir. NbN kaplanmış yüzeylerde ise korozyonun çok daha yavaş ilerlediği gözlemlenmiştir. Yapılan çalışma sonucu NbN kaplanan 3 çelik türü (AISI 1010, AISI4140, AISIM2) içinde korozyon dayanımında, mekanik özelliklerinde gelişim gözlemlenmiştir.
KNNS-BNW seramiklerin ZnO katkısına bağlı olarak dielektrik özelliklerinin incelenmesi
Seramikler, elektronik uygulamalarda birçok amaçla kullanılan yaygın bir malzeme grubudur. Gelişen teknolojik faaliyetler neticesinde birçok alanda enerjiyi depolama ve dönüştürme yeteneklerinden faydalanılan piezoelektrik malzemelere ihtiyaç duyulmaktadır. Piezoelektriklerin endüstride en yaygın kullanımı geleneksel seramiklerden farklı olarak üretilen sensörler, kapasitörler (kondansatörler), aktüatörler, dönüştürücüler ve dielektrik malzemeler olarak faaliyet gösteren ileri teknoloji seramikleridir. Kurşunun elektronik özelliklere pozitif katkılar sağladığı keşfedildikten sonra kurşun-zirkonat-titanat (PZT) bileşimi endüstride kullanılan en iyi piezoelektrik malzemelerden birisi olmuştur. Ancak günümüzde yapılan çalışmalar ağır metaller içerisinde yer alan kurşunu, yüksek toksisite değerleri göstermesinden dolayı çevreye ve canlılığa zararlı etkileri olan bir tehdit unsuru olarak görmektedir. Bu sebeple kurşun içermeyen malzeme gruplarına yönelim artmış ve araştırma çalışmaları günden güne hız kazanmıştır. Bunlar içerisinde ABO3 tipi kristalleşen potasyum sodyum niyobat (KNN), potasyum stronsiyum niyobat (KSN), baryum titanat (BT) ve bizmut sodyum titanat (BNT) gibi perovskit yapılar önem kazanarak elektriksel özellikleriyle dikkat çekmiştir. Kurşun içermeyen malzeme grupları içerisinde KNN bileşimi yüksek Curie sıcaklığı (TC) ve düşük dielektrik kayıp özellikleri göstermesi sebebiyle umut vadedici bir malzemedir. KNN gibi perovskit seramiklerinin yaygın olarak kullanıldığı dielektrik malzemeler elektrik akımını taşıyan serbest elektronlara sahip değildir ancak bir elektrik alan altında polarize olarak elektrik yükünü depolamada veya kapasitansı arttırmada kullanılabilirler. Seramik malzemeler bileşimlerinde alkali ve toprak alkali bileşikler, silikatlar, alüminatlar, metal oksitler bulunduran malzeme gruplarından biridir. Bağ yapılarındaki iyonik ve kovalent durumlar, değişken kristalizasyon yapıları ve bileşim kombinasyonlarının fazla olması gibi sebepler neticesinde araştırma ve geliştirme çalışmaları devam etmektedir. Seramiklere çeşitli katkı maddeleri eklenerek kimyasal ve mekanik özellikleri değiştirilebilmekte ve bu sayede mevcut malzemelerin geliştirilmeleri veya alternatiflerinin üretilmesi sağlanmaktadır. Bu çalışmada kurşun içermeyen potasyum sodyum niyobat (KNN) tipi seramiklere farklı oranlarda ZnO katkısının [0,955(K0,52Na0,48)(Nb0,96Sb0,04)O3 – 0,045(Bi0,5Na0,5)(Zn0,5W0,5)O3] seramik sistemi (KNNS-BNZW) üzerindeki dielektrik özelliklere etkisi araştırılmıştır. Hammaddeler stokiyometrik oranlarda tartılarak ZnO katkısız KNNS-BNW ve ağırlıkça %0,05 - %0,1 ve %0,2 ZnO katkılı olacak şekilde hazırlanmıştır. Seramik tozu üretimi için toz metalurjisi yöntemi kullanılarak hammaddeler bilyeli değirmende etil alkol ortamında öğütülmüş ve kurutularak 890 ˚C sıcaklıkta 8 saat kalsinasyon yapılmıştır. İkinci kez öğütme ve kurutma aşamalarından geçirilerek elde edilen ZnO katkılı ve katkısız KNNS-BNW seramik tozları ayrı ayrı 200 MPa basınç altında tek eksenli presleme yöntemiyle şekillendirilmiştir.Geleneksel sinterleme metoduna göre 1160 ˚C sıcaklıkta 14 saat sinterlenerek üretim tamamlanmıştır. Sinterlenen seramik numunelerin yoğunluğu ölçülmüştür. Tozların ve sinterlenmiş seramik numunelerin karakterizasyonunda XRD, SEM ve EDS ile faz analizleri, mikroyapı özellikleri ve elementel analizi yapılmıştır. Yapılan XRD ölçümlerinde KNNS-BNW ve KNNS-BNZW seramiklerinin oda sıcaklığında perovskit kristal sisteminde olduğu, SEM incelemelerinde üretilen KNNS-BNW ve KNNS-BNZW seramiğinin yoğun bir yapı sergilediği görülmektedir. Dielektrik ölçümler için seramik numuneler gümüş pasta ile kaplanarak yüzeyleri iletken hale getirilmiştir. 50 Hz – 1 MHz aralığında farklı frekans ve sıcaklık değerlerine bağlı ölçümler yapılmış, kapasitans (C) ve kondüktans (G) değerleri ölçülmüştür. Ölçüm sonuçlarından dielektrik sabit (Ɛr) ve dielektrik kayıp (tanδ) değerleri hesaplanmıştır. 25 ˚C sıcaklıkta 1 kHz frekans ile yapılan ölçümde %0.05, %0.1 ve %0.2 ZnO katkılı bileşimler için Ɛr değerleri sırasıyla 1113.4, 1302.2, 856.7 ve tanδ değerleri ise 18.72, 0.55 ve 4.09 değerleridir. Seramik bileşimlerin Curie sıcaklığı (TC) yaklaşık 240 ˚C'de görülmektedir. Dielektrik ölçüm değerleri incelendiğinde üretilen KNNS-BNW esaslı seramik bileşiminin kurşun içeren seramik bileşimleri yerine kullanılabileceği görülmektedir.
SiC esaslı B4C takviyeli seramiklerin mekanik, fiziksel ve balistik özelliklerinin incelenmesi
Bu çalışmada, silisyum karbür (SiC) esaslı bor karbür (B4C) katkılı kompozit seramiklerin üretimi ve kimyasal kompozisyon etkisinin seramiklerde meydana getirdiği fiziksel, mekanik ve balistik özellikleri incelenmiştir. SiC, yüksek sertlik, aşınma direnci ve termal stabilite gibi özelliklere sahip bir malzemedir. B4C ise sahip olduğu mükemmel sertlik ve düşük yoğunluk özelliğiyle bilinmektedir. Bu iki malzemeden elde edilen bileşim ile üstün mekanik ve fiziksel özelliklere sahip kompozit seramiklerin eldesi mümkün olmaktadır. Çalışma kapsamında kütlece %0-40 oranlarında B4C katkısı ile hazırlanacak olan SiC-B4C kompozit tozu farklı bağlayıcılar kullanılarak sulu yöntem ile hazırlanmıştır. Uygun nem ve tane boyut aralığına getirilen olan toz, 110 MPa/cm2 teorik basınç kullanılarak soğuk pres yöntemi ile şekillendirilmiştir. Şekillendirme işlemi yapılan malzemeler, bünyesindeki bağlayıcıların uçurulmasını ve sinterlenmesini içeren ısıl proseslere tabii tutulmuşlardır. Üretilen seramikler numuneler üzerinde, su emme, pişme küçülmesi, bulk yoğunluk, relatif yoğunluk, sertlik, üç nokta eğme mukavemeti, kırılma tokluğu gibi fiziksel ve mekanik özelliklerinin incelemeleri yapılarak bu incelemelere ait değerler tespit edilmiştir. Mikro yapı analizleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve optik mikroskop (OM) ile yapılmış ve ayrıca sinterleme sonrası oluşan fazların karakterizasyonu X- Işınları Difraksiyonu (XRD) ile gerçekleştirilmiştir. Yapılan mekanik ve kimyasal testlerin yanı sıra üretilen seramiklerin balistik uygulamalardaki performansları da değerlendirilmiştir. Gerçekleştirilen balistik testler, yüksek hızda çarpan mühimmatlara karşı malzemenin dayanımını belirlemek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Bu testler sonucunda, B4C takviyesi ile SiC esaslı seramiklerin balistik dayanımını önemli ölçüde artırdığı gözlenmiştir. Sonuçlar, B4C ilavesi ile SiC esaslı seramiklerin, sertlik, kırılma tokluğu ve balistik dayanım gibi özelliklerini iyileştirdiğini göstermiştir. Bu tip kompozit seramik malzemeler, özellikle zırh uygulamaları gibi yüksek performans gerektiren alanlarda büyük bir potansiyel barındırmaktadır. Bu çalışma yüksek sertlik, yüksek aşınma direnci ve balistik karakteristiklere sahip zırh seramiklerinin üretimini, mekanik, fiziksel ve balistik testlerinin gerçekleştirilmesini ve sonuçların tartışılmasını kapsar. Çalışma sonucunda SiC ve B4C kompozit malzemelerinin geliştirilmesi ve optimizasyonu için veriler sunulmakta ve endüstriyel uygulamalarda geliştirme amaçlanmaktadır.
Dental implant (Ti6Al4V) ve abutment montajlarında farklı sistem alternatifi olarak mekanik sıkıştırıcıların araştırılması ve sonlu elemanlar analizi
Bu çalışmanın amacı, diş implant tedavisinde kullanılan implant ve abutment gibi bileşenler için alternatif tasarımlar ve malzemeler geliştirmektir. Diş implantları, eksik dişlerin yerine kullanılan yapay bileşenlerdir. İmplant sistemi, implant, abutment ve kron (protez) olmak üzere üç ana parçadan oluşur. İmplant, çene kemiğine vidalanarak yerleştirilir ve implant sisteminin temelini oluşturan dişin kökü olarak işlev görür. Yüksek biyouyumlulukları ve dayanıklılıkları nedeniyle genellikle titanyum alaşımı veya zirkonyumdan yapılırlar. Mevcut implant geometrileri üzerindeki yiv(diş) nedeni ile çene kemiğine montajı ve sonrasında, kemik üzerinde çizgisel kesme gerilmesine neden olduğu düşünülmektedir. Bu anlamda implant geometrileri için literatür çalışmalarında v-dişli, kare dişli, dikdörtgen dişli, ters koni dişli, çift dişli ve mikro dişli gibi çeşitli dişli türleri, implantın çene kemiğine tutunmasını iyileştirmek için uygulanmıştır. Ayrıca, literatür incelemeleri, farklı dişli türlerine yönelik geniş kapsamlı çalışmalar göstermiştir. İmplant üzerindeki yiv(diş) yerine çene kemiği yuvasında çap yönünde genişleyen bir gömleğin esas alındığı bu çalışmada, tasarlanan alternatif implant sistemi gömlekli implant olarak tanımlanmıştır. Tasarımı yapılan gömlekli implant ile mevcut implant geometrilerine ait modeller için eksenel ve açılı kuvvet altında sonlu elemanlar analizi (FEA) uygulanması hedeflenmiştir. Sonlu elemanlar analizi (FEA), mühendislikte bir yapının veya bileşenin davranışını sayısal olarak modellemek ve simüle etmek için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Bu amaçla çene kemiğine Ø5.2 mm x 4 mm ölçülerinde "copaSKY" markalı bir diş implantı yerleştirilmiştir. Ayrıca, Ø5.5 x 4.5 mm ve Ø5.6 x 5 mm ölçülerinde tasarlanan gömlekli implant da çene kemiğine yerleştirilmiştir. Her iki modele de 100N ile 400N arasında değişen eksenel ve eğik kuvvetler uygulanmıştır. Modellerin deformasyon, gerilim gibi analiz değerleri karşılaştırılarak yorumlanmıştır. Sonuç olarak, diş implantlarının dişleri üzerinde gerilme yığılmaları gözlemlenmiştir. Buna karşın, alternatif gömlekli implant modellerinde, dişlilerin olmaması nedeniyle gerilme yığılmalarının kayma yönünde doğrusal yerine eksenel ve homojen olarak dağıldığı anlaşılmıştır. Deneysel uygulama olarak, gömlekli implantın metal prototipleri ve mevcut implant tedavisinde kullanılan bir implant örneği (copaSKY) cansız bir kemik parçasına yerleştirilmiştir. Daha sonra, kemik üzerindeki implantlara saniyede bir baskı yapacak şekilde 2954-8833 aralığında baskı yapacak pnömatik bir test düzeni oluşturulmuş ve kemik üzerindeki deformasyon miktarı bir yük hücresi ile ölçülmüştür. Ölçüm verileri ANSYS'te kuvvet değeri olarak kullanılmış ve ölçüm verileri sonlu eleman testi sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu çalışmanın bir diğer amacı, çiğneme sırasında farklı yönlerden ve kuvvetlerden kaynaklanan kuvvetler için abutment üzerindeki gerilme yığılmalarını azaltmaktır. Klinik açıdan, mevcut implant tedavi uygulamalarında kullanılan abutmentlerin yetersizliği ve sınırlı montaj yüzeyi veya geometrisi, farklı tasarımlar arayışına yol açmıştır. Bu bağlamda, implant-abutment bağlantısının mekanik dayanıklılığını artırmak ve daha homojen bir gerilme dağılımı sağlayarak implant sisteminin uzun vadeli başarısını sağlamak hedeflenmiştir. Bu amaçla beş farklı abutment tasarımı yapılmıştır. Bu tasarımlara ait modellerin deformasyon ve gerilme yükü dağılımını hesaplamak ve karşılaştırmak için simülasyon ortamında eksenel kuvvetler uygulanmıştır. Yöntem olarak, implant tedavilerinde kullanılan parçaların ve implant sistemini oluşturan bileşenlerin üç boyutlu modelleri tasarlanmıştır. Bu modellerle farklı abutment tasarımları oluşturulmuştur. İmplant tedavilerinde kullanılan mevcut malzeme değerleri referans alınarak, her implant sistemi modeline ANSYS yazılımında farklı eksenel yükler uygulanarak sonlu elemanlar analizi (FEA) yapılmıştır. Uygulanan yük sonrası elde edilen gerilme değerleri için karşılaştırmalı analiz grafikleri hazırlanmış ve yorumlanmıştır. Bulgular, abutment tasarımı ve malzeme seçiminin mekanik performansı önemli ölçüde etkilediğini göstermektedir. Mevcut abutment geometrisinin de karşılaştırıldığı beş farklı abutment modeliyle oluşturulan implant sistemleri arasında, özellikle viskoelastik ve yüzey alanı artırılmış abutment tasarımlarının, yükün abutment üzerinde homojen ve eksenel olarak dağıtılmasına katkı sağladığı tespit edilmiştir. Gerilim değerleri ve dağılımları göz önüne alındığında, bu çalışmada mevcut abutment modellerine alternatif olarak değerlendirilen tasarımların, abutment malzemesinin mekanik ömrüne olumlu katkı sağladığı sonucuna varılmıştır. Bu çalışma, mevcut uygulamalara yeni bir bakış açısı sunarak tedavi uygulamalarına bir alternatif sağlamaktadır. Bu çalışmaların bulguları, modern diş implantları ve abutmentlerde kullanılan tasarım ve malzemelerin geliştirilmesine önemli katkılar sağlamaktadır. Ancak, gelecekteki çalışmalarla bu bulguların daha da geliştirilebileceği mümkündür. Örneğin, biyomalzeme biliminin ilerlemeleri kullanılarak, implant ve abutment sistemlerinde kullanılan farklı malzemelerin biyomekanik özellikleri değerlendirilebilir. Ayrıca, biyouyumlu polimerler gibi alternatif malzemeler, titanyum alaşımı ve zirkonyum gibi geleneksel metallerin yerini alma potansiyeline sahiptir. Özellikle, PEEK gibi polimerler üzerine yapılan araştırmalar, implantların uzun vadeli başarısını artırabilir. Bunun yanı sıra, bu çalışmada laboratuvar koşullarında elde edilen sonuçların gelecekteki klinik çalışmalarla desteklenmesi gerekmektedir. Yeni tasarım ve malzemelerin gerçek dünya performansını doğrulamak için gerçek hastalar üzerinde uzun süreli klinik gözlemler hayati öneme sahiptir. Ayrıca, implantların kemikle bütünleşme süreci olan osseointegrasyon daha ayrıntılı olarak incelenebilir ve bu süreci hızlandıran ve başarı oranlarını artıran yeni yüzey kaplamaları ve mikro yapılar geliştirilebilir. Bu tezin bulgularına dayanarak, gelecekte bilgisayar destekli tasarım (CAD) ve üretim (CAM) teknolojilerinin daha geniş kullanımı, implant ve abutment tasarımlarının kişiselleştirilmesine olanak tanıyacaktır. Bu kişiselleştirilmiş tasarımlar, her hastanın benzersiz anatomik yapısına göre özelleştirilmiş implantların üretilmesine olanak tanıyarak cerrahi prosedürlerin başarı oranlarını artırabilir ve iyileşme sürelerini kısaltabilir. Son olarak, yapay zekâ ve makine öğrenimi algoritmaları kullanılarak geliştirilen simülasyon modelleri, implant yerleştirme sürecindeki riskleri minimize edebilir ve cerrahlar için karar verme süreçlerini destekleyebilir. Özellikle, farklı hasta gruplarına uygulanabilir kişiselleştirilmiş tedavi planları geliştirilebilir. Gelecekteki araştırmalar, bu tür yapay zekâ uygulamalarının klinik ortamlarda geliştirilmesine ve test edilmesine odaklanmalı, diş implantolojisinde önemli yenilikler sunmalıdır. Bu çalışma, mevcut implant sistemlerine alternatif olarak yeni tasarımlar sunmakla kalmayıp, gelecekteki araştırmalarla daha kapsamlı sonuçlar elde edilebileceğini de öne sürmektedir. Yeni malzemelerin, tasarımların ve teknolojilerin geliştirilmesi, diş implantlarının klinik başarısının artırılmasında kilit adımlar olacaktır. Malzeme geliştirme bağlamında, gelecekteki çalışmalar hem polimerlerin hem de metallerin özelliklerini birleştiren kompozit malzemelerin optimizasyonuna da odaklanabilir. Bu tür hibrit malzemeler, metallerin gücünü ve dayanıklılığını, polimerlerin esnekliği ve biyouyumluluğu ile birleştirebilir. 3D baskı teknolojisinin kullanılarak bu malzemelerle hasta spesifik implantların üretilmesi, diş tedavilerinde devrim yaratabilir. Hassas özelleştirme ve hızlı prototipleme sağlayarak, 3D baskı, üretim sürelerini ve maliyetleri azaltırken yüksek kaliteli sonuçlar elde edilmesini sağlayabilir. Ayrıca, implantların osseointegrasyonunu (implantın kemikle bütünleşmesi) ve antibakteriyel özelliklerini iyileştirmek için yüzey işleme teknolojileri araştırılabilir. Hidroksiapatit veya titanyum dioksit gibi kaplamalar, kemiğin doğal yapısını taklit ederek, implantın çevreleyen doku ile bütünleşmesini artırabilir ve iyileşme süresini kısaltabilir. Bu gelişmeler, modern diş implantolojisinde hasta sonuçlarını iyileştirmek için kritik öneme sahiptir.
Fe-Cr-Ti-B esaslı in-situ kompozit sert yüzey alaşımlama elektrotlarının geliştirilmesi
Bu çalışmada, ticari olarak kullanılan sert dolgu elektrotlarına alternatif olabilecek yüksek sertlik, yüksek aşınma dayanımı ve korozyon direncine sahip örtülü elektrotlar geliştirilmiştir. Elektrotların üretiminde ekonomik faktörler göz önüne alınarak ferro alaşım başlangıç malzemeleri ve katkı maddeleri tercih edilmiştir. Çalışmada Fe-Cr-B, Fe-Ti-B ve Fe-Cr-Ti-B esaslı farklı bileşime sahip on sekiz sert dolgu elektrotu tasarlanmıştır. Bir kalıp vasıtasıyla üretilen bu elektrotlar elektrik ark kaynak tekniği ile AISI 1010 çelik üzerine kaplanmıştır. Kaplama sonrası standart metalografik işlemler ile hazırlanan deneysel numunelerin mikroyapısal incelemeleri gerçekleştirilmiş, makro ve mikro sertlikleri ölçülmüş, aşınma dayanımı test edilmiş ve korozyon testi uygulanmıştır. Deneysel bulgular sert dolgu kaplamanın homojen bir faz dağılımı gösterdiği, altlık malzeme ile metalürjik açıdan uyumlu olduğu ve ticari açıdan kullanılabilecek potansiyele sahip olduğunu göstermektedir. Sert dolgu kaplamaların mikroyapısal incelemelerinde α-ferrit, M2B tip (Fe2B, Cr2B), MB2 tip (TiB2) borürler, Fe2Ti ve bu fazların oluşturduğu ötektik yapılar tespit edilmiştir. Oluşturulan bu yapıların özellikle sertliğe önemli ölçüde katkı sağladığı gözlemlenmiştir. Altlık malzemeden dikiş tepe noktasına kadar ölçülen mikro sertlik değerlerine göre ara yüzeyden itibaren sertliğin arttığı tespit edilmiştir. Kaplama yüzenin tamamında gerçekleştirilen makro sertlik testinde, sonuçların çok düşük standart sapma gösterdiği bu sebeple kaplamanın homojen bir şekilde gerçekleştirildiği anlaşılmıştır. Kaplamanın sertliği ve aşınma dayanımı arasında bir ilişki olduğu elde edilen diğer bir bulgudur. Al2O3 bilyeye karşı farklı aşınma yüklerinde gerçekleştirilen karşılıklı aşınma testine göre, Fe13Cr2B5 esaslı kaplamanın en düşük aşınma oranına sahip olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte düşük yüklerde titanyumun sürtünme katsayısını azaltmada önemli rol oynadığı ve en düşük sürtünme katsayısı değeri Fe13Ti5B2 esaslı bileşimden elde edilmiştir. Sert dolgu kaplamalara 0,5 M NaCl çözeltisi içerisinde uygulanan potansiyodinamik polorizasyon testi sonucunda kromun kaplamanın korozyon direnci üzerinde etkin rol oynadığı tespit edilmiştir. En düşük korozyon hızının en yüksek krom oranına sahip Fe13Cr5B2 esaslı bileşimde ölçüldüğü görülmüştür. Sonuç olarak ferro alaşım başlangıç malzemeleri kullanılarak Fe-Cr-B-, Fe-Ti-B ve Fe-Cr-Ti-B esaslı sert dolgu elektrotları başarıyla üretilmiş ve AISI 1010 çelik altlık üzerinde oluşturulmuştur. Kaplama tabakaların altlık-kaplama ara yüzeyi özelliklerinin homojen, son derece sert, aşınmaya ve korozyona dirençli olduğu belirlenmiştir.
Termo-reaktif difüzyon (trd) yöntemiyle çelik yüzeyinde Cr (C, B, N) esaslı kaplamaların oluşturulması ve özelliklerinin incelenmesi
Çelik malzemeler otomobil, savunma, havacılık, denizcilik, inşaat sektörleri gibi geniş bir yelpazede insanoğlun en önemli yardımcısı olmuşlardır. Kullanım sektörlerine göre çeliklerden beklentiler değişmekle beraber, çeliklerin kullanım şartlarına bağlı olarak birtakım problemlerde ortaya çıkabilmektedir. Ortaya çıkan bu problemler çoğunlukla tekrarlı yükler, kimyasal reaksiyonların etkisi ve mekanik etkileşimlerden kaynaklanmaktadır. Bu akademik çalışmada AISI D2 takım çeliğinden imal edilmiş çelik yüzeylerinde termo reaktif difüzyon yöntemi kullanılarak Cr (C, B, N) esaslı kaplama tabakalarının oluşturulması hedeflenmiştir. Bu tez çalışması iki aşamadan meydana gelip, birinci aşamasında metalografik olarak hazırlanmış malzemelerin nitrürleme işlemleri ve borlama işlemleri yapılmıştır. İkinci aşamada ise, nitrürlenmiş, borlanmış ve işlem görmemiş AISI D2 çeliğinin yüzeyleri, içeriğinde ferro-krom, alümina, nişadır ve naftalinden oluşan kaplama banyosunda termo reaktif difüzyon (TRD) yöntemiyle kaplama işlemine tabi tutulmuşlardır. Kaplama verimliliklerinin ortaya çıkarılması adına karakterizasyon işlemleri yapılmıştır. AISI D2 çelik malzeme yüzeyinde elde edilen borlama ve nitrürleme ile Cr (C, B, N) esaslı kaplama tabakaların özellikleri geniş bir çerçevede analiz edilmiştir. Elde edilen kaplamaların mikro yapı ve elementel analizleri optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu ve elementel yapı incdlemeleri ile incelenirken fazların tespiti için de x-ışınları difraksiyon (XRD) analizinden yararlanılmıştır. Çelik yüzeylerinde elde edilmiş Cr (C, B, N) esaslı kaplama tabakaların mekanik fonksiyonları mikro vickers sertlik ölçme metodu ile ortaya çıkarılmış ve ayrıca kaplama tabakalarının korozyon davranışları da simule edilmiş vücut sıvısı (SBF) ortamında incelenmiştir.
Fe-W-B in-situ kompozit malzemelerin üretimi ve özelliklerinin incelenmesi
Toz metalurjisi birçok endüstriyel alanda uygulama imkânı bulan yöntemlerden biridir. Bu çalışmada toz metalurjisi ve mekanik alaşımlama yöntemleri kullanılarak Fe-W-B in-situ kompozit malzemelerin üretimi ve özelliklerinin incelenmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla ilk aşamada karakterizasyonları yapılan ferro-tungsten, ferro-bor ve demir tozları farklı oranlarda karıştırılarak attritörde koruyucu atmosfer altında 20 saat süreyle mekanik alaşımlama işlemine tabi tutulmuştur. Farklı bileşimlerde hazırlanan ön alaşımlandırılmış toz karışımları Ø15x~5mm boyutlarda 115MPa basınç altında preslenerek şekillendirilmişlerdir. Numuneler 1200 ve 1250 °C'de 120, 240 ve 360 dakikayla kontrollü atmosferde sinterlenmek suretiyle kompozit karakterdeki Fe-W-B esaslı in-situ malzemeler üretilmiştir. Üretilen kompozit malzemelerin karakterizasyonları, mikroyapı (optik ve elektron mikroskobu (SEM-EDS), faz analizi (XRD), yoğunluk (Archimed), sertlik (Vickers mikrosertlik) ve aşınma özellikleri incelenerek gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda MD2 (%20W+%30B+%50Fe, atomik olarak) bileşiminde üretilen in-situ kompozit malzemenin yoğun, sert, aşınmaya dirençli ve Fe, Fe2B ve FeWB fazlarına sahip bir malzeme olduğu belirlenmiştir.
Termoreaktif difüzyon yöntemiyle çeliklerin yüzeyinde Ti-Al-N esaslı kaplamaların oluşturulması ve özelliklerinin incelenmesi
Anahtar kelimeler: İnce film kaplamalar, TiN, TiAlN, aşınma, korozyon, oksidasyon, Termo Reaktif Difüzyon (TRD)Bu çalışmada termo reaktif difüzyon (TRD) yöntemi kullanılarak AISI D2 soğuk iş takım çeliği yüzeyine titanyum alüminyum nitrür (TiAlN) esaslı kaplama tabakasının oluşturulmasına çalışılmıştır. Bu amaçla metalografik olarak hazırlanmış olan numunelere öncelikle 575 oC'de 8 saat süreyle gaz nitrürleme işleminin uygulanmasıyla yüzeyde Fe3N fazından oluşan nitrür tabakası elde edilmiştir. TiAlN tabakasının oluşturulması amacıyla, nitrürlenmiş numunelere Ti ve Al elementlerinin difüze edilmesinde iki farklı teknik denenmiştir. Ti ve Al elementlerinin ayrı kaplama banyolarında difüze edilmesine dayalı olan birinci yöntem kademeli üretim olarak isimlendirilmektedir. İki elementin aynı kaplama banyosunda bulundurularak difüzyonlarının sağlanması ise birlikte çöktürme yöntemidir. Her iki yöntemden elde edilen TiAlN kaplı numunelerde yapılan mikroyapı incelemeleri, mikrosertlik, tabaka kalınlığı ve tabakayı oluşturan fazların tespitini içeren ön çalışmalar neticesinde kaplama tabakasının oluşturulmasına birlikte çöktürme yöntemi ile devam edilmesine karar verilmiştir. Kaplama banyosunda metal element kaynağı olan ferro titanyum ve alüminyum ile birlikte aktivatör olarak amonyum klorür, inert dolgu malzemesi olarak alümina ve oksijen giderici olarak naftalin kullanılmıştır. En iyi özelliklere sahip TiAlN esaslı tabakanın elde edilebilmesi amacıyla kaplama banyosunun optimizasyonuna çalışılmıştır. Bu amaçla banyo bileşimine ağırlıkça %1, %3, %5, %7 ve %10 oranlarında Al ilave edilmiştir. Yapılan incelemeler (Optik mikroyapı, SEM-EDS, XRD, mikrosertlik) sonucunda ağırlıkça %7 Al içeren kaplama banyosunun kullanılmasına karar verilmiştir.Kaplanmamış, nitrürlenmiş, TiN ve TiAlN kaplanmış AISI D2 çelik numunelerin aşınma deneyleri ball-on-disk metoduyla Si3N4 bilyeler kullanılarak 0,1 m/s, 0,3 m/s ve 0,5 m/s hızlarda 2,5N, 5N ve 10N yük altında 200 m mesafede gerçekleştirilmiştir. Aşınma deneyleri sonucunda TiN ve TiAlN kaplı çeliklerin sürtünme katsayılarının ve aşınma hızlarının kaplanmamış ve nitrürlenmiş çeliklere oranla çok düşük seviyelerde olduğu görülmüştür.Korozyon özelliklerinin belirlenmesi amacıyla, kaplanmamış, nitrürlenmiş, TiN ve TiAlN kaplanmış AISI D2 çelik numuneler potansiyostat-galvanostat cihazı ile üç elektrod tekniği kullanılarak, 0,5M NaCl, 0,5M H2SO4 ve 0,5M H3BO3 sulu çözelti ortamlarında korozyona tabi tutulmuşlardır. Çalışmalar sonucunda elde edilen korozyon akımı (IKor), korozyon potansiyeli (EKor) ve polarizasyon direnci (Rp) değerleri TiN ve TiAlN kaplama tabakalarının her ortamda kaplanmamış ve nitrürlenmiş çeliğe oranla çok yüksek korozyon direncine sahip olduğunu göstermiştir.TiAlN kaplı çeliğe ait yüksek sıcaklıklardaki oksidasyon direncinin belirlenmesi amacıyla açık atmosfer elektrik direnç fırınında 600°C, 700°C ve 800°C sıcaklıklarda 25 saat süreyle oksidasyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Kaplama tabakası 600°C ve 700°C sıcaklıklarda altık malzemeyi sıcaklığın etkisine karşı korumuştur. Oksidasyon sıcaklığının yükseltilmesinin kaplama tabakasının oksidasyon direncinin düşmesine sebep olduğu görülmüştür.