Synthesis and structural characterization of multifunctional ti alloy: Gum metal

Son yıllarda keşfedilen bir titanyum alaşım türü olan sakız metal (Ti-23Nb-07Ta-2Zr-O) sahip olduğu olağanüstü düşük elastik modülü (50 GPa), yüksek akma dayanımı (2000 MPa'ya kadar), ve biyouyumluluk gibi özellikleri sayesinde spor malzemeleri, havacılık, endüstriyel ve özellikle biyomedikal alanlarda kullanılabilecek benzersiz bir alaşım türü olarak düşünülebilir. Ayrıca, bütün bu ayırt edici özellikleri şiddetli deformasyon halinde dahi koruyabilmesi ve Elinvar-Invar özelliklerine sahip olması sakız metali eşsiz bir malzeme haline getirmektedir. Sakız metalin sahip olduğu üstün mekanik ve fiziksel özellikler olağandışı deformasyon mekanizması ile ilişkilidir. Fakat, sakız metalin çalışılması zor olan ve oldukça kolay oksitlenme eğilimi gösteren hammaddelerden oluşması, yapının homojen bir şekilde üretilmesini zorlaştırmaktadır. Bu nedenle, üretimi için oldukça hassas, zahmetli ve sorunlu bir yöntem olan toz metalurjisi yöntemi kullanılmaktadır. Toz metalurjisi seri üretime uygun bir yöntem olmadığı için yeni bir üretim methodu geliştirmek önemlidir. Bu tez üç ana konuya odaklanmaktadır: (i) teorik hesaplamalar yardımıyla sakız metal özellikleri sergileyen farklı alaşımları geliştirmek, (ii) seri üretime uygun, toz metalurjisinden daha kolay ve geleneksel bir yöntem olan ark ergitme fırınını kullanarak alaşımları başarılı bir şekilde üretmek ve (iii) alaşım elementlerinin Ti71.8+nNb25-nZr2O1.2 temel alaşımının deformasyon mekanizması, yapısal ve mekanik özellikleri üzerindeki etkilerini araştırmak, ve tek fazlı sakız metal alaşımı için önerilen teorik tahminlerin geçerliliğinin onaylamak. Teorik hesaplamalara göre, üç farklı yapı, (S1) Ti-23.8Nb-2Zr-1.2O (at%), (S2) Ti-23Nb-0.93V-2Zr-1.2O (at%) ve (S3) Ti-25Nb-0.7Ta-2Zr-2Al-1.2O (at%) belirlenmiş ve atmosfer kontrollü ark eritme fırınına başarıyla dökülmüştür. Bu alaşımların kimyasal karakterizasyonu SEM, EDS, termal kararlılığı DSC, mineralojik analizleri XRD ve mekanik özellikleri ise mikro sertlik ve basma testi metodları kullanılarak araştırılmıştır. Hazırlanan üç alaşımın, tek fazlı, homojen morfolojiye ve elementel kompozisyona sahip olduğu gözlenmiştir. Temel alaşıma çeşitli elementlerin dahil edilmesi ile alfa fazından beta fazına geçiş sıcaklığı 100 °C' ye kadar düşürülmüş ve mekanik özelliklerin önemli ölçüde iyileştirildiği gözlemlenmiştir. Basma testlerinde numune kalınlığı %85 oranında azaltılmasına rağmen, görünür bir çatlak oluşmamaktadır. Ayrıca, bu deformasyon sonucunda dahi sertlikte belirgin bir artış ortaya çıkmamıştır. Sonuç olarak, elde edilen mekanik ve yapısal bulgular, bu çalışma kapsamında hazırlanan tüm bileşimlerin sakız metal ailesinde olabileceğini düşündürmektedir.