Production and effect of bioceramic reinforcement on corrosion, bioacctivity, and wear of magnesium zinc alloy
Biyoseramik takviyelerin magnezyum-çinko alaşımının korozyon direnci ve biyouyumluluğu üzerindeki etkisi
- Tez No: 978987
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUHAMMET EMRE TURAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Biyokompozitler, Biyomalzeme, Magnezyum, Korozyon, Aşınma, Biyoaktivite, Biocomposites, Biomaterials, Magnesium, Corrosion, Wear, Bioactivity
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Magnezyum (Mg) alaşımları, biyolojik olarak parçalanabilirlikleri, hafiflikleri ve insan kemiğiyle mekanik uyumlulukları nedeniyle biyomedikal uygulamalar için umut verici adaylar olarak ortaya çıkmıştır. Ancak saf magnezyumun hızlı bozunma hızı ve düşük mekanik mukavemeti, klinik ortamlarda doğrudan kullanımını sınırlamaktadır. Diğer yandan, biyocam, titanyum dioksit (TiO₂) ve baryum titanat (BaTiO₃) gibi biyoseramik malzemeler mükemmel biyoaktivite, biyouyumluluk ve mekanik güçlendirme kabiliyetleri göstermiştir. Magnezyum alaşımlarının biyoseramik takviyelerle kombinasyonu, gelişmiş yapısal ve biyolojik performansa sahip gelişmiş biyolojik olarak parçalanabilir malzemeler geliştirmek için sinerjik bir yaklaşım sunmaktadır. Bu çalışma, magnezyum-çinko (Mg-Zn) alaşımlarının üç biyoseramik malzemeyle (45S5 biyocam, BaTiO₃ ve TiO₂) güçlendirilmesinin korozyon direnci ve aşınma üzerindeki etkilerini araştırmayı amaçlamaktadır. Kompozitler, bileşim ve mikro yapı üzerinde hassas kontrol sağlayan toz metalurjisi (TM) tekniği kullanılarak sentezlenmiştir. Takviyeler farklı ağırlık yüzdelerinde (%1,0, %2,5 ve %5,0 ağırlık) eklenmiş ve kapsamlı bir karakterizasyon tekniği seti kullanılmıştır. Faz tanımlaması X-ışını kırınımı (XRD) kullanılarak gerçekleştirilirken, mikroyapısal özellikleri ve element dağılımını değerlendirmek için taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) kullanılmıştır. Mekanik özellikler Vickers mikro sertlik ve aşınma testi ile değerlendirilmiştir. Korozyon davranışını değerlendirmek için simüle edilmiş vücut sıvısında (SBF) elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve Tafel analizleri gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, %2,5 ağırlık oranında biyocam eklenmesinin Mg-Zn alaşımlarının korozyon direncini önemli ölçüde artırdığını göstermiştir. Ayrıca, %5,0 ağırlık oranında BaTiO₃ ve TiO₂ takviyeleri sertliğin artmasına katkıda bulunmuştur. Ancak, aşırı takviye içeriği (%10 ağırlık) parçacık aglomerasyonuna ve artan gözenekliliğe yol açarak kompozit bütünlüğünün azalmasına neden olmuştur. Sonuç olarak, Mg-Zn alaşımlarının orta düzeyde biyoseramik takviyesi, mekanik performanslarını, korozyon dirençlerini ve biyouyumluluklarını artırmaktadır. Bu gelişmeler, bu tür kompozitlerin geçici ortopedik implantlar ve diğer biyolojik olarak parçalanabilir biyomedikal uygulamalar için uygun adaylar olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Magnesium (Mg) alloys have emerged as promising candidates for biomedical applications due to their biodegradability, light weight, and mechanical compatibility with human bone. However, the rapid degradation rate and low mechanical strength of pure magnesium limit its direct use in clinical settings. On the other hand, bioceramic materials such as bioglass, titanium dioxide (TiO₂), and barium titanate (BaTiO₃) have demonstrated excellent bioactivity, and mechanical reinforcement capabilities. The combination of magnesium alloys with bioceramic reinforcements offers a synergistic approach to develop advanced biodegradable materials with enhanced structural and biological performance. This study aims to investigate the effects of reinforcing magnesium-zinc (Mg-Zn) alloys with three bioceramic materials—45S5 bioglass, BaTiO₃, and TiO₂—on their corrosion resistance and wear. Composites were synthesized using the powder metallurgy (PM) technique, which enabled precise control over composition and microstructure. Reinforcements were added at varying weight percentages (1.0, 2.5, and 5.0 wt.%), and a comprehensive set of characterization techniques was employed. Phase identification was performed using X-ray diffraction (XRD), while scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) were used to evaluate microstructural features and elemental distribution. Mechanical properties were assessed through Vickers microhardness and wear testing. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and Tafel analyses were conducted in simulated body fluid (SBF) to evaluate corrosion behavior. The results indicated that the addition of 2.5 wt.% bioglass significantly improved the corrosion resistance of Mg-Zn alloys. Furthermore, BaTiO₃ and TiO₂ reinforcements at 5.0 wt.% contributed to enhanced hardness. However, excessive reinforcement content (10 wt.%) led to particle agglomeration and increased porosity, resulting in reduced composite integrity. The wear tests showed that adding bioceramics, especially BaTiO₃ and TiO₂, improved wear resistance by increasing hardness and reducing material loss. Bioglass also contributed by forming a protective HA layer in SBF, lowering friction. The best wear resistance was observed at moderate reinforcement ratios (2.5–5 wt.%). In conclusion, moderate bioceramic reinforcement of Mg-Zn alloys enhances their mechanical performanc and corrosion resistance. These improvements suggest that such composites are suitable candidates for temporary orthopedic implants and other biodegradable biomedical applications.
Benzer Tezler
- Magnezyum florür katkılı sığır hidroksiapatit esaslı kompozit biyomalzeme üretim ve karakterizasyonu
Production and characterization of magnesium fluoride doped bovine hydroxyapetite composites
NİGAR DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
- H-BN ilavesinin zirkonya ile toklaştırılmış alumina seramiklerinin mekanik ve biyouyumluluk özellikleri üzerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of h-BN addition on the mechanical and biocompatibility properties of zirconia toughened alumina ceramics
GÖKÇE ATA BÜYÜKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İPEK AKIN KARADAYI
- Nişasta konsolidasyon döküm yöntemi ile atık yumurta kabuğu kullanılarak gözenekli kalsiyum silikat üretimi
Production and characterization of porous calcium silicate ceramics by starch consolidation technique by using waste egg shells
ÖZGE KAVÇAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Mühendislik BilimleriBursa Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞE KALEMTAŞ
DR. ÖĞR. ÜYESİ PINAR TERZİOĞLU
- Doku mühendisliği için osteokonduktif ve/veya antibakteriyel kompozit nanofiber üretimi
Production of osteoconductive and/or antıbacterıal composite nanofibers for tissue engineering
ASLIHAN SÜSLÜ
Doktora
Türkçe
2014
Metalurji MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜMİT CÖCEN
- ZrO2 ve Al2O3 katkılı biyoseramik tozların üretimi ve karakterizasyonu
The production and characterization of bioceramic powders incorporated by ZrO2 and Al2O3
SULTAN COŞKUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Kimya MühendisliğiAfyon Kocatepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ATİLLA EVCİN