Aşınma Numunelerinin Optik Mikroskopta Analizi

Adheziv aşınma deneyine tabi tutulan TM Ti alaşımlarının aşınma performansları, aşınma yüzey morfolojisi ve yüzey üzerinde oluşan aşınma mekanizmalarının optik incelenmesiyle desteklenmiştir. Her bir alaşımda kuru ve hank sıvısı ortamında oluşan aşınma karakteristiği, yüzeyler üzerinde meydana gelen aşınma çizik yoğunluğu, boyutu ve tipine bağlı olarak nitelendirilmiştir. Özellikle, hank sıvısı ortamında adheziv, abraziv ve erozyon aşınma mekanizmalarının oluşup oluşmadığı ve kuru sürtünme durumunda oluşan aşınma tipi tayin edilmiştir. Aşınmış yüzeyler üzerinden alınan yüzey pürüzlülük değerlerinin yapılan mikro yapı analizleri ile uyumlu olup olmadığı belirlenmiştir. Bu durum, Ti-5Al-2.5Fe alaşımı için Şekil 4.26.’ da gösterilmiştir.

a b

Şekil 4.26. Ti-5Al-2.5 Fe alaşımı için a) kuru kayma durumunda b) hank sıvısı ortamında aşınan yüzeyin optik görüntüsü

Şekil 4.26.-a’ da, kuru kayma şartlarında disk ve numune arasına sert partiküllerin girmesi sonucu oluşan abraziv etki Ti-5Al-2.5Fe alaşımında diğer alaşımlara nazaran daha fazla gözlemlenmektedir. Hank sıvısı ortamında ise numune üzerine yapışan partiküllerin belli bir kayma mesafesi sonrası koparak oluşturdukları adheziv aşınma ve 7.4 PH değerine sahip hank sıvısının yüzeylerle etkileşimi sonucu oluşan erozyon aşınma mekanizması (A bölgeleri) ile birlikte abraziv aşınma mekanizması da B bölgesinde görülen görülmektedir. Adheziv aşınmanın etkisi abraziv aşınmadan daha fazla olduğu ölçülen ağırlık kaybı ile tespit edilmiştir. Dolayısıyla, hank sıvısı

Abraziv Aşınma

A

B

200µm

ortamında yapılan aşınma deneylerinde, kullanılan sıvının kimyasal içeriğinde bulunan MgCl2, CaCl2, KCl ve NaCl bileşiklerinin abraziv aşındırıcı etkisi olabileceği literatür çalışmasıyla tespit edilmiş (Aktaş, 1997) ve bu abraziv etki ile birlikte oluşan adheziv ve erozyon aşınmaları sonrası toplam ağırlık kaybı, kuru sürtünmeye nazaran daha fazla meydana gelmiştir. Ayrıca, A bölgesinde görüldüğü gibi, hank sıvısı ile yüzeyler arasındaki mekanik etkileşim sonrası numune katı yüzeylerinden malzeme erozyonu şeklinde aşınma tipi tespit edilmiştir. Abraziv, adheziv, bölgesel ve küçük erozyon aşınma mekanizmaları sonrası oluşan karmaşık aşınmanın en yoğun gözlemlendiği alaşım olarak, aşınma sonrası ölçülen Rt yüzey pürüzlülük değeri diğer alaşımlara nispeten daha fazla değerde ölçülmüştür. Şekil 4.27.’ de Ti-6Al-7Nb alaşımı aşınma numunelerinin yüzey fotoğrafları verilmiştir.

a b

Şekil 4.27. Ti-6Al-7Nb alaşımı için a) kuru kayma durumunda b) hank sıvısı ortamında aşınan yüzeyin optik görüntüsü

Ti-6Al-7Nb alaşımının kuru kayma deneyi sonrası aşınma nedeni, Ti-5Al–2.5Fe alaşımına benzer olarak abraziv etki sonrası benzer karakteristik göstermiş ancak hank sıvısı ortamında adheziv ve erozyon aşınma mekanizmasının yanı sıra daha derin ve geniş abraziv çizik oluşumu ve daha az erozyon aşınma mekanizmasının etkili olduğu A bölgelerinde görülmektedir. Yüzey pürüzlülük değerleri ile kıyaslandığında, Ti-6Al-7Nb alaşımının kuru kayma durumunda Rt değerinin düşük olmasından dolayı, abraziv aşınma çizgilerinin derinliği Ti-5Al-2.5Fe alaşımına nazaran daha düşük mertebede olduğu ve erozyon aşınma mekanizmasının oluşmadığı gözlemlenmiştir. Hank sıvısı ortamında ise, yüzey karakterizasyonları

Abraziv Aşınma

A

100µm 200µm

kaybı olarak Ti-6Al-7Nb alaşımı Ti-5Al–2.5Fe alaşımına nazaran daha az aşınmıştır.

İmplant uygulamalarında sıklıkla kullanılan Ti-6Al-4V alaşımının aşınma sonrası yüzey incelemesi Şekil 4.28.’ de verilmiştir.

a b

Şekil 4.28. Ti-6Al-4V alaşımı için a) kuru kayma durumunda b) hank sıvısı ortamında aşınan yüzeyin optik görüntüsü

Ti-6Al-4V alaşımının aşınmış yüzey analizinde, kuru kayma durumunda Ti-5Al–

2.5Fe ve Ti-6Al-7Nb alaşımlarına nispeten kuru kayma durumunda daha yüzeysel abraziv çizikler, hank sıvısı ortamında ise daha ince abraziv çizik oluşumu, adheziv ve daha lokal alanlarda oluşan erozyon etkisinin oluştuğu Şekil 4.28.-b’ de görülmektedir. Hank sıvısı ortamında, ağırlık kaybını önemli oranda etkileyen adheziv ve erozyon aşınma mekanizmalarının daha az oluşmasıyla, bu alaşımda meydana gelen ağırlık kaybı diğer iki alaşıma nispeten daha düşük ölçülmüştür. Rt maksimum yüzey pürüzlülük değeri oluşan yüzeysel abraziv çizikler ile, Ti-6Al-7Nb ve Ti-5Al-2.5Fe alaşımlarına nazaran yaklaşık % 25 oranında daha düşük ölçülmüştür. Dolayısıyla, Ti-6Al-4V alaşımı diğer iki alaşıma nispeten vücut ortamında daha az ağırlık kaybına neden olabileceğini ve aşınma sonrası oluşan yüzey kalitesinin daha iyi olabileceğini ortaya koymuştur. % 4 Ta ilavesi ile imal edilen Ti-6Al-4V-4Ta implant alaşımının aşınma sonrası yüzey karakterizasyonu Şekil 4.29.’ da verilmiştir.

Abraziv Aşınma

A

A

100µm 200µm

a b

Şekil 4.29. Ti-6Al-4V-4Ta alaşımı için a) kuru kayma durumunda b) hank sıvısı ortamında aşınan yüzeyin optik görüntüsü

Şekil 4.29.-a’ da görüldüğü gibi Ti-6Al-4V-4Ta alaşımının kuru kayma şartlarında oluşan abraziv aşınma çizgileri, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb ve Ti-5Al-2.5Fe alaşımlarına nispeten oldukça yüzeyseldir. Hank sıvısı ortamında yapılan aşınma deneyinde ise, diğer alaşımlara nispeten daha düşük adheziv ve erozyon aşınma mekanizmalarının oluştuğu gözlemlenmektedir. Bu sebeplerden dolayı, Ti-6Al-4V-4Ta alaşımının maksimum yüzey pürüzlülük Rt değeri diğer alaşımlardan daha düşük ölçülmüş olup bu değer ile optik görüntüler uyum sağlamaktadır. Minimum yüzey pürüzlülük Ra değerinde ise, diğer alaşımlara göre daha yüzeysel abraziv çizikler ile oldukça belirgin bir düşüş göstermiştir. Bu sayede, Ti-6Al-4V alaşımına

% 4 Ta ilavesi ile, hank sıvısı ortamında oluşan adheziv aşınma mekanizması ve MgCl2, CaCl2, KCl ve NaCl bileşiklerinin abraziv etkisi sonrası diğer alaşımlara nispeten daha düşük ağırlık kaybı ve yüzey pürüzlülük değeri elde edilebilmiştir.

Genel kapsamda, hank sıvısının oluşturduğu erozyon ve abrazyon aşınma mekanizmalarının yoğunluğu, alaşımların mikrosertlik değerleri ile yakından ilişkili olduğu görülmektedir. Şekil 4.14’ de verildiği gibi, en yoğun erozyon ve abrazyon etkinin görüldüğü alaşım Ti-5Al-2.5Fe alaşımının mikrosertlik değeri diğer alaşımlara nispeten daha düşüktür. Mikrosertliği yüksek olan alaşım abrazyon ve adhezyon mekanizmalarına karşın daha kararlı bir karakter göstermiştir.

A

Abraziv Aşınma

100µm 200µm