Mustafa YAZICI, Fatih YILDIZ, Ali YETİM, Ayhan ÇELİK

316L İMPLANT MALZEMESİNİN AŞINMA VE MANYETİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNE PLAZMA NİTRÜRLEME SICAKLIĞININ ETKİSİ

Paslanmaz çeliklerin aşınma ve manyetizasyon özellikleri çoğu biyomekanik uygulamalarda önemli bir bileşendir. Düşük sıcaklıklarda nitrürleme işlemi paslanmaz çeliklerin aşınma direncini geliştirmek için dizayn edilmiş bir termokimyasal işlemdir. Bu çalışmada 316L paslanmaz çeliğin hem aşınma hem de manyetik özellikleri X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), pin-on-disc tribotester ve VSM (Vibrating sample magnetometer) cihazları kullanılarak araştırıldı. 316L paslanmaz çeliğin plazma nitrürleme işlemi %50H2–%50N2 gaz karışımında, 2 saat ve 350, 400, 450°C sıcaklıkta yapıldı. Aşınma deneyleri ve manyetik ölçümler 37°C'de ve (SBF) yapay vücut sıvısı içerisinde gerçekleştirilmiştir. XRD analizlerinden modifiye tabaka içerisinde CrN, Î³'-Fe4N ve S-fazı oluşumları tasdiklenmiştir. Sıcaklığın artışıyla nitrojene doymuş s-fazının oluşumu aşınma direncini artırır ve plastik deformasyona karşı direncini artırdığından dolayı aynı zamanda adezyona karşı azalma eğilimindedir. Artan nitrürleme sıcaklığı ile 316L paslanmaz çeliğin manyetik özelliği yumuşak bir ferromanyetik davranış sergilediği analiz edilmiştir. Nitrürleme sıcaklığının artışı ile nitrojen atomlarının aktivasyonu artmakta ve nitrojen atomları Fe-Fe atomları arasındaki mesafeyi artırmasından dolayı kafes yapısının genişlemesine yol açmaktadır ve buda manyetik etkileşimleri etkilemiştir.

Anahtar Kelimeler:

-

The tribological and magnetic properties of stainless steels components are important in many biomechanical applications. Low temperature plasma nitriding is a thermochemical treatment designed so as to improve of wear resistance in stainless steels. In this work, the influence of temperature plasma nitriding on both wear and magnetic properties of 316L stainless steel was investigated by using Xray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), pin-on-disc tribotester and VSM (Vibrating sample magnetometer). Plasma nitriding treatment of 316L stainless steel has been performed in 50%H2–50%N2 gas mixture, for treatment times of 2 h at the temperatures of 350, 400 and 450°C. The wear tests and magnetic analysis were carried out in SBF at 37 °C. XRD analyses confirm the formation of CrN, γ'-Fe4N and S-phases in the modified layer. The wear resistance increases, due to the formation of the nitrogen-supersaturated S-phase with the temperature increase, and it was improved, due to increased resistance to plastic deformation, as well as to decreased tendency towards adhesion. It was analyzed that the soft (ideal) ferromagnetic of the magnetic properties of 316L stainless steel increased with increasing treatment temperature during nitriding process. Activation of nitrogen atoms increases with increasing nitriding temperature and nitrogen atoms leads to lattice expansion and magnetic interactions are influenced because of increasing FeFe distance

Keywords:

316L stainless steel SBF Wear Magnetization,

PDF

___

Borgioli, F., Fossati, A., Galvanetto, E., Bacci, T., 2005. Glow-discharge nitriding AISI 316L austenitic stainless steel: influence of treatment temperature, Surface and Coating Technology, 200, 7, 2474-2480
Borgioli, F., Fossati, A., Galvanetto, E., Bacci, T., Pradelli, G., 2006. Glow-discharge nitriding of AISI 316L austenitic stainless steel: influence of treatment pressure, Surface and Coating Technology, 200, 18-19, 5505-5513
Jeong, B., Kim, M., 2001. Effects of pulse frequency and temperature of the nitride layer and surface characteristics of plasma nitrided stainless steel, 137, 249-254
Gallagher, K. A., Willard, M. A., Zabenkin, V. N., Laughlin, D. E., McHenry, M. E., 1999. Distributed Exchange Interactions and Temperature Dependent Magnetization in Amorphous Fe88-xCoxZr7B4Cu1 Alloys. Journal of Applied Physics 85, 5130-5132
Öztürk, O., 2009. Structural and magnetic characterization of plasma ion nitrided layer on 316L stainless steel alloy. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 267, 1540–1545
Tosun, M., 2012. Micro and Nano Effects of Plasma Nitridation on Material Properties of 316L Austenitic Stainless Steel. 20-21 Ekim 2011 tarihlerinde Makina
Mühendisleri Odası tarafından İstanbul’da düzenlenen
Geleceğin Teknolojileri Sempozyumu’nda sunulan bildiri.
Yazıcı, M., 2013. S-Fazının kristolografik yapısı,
elektriksel, manyetik ve mekanik özelliklerinin
incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Atatürk Üniversitesi,
Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum.
Yetim, A.F., 2009. Biyomalzeme olarak kullanılan AISI316L paslanmaz çelik ve Ti6Al4V alaşımının plazma ile nitrürleme davranışı, Ti-DLC ince film kaplama ile karşılaştırılması. Doktora Tezi. Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum.