Mekanik alaşımlama yöntemi ile üretilen Ti-nb esaslı alaşımların mikroyapısal, mekanik, antibakteriyel ve sitotoksik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of microstructural, mechanical, antibacterial and cytotoxic properties of Ti-nb based alloys produced by mechanical alloying method
Yazar: AHMET BURÇİN BATIBAY
Danışman: PROF. DR. ATİLLA EVCİN ; DOÇ. DR. HASAN KOTAN
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Antibakteriyel aktivite = Antibacterial activity ; Biyomalzemeler = Biomaterials ; Elastik modül = Elastic module ; Mekanik alaşımlama = Mechanical alloying ; Sitotoksik etki = Cytotoxic effect ; Titanyum alaşımları = Titanium alloys

Özet:
Bu araştırmada,  biyomalzeme olarak kullanılması düşünülen yeni  nesil  titanyum alaşımlarının  mekanik alaşımlama ile  üretimi gerçekleştirilmiştir. Nb, Sn, Ta, Hf ve Zr gibi toksik olmayan katkılar titanyuma eklenerek 8 saat mekanik alaşımlama sonrası elde edilen tozlar preslendikten sonra 1150C de 2 saat sinterleme işlemine tabi tutulmuştur. X-ışını kırınımı (XRD), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM),  Enerji Dispersif Spektrum (EDS),  sertlik, yoğunluk ve tahribatsız muayene yöntemlerinden ultrasonik yöntemle  elastik modülü  analizleri yapılarak elde edilen numuneler mikroyapısal ve mekanik olarak, antibakteriyel ve sitotoksik testler yapılarak  elde edilen  numuneler 
biyolojik olarak  incelenmiştir. Çalışma sonucunda elde edilen sonuçlar,  sinterleme sonrası elde edilen  alaşımların α  –  Ti, β  –  Ti ve TiC fazlarını içerdiği XRD ve EDS analizleriyle tespit edilmiştir. SEM görüntülerinde alaşımların homjen bir dağılıma sahip olduğu EDS ile birlikte ispatlanmıştır. Sertlik değerleri alaşım katkılarına değişkenlik göstermiş,  340 ile 1322  HV arasında çok geniş yelpazede değerler almıştır.  Sertlik 
değerlerinin yüksek olması  sinterleme esnasında mikroyapıda oluşan  değişik katkıların yanında yapıdaki TiC  ikinci fazlarının varlığından kaynaklandığı tespit edilmiştir. Hesaplanan bağıl yoğunluk değerlerinde elde edilen alaşımların % 0,87 – 12,37 arasında gözenek barındırdığı görülmüştür. Elastik modülü alaşımlarda 48,3 ile 130 GPa arasında geniş bir aralıkta sonuçlar vermiştir. Biyomalzeme olarak kullanılması için istenilen elastik modülü, alaşımların bazılarında kemiğe yakın değerlerde sonuçlar vermiştir. Son olarak,  geliştirilen alaşımların biyolojik özelliklerini incelemek için antibakteriyel ve sitotoksik testler  uygulanmıştır.  Elde edilen sonuçlar geliştirilen alaşımların antibakteriyel özelliğe sahip olduğunu ve  sitotoksik  olmadıklarını  göstermiştir.  Elde edilen  bu  sonuçlar  üretilen  alaşımların  yeni nesil biyomalzeme olarak kullanım potansiyeli olduğunu göstermektedir.  Doktora çalışmaları kapsamında geliştirilen yeni nesil  titanyum alaşımlarının  bu alanda yapılacak çalışmalar için bir altyapı oluşturması ve ülke ekonomisine önemli bir kazanç getirmesi hedeflenmektedir.

Abstract:
In this research, new generation titanium alloys as biomaterials were  produced by mechanical alloying with the addition of non-toxic elements such as Nb, Sn, Ta, Hf and Zr. Mechanical alloying experiments were carried out at room temperature in a high energy ball milling for 8 hours. After alloying procedures the as-milled powders were 
consolidated using an uniaxial pressing and sintered at 1150C for 2 hours followed by microstructural (X-ray diffraction (XRD), Scanning Electron Microscope (SEM), Energy Dispersive Spectrum (EDS)), mechanical (hardness and elastic modulus) and biological (antibacterial and cytotoxic tests) characterizations. The results obtained from XRD and EDS analyses showed α - Ti, β - Ti and TiC phases in the sintered alloys. Hardness tests taken from the sintered samples revealed a wide range values between 340 and 1322 HV depending on the alloy compositions and TiC phases. The density investigations showed that the sintered alloys had relatively low density resulting from high porosity varying between 0.87 -  12.37 %. The elastic modulus of the sintered samples were found between 48.3 to 130 GPa as a function of added elements, some of which was close to the elastic modulus of bone. Antibacterial and cytotoxic tests results showed that the synthesized alloys possessed good antibacterial properties and were  not toxic for body. Overall, the obtained results from this study have shown that the developed alloys have the potential 
as a new generation biomaterials.