REX-734 ve Ni-Ti alaşımlarına farklı biyoseramik kaplamalar uygulanarak yüzey karakterizasyonu, korozyon ve mekanik özelliklerinin araştırılması
The investigation of the surface characterization, corrosion and mechanical properties, of REX-734 and Ni-Ti alloys by using different bioceramic coatings
Yazar: YAKUP SAY
Danışman: PROF. DR. BÜNYAMİN AKSAKAL
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı / Mekanik ve Makine Elemanları Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Biyomedikal uygulamalarda metalik implant olarak kullanılan REX-734 ve Ni-Ti alaşımlarını daha fonksiyonel hale getirmek amacıyla, sol-gel yöntemi kullanılarak bu alaşımlar üzerine hidroksiapatit (HA) ve BioGlass (BG) esaslı farklı biyoseramik kaplamalar yapılmıştır. REX-734 grubu numunelerde HA, HA-SiO2, HA-Ag, HA-Zr, HA-Se/Kitosan, BG-Zr, Ni-Ti grubu numunelerde ise HA, HA-Ag, HA-Se/Kitosan ve BG-Ag yüzey kaplamaları yapılmıştır. REX-734 ve Ni-Ti altlıklar üzerinde yapılan farklı biyoseramik kaplamaların karakterizasyon, adezyon, sertlik, korozyon ve kemik hücreleri için vitalite (yaşayabilirlik) analizleri yapılmıştır. Yapılan yüzey kaplamaları SEM, EDX ve XRD analizleri ile karakterize edilmiştir. Tüm kaplamalarda, doku implant etkileşiminde önemli olan düşük çatlak yoğunluğuna sahip gözenekli yapı sağlanmıştır. Sinterleme sıcaklığının ve sinterleme hızının, kaplamanın yüzeye yapışma (adezyon) dayanımında önemli bir etkiye sahip olduğu tespit edilmiştir. HA' nın hem REX-734 hem de Ni-Ti altlıklarda BG' a göre daha yüksek adezyon dayanımlarına sahip olduğu belirlenmiştir. Zr ve Ag katkısının, HA' nın adezyon dayanımını arttırdığı ve Se/Kitosan katkısının ise adezyon dayanımında küçük bir düşüşe neden olduğu belirlenmiştir. Korozyonun tüm kaplamalarda küresel yapının bozulmasına ve çukurcuk oluşumuna neden olduğu gözlenmiştir. REX-734 numune grubunda HA' ya SiO2 ve Zr ilavesinin HA kaplamaların korozyon dayanımını arttırdığı tespit edilmiştir. Ni-Ti numune grubunda en yüksek korozyon dayanımına HA-Ag kaplamalarda ulaşılmış olup HA kaplamaların her iki altlık malzemede de kemik hücrelerinin vitalitesini (yaşayabilirliğini) arttırdığı belirlenmiştir. HA üzerine Se/Kitosan dubleks kaplama uygulamasının, kemik hücrelerinin vitalitesinde sadece HA kaplamalara göre çok daha iyi sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. 

Anahtar Kelimeler: Biyoseramikler, HA kaplama, Sol-gel, REX-734, Ni-Ti, Korozyon, Adezyon, Vitalite (Hücre yaşayabilirliği)

Abstract:
REX-734 and NiTi alloy substrates which are used as metalic implant in biomedical applications were coated by Hidroksiapatit (HA) and BioGlass (BG) based bio-ceramics by using sol-gel method. In REX-734 substrates; HA, HA-SiO2, HA-Ag, HA-Zr, HA-Se/Chitosan, BG-Zr, also NiTi substrates; HA, HA-Ag, HA-Se/Chitosan and BG-Ag surface coatings were carried out. Different bioceramic coatings on REX-734 and NiTi substrates were obtained and analyzed via adhesion, corrosion, hardness and cell viability. The surface coatings were characterized by SEM, EDX and XRD analysis. Porous structure and low crack density was achieved which are important in the interaction between tissue and implant. The sintering temperature and sintering rate was found to have a significant effect on strength and adhesion of the coatings. Adhesion strength of HA based coatings was found to be higher than BG based ones on both REX734 and NiTi substrates. It was determined that adhesion strength of HA increased due to Zr and Ag additives, although Se/Chitosan addition, only small decrease in adhesion strength is achieved. It was observed that the corrosion caused to degradation of spherical structure and led to pitting formation on all coatings. It was also determined that the addition of SiO2 and Zr increased the corrosion resistance of REX-734 coated samples. The highest corrosion resistance was achived on HA-Ag coated NiTi substrates and such coating materials improved the bone cell vitality of both, REX-734 and NiTi substrates. Cell viability structures of HA-Se/Chitosan dupleks coatings were observed to exhibit better vitality than the single layer HA coatings. 

Keywords: Bioceramics, HA Coating, Sol-gel, REX-734, Ni-Ti, Corrosion, Adhesion, Cell Viability