PEEK ve karbon fiber takviyeli PEEK implantlara uygulanan Ti ve Ti-HAp plazma sprey kaplamaların incelenmesi
Investigation of plasma sprayed Ti and Ti-HAp coatings on PEEK and carbon fiber reinforced PEEK implants
Yazar: ALİ TEKİN GÜNER
Danışman: PROF. DR. CEMAL MERAN
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Hidroksiapatitler = Hydroxyapatites ; Kalsiyum hidroksiapatit = Calcium hydroxyapatite ; Kaplama malzemeleri = Coating materials ; Ortopedik implantlar = Orthopedic implants ; Polietereterketon = Polyetheretherketone ; Püskürtme = Spraying ; Titanyum = Titanium ; Yüzey kaplama = Surface coating ; Yüzey kaplama malzemeleri = Surface coating materials

Özet:
Bu tez çalışmasının ilk bölümünde Polietereterketon (PEEK) üzerine uygulanan plazma püskürtülmüş titanyum (Ti) ve hidroksiapatit (HAp) kaplamalar ile ilgili deneysel ve klinik çalışmalar derlenerek karşılaştırılmıştır. İkinci bölümde ortopedik implantların üretiminde kullanılan malzemeler tanıtılmıştır ve malzeme seçimine bağlı olarak ortaya çıkabilecek sorunlar taranıp derlenmiştir. Üçüncü bölümde termal sprey kaplama yöntemleri ve bu kaplamaların biyomedikal uygulamaları tanıtılmıştır. Ortopedik implantlara uygulanan metalik ve seramik kaplamalar ile ilgili uluslararası standartlar, yönergeler ve bu kaplamalarda olması gereken özellikler derlenmiştir. 
Dördüncü bölüm çalışmada kullanılan materyal ve metotları ve beşinci bölüm tezin deneysel sonuçlarını içermektedir. Deneysel çalışmalarda PEEK ve CFR-PEEK altlık malzemeleri atmosferik plazma sprey yöntemi ile Ti ve Ti bağ katmanı üzerine HAp kaplanmıştır. Farklı plazma sprey parametreleri (püskürtme mesafesi, plazma gazı, plazma akımı) ve yüzey hazırlıkları (ince kum püskürtme, kaba kum püskürtme, ince zımparalama ve plazma yüzey aktivasyonu) kullanılarak bunların kaplama özelliklerine (mukavemet, kalınlık, porozite, pürüzlülük, faz oranları ve kimyasal bileşim, kırılma mekanizması vb.) etkileri incelenmiştir.
Sonuç olarak PEEK ve CFR-PEEK altlıklar üzerine APS yöntemi ile uluslararası standartlara uygun mukavemet gösteren biyouyumlu Ti ve Ti/HAp çift katmanlı kaplamalar üretilebilmiş ve kaplama parametreleri ile kaplama özelliklerinin ilişkileri belirlenmiştir. Ti kaplamalar için 425, 450, 475 A plazma akımı ve 300, 325, 350 mm püskürtme mesafelerinde gerçekleştirilen optimizasyon çalışmaları sonucunda en yüksek mukavemet argon plazma gazı ile 425 A akım ve 300 mm mesafede elde edilmiştir. APS Ti bağ katmanı uygulanmış CFR-PEEK altlıklara uygulanan HAp kaplamalar için 600, 650, 700 A plazma akımı ve 100, 125, 150 mm püskürtme mesafelerinde Argon plazma gazı ile yapılan optimizasyon çalışmaları sonucunda en yüksek mukavemet 650 A akım 125 mm mesafede elde edilmiştir.

Abstract:
In the first chapter of this thesis, experimental and clinical studies on plasma sprayed Titanium (Ti) and Hydroxyapatite (HAp) coatings applied on Polyetheretherketone (PEEK) are reviewed and compared. In the second chapter, materials used in orthopedic implants and problems that may arise due to material selection are compiled and reviewed. In the third chapter thermal spray coating methods and their biomedical applications are introduced. International standards, guidelines and required properties of metallic and ceramic coatings applied to orthopedic implants are compiled. 
The fourth section includes the materials and methods used in the study and the fifth section includes the experimental results of the thesis. In the experimental studies, roughened PEEK and CFR-PEEK substrate surfaces were coated with Ti and HAp over a Ti bond layer by atmospheric plasma spraying (APS) process. By using different plasma spray parameters (spraying distance, plasma gases, plasma current) and surface preparations (fine sandblasting, coarse sandblasting, fine sanding and plasma surface activation), their effects on coating properties (strength, thickness, porosity, roughness, fracture mechanism, phase and chemical composition, etc.) were investigated.
In conclusion, biocompatible Ti and Ti/HAp double-layer coatings with sufficient strength in accordance with international standards could be produced on PEEK and CFR-PEEK substrates with APS method. And the relations between coating parameters and coating properties were determined. In optimization studies carried out for Ti coatings at 425, 450, 475 A plasma currents and 300, 325, 350 mm spray distances, the highest strength was obtained with argon plasma gas at 425 A current and 300 mm distance. In the optimization studies with 600, 650, 700 A plasma currents and 100, 125, 150 mm spray distances for HAp coatings applied to Ti coated CFR-PEEK substrates, the highest strength was obtained with Argon plasma gas at 650 A current and 125 mm distance.