CoCr malzeme yüzeyinde titanyum esaslı kompozit kaplama üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of titanium based composite coatings on CoCr materials
Yazar: HÜLYA ŞENTÜRK
Danışman: DOÇ. DR. ERDEM ATAR
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu yüksek lisans tezinde biyolojik uygulamalara yönelik olarak Co-Cr implant yüzeyinde soğuk dinamik gaz püskürtme yöntemi ile titanyum esaslı kaplamalar biriktirilmiş ve 600 ºC'de 60 saat normal atmosferde termal oksidasyona tabi tutulmuştur. Üretilen kaplamalar üzerinde yapısal karakterizasyon çalışmaları, pürüzlülük ve sertlik ölçümlerinin yanı sıra biyolojik performanslarının incelenmesi amacı ile biyo-aktivite ve anti-bakteriyellik testleri gerçekleştirilmiştir.
Uygulanan termal oksidasyon işlemi soğuk dinamik gaz püskürtme yöntemi ile biriktirilen titanyum esaslı kaplamalarda iki katmanlı yapı (~ 2-2,5µm kalınlığında ağırlıklı rutil formunda titanyum dioksit tabakası ve altında difüzyon tabakası) oluşmasına yol açmıştır. Oksit tabakasının sertliği soğuk dinamik gaz püskürtme yöntemi ile biriktirilmiş titanyum esaslı kaplamaların içeriğine bağlı olarak 955 HV aralığında değişmektedir. Difüzyon tabakasında genel olarak titanyum matris oksijen ve alüminyumca zenginleşmiş olup,  kaplamaya katılmış olan çinko (sırasıyla ağırlıkça %2,5, %5 ve %10 oranında) çeşitli metalurjik reaksiyonlara sebep olmuştur. Bu nedenle difüzyon tabakasının sertliği kaplama içeriğine bağlı olarak 392 ile 462 HV aralığında ölçülmüştür. Üretilen kaplamaların biyolojik testleri in-vitro biyoaktivite testi ve antibakteriyellik testi ile yapılmıştır. Numuneler, in-vitro biyoaktivite testinde 36.5°C sıcaklıkta yapay vücut sıvısında dört hafta boyunca bekletilmiştir. Her haftanın sonunda numune yüzeyleri Taramalı Elektron Mikroskobu ile incelenmiş, yüzeyde biriken yapıların elementel analizleri Taramalı Elektron Mikroskobunun EDX eklentisi ile yapılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde çinko eklentili miktarına bağlı olarak kaplamaların farklı biyoaktif karakter sergilediği görülmüştür. Termal oksidasyona tabi tutulmuş farklı eklentili titanyum esaslı kaplamalara uygulanan antibakteryellik testlerinde, %2,5 ve %5 çinko içeren kaplamalarda antibakteriyel etki gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Biyomalzeme, Titanyum. Soğuk dinamik gaz püskürtme, Termal Oksidasyon

Abstract:
For biological applications, titanium-based coatings were deposited on the Co-Cr implant surface by cold dynamic gas spray method and subjected to thermal oxidation at 600 ºC for 60 hours in normal atmosphere conditions. In addition to structural characterization studies, roughness and hardness measurements on produced coatings, in order to examining these coatings biological performance, bio-activity and anti-bacterial tests were performed.
Thermal oxidation process resulted in formation of a two-layer structure (2-2,5 μm thick predominantly rutile titanium dioxide layer and diffusion zone under the oxide layer) in titanium based coatings deposited by the cold dynamic gas spray method. The hardness of the oxide layer varies in the 955 HV range depending on the content of titanium-based coatings deposited by the cold dynamic gas spray method. Generally, the titanium matrix in the diffusion layer was enriched with oxygen and aluminum, and zinc (2,5%, 5% and 10% by weight, respectively) added to the coating caused various metallurgical reactions. Therefore, the hardness of the diffusion layer was measured in the 392 to 462 HV range depending on the coating content. Biological tests were performed by in-vitro bioactivity test and antibacteriality test on produced coatings. Coated samples were soaked in simulated body fluid at 36.5 ° C for four weeks in invitro bioactivity test. At the end of each week, sample surfaces were examined with Scanning Electron Microscope, and elemental analysis of the structures deposited on the surface was performed with EDX attachment of Scanning Electron Microscope. When the results were examined, it was seen that the coatings exhibited different bioactive character depending on the amount of zinc addition. The antibacterial tests applied to thermally oxidized titanium based coatings with different composition have revealed that titanium based coatings with %2,5 and %5 zinc have exhibited antibacterial property. 

Key Words: Biomaterial, Titanium, Cold dynamic gas spray, Thermal Oxidation