Biyomedikal uygulamalar için üretilen alaşımların yüzey özelliklerinin geliştirilmesi
Development of the surface properties of alloys that produced for biomedical applications
Yazar: ÖZGE ÖZEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ESRA DOKUMACI
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Metalik biyomalzemelerden Titanyum (Ti) ve alaşımları uzun yıllardır birçok tıbbi uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Beta-tipi Ti alaşımları ise diğer alaşım çeşitlerine göre düşük elastisite modülü, iyi korozyon direnci ve yüksek biyouyumluluk gibi özelliklerinden dolayı tercih edilmektedir. Son yıllarda Ti alaşımlarının geliştirilmesi üzerine yapılan araştırmalarda üstün mekanik özellikler, biyouyumluluk, korozyon direnci kazandırdığı için Zirkonyum (Zr), Niyobyum (Nb) ve Molibden (Mo) gibi geçiş metalleri ile üretilen alaşımlara yoğunlaşılmıştır. 
Bu çalışmada amaç, biyomedikal uygulamalarda kullanılmak üzere Niyobyum ve Molibden ilaveli ikili ve üçlü Ti alaşımları üretmek ve yüzey özelliklerini geliştirmektir. Bu sebeple ağırlıkça yüzde 15 ve 42 Niyobyum içeren ikili alaşımlar ve ağırlıkça yüzde 15 Niyobyum ve yüzde 15 Molibden içeren bir üçlü alaşım vakum ark ergitme (VAM) cihazında üretilmiştir. Kullanım sırasında kemik ile bütünleşmeyi sağlayabilmek amacıyla üretilen alaşım yüzeylerinde mikro ark oksidasyonu (MAO) yöntemiyle gözenekli ve kararlı oksit tabakaları oluşturulmuştur. MAO yönteminde kullanılan çözelti ile kemik yapısında da bulunan biyoaktif Mg iyonlarının oksit tabakasına dahil olması sağlanmıştır. 
Üretilen alaşımların elastisite modüleri dinamik ultra mikrosertlik (DUH) cihazı ile ölçülmüştür. Alaşımların ve yüzeylerinde geliştirilen oksit tabakalarının karakterizasyonu X-ışınları difraktometresi (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile yapılmıştır. Sonuçlara göre, üretilen ikili ve üçlü alaşımların elastisite modülü değerlerinin ticari olarak kullanılan Ti6Al4V alaşımına göre düşük olduğu görülmüştür. MAO yöntemi ile tüm alaşım yüzeylerinde Kalsiyum-Magnezyum Fosfat içerikli Ti oksit tabakaları geliştirilmiştir. Vücut sıvısına benzer çözelti (SBF) içinde farklı sürelerde bekletme deneyleri sonrası hidroksiapatit (HAP) yapısının üçlü alaşım yüzeyinde oluşturulan oksit tabakası üzerinde hızla geliştiği sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Titanyum alaşımları, vakum ark ergitme, mikro ark oksidasyonu

Abstract:
Among metallic biomaterials Titanium (Ti) and its alloys have been commonly used in medical application for many years. Beta-type Ti alloys are preferred due to their low elasticity modulus, good corrosion resistance and high biocompatibility compared to other alloy types. In recent years, researches on the development of Ti alloys have been focused on alloys produced by transition metals such as Zirconium (Zr), Niobium (Nb) and Molybdenum (Mo) because of their superior mechanical properties, biocompatibility, high corrosion resistance. 
The purpose of this study is to produce Niobium and Molybdenum added binary and ternary Ti alloys for use in biomedical applications and to improve their surface properties. Therefore, 15 and 42 weight percent Niobium containing two binary alloys and 15 weight percent Niobium and 15 weight percent Molybdenum containing one ternary alloy were produced by using a vacuum arc melter (VAM). In order to ensure integration with bone during use, porous and stable oxide layers were formed by micro arc oxidation (MAO) on the alloy surfaces. With the solution used in the MAO method it was provided that the integration of the bioactive Magnesium ions which has been also in bone structure into oxide layer.
Elastic modulus of the produced alloys was measured by the dynamic ultra microhardness (DUH) device. Characterization of the alloys and oxide layers developed on the surface of alloys were done by X-ray diffractometer (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). According to the results, the elastic modulus values of the binary and ternary alloys produced were lower than the Ti6Al4V alloy used commercially. On all alloy surfaces, Calcium-Magnesium phosphate-containing Ti oxide layers were developed by MAO method. It was concluded that hydroxyapatite (HAP) structure developed rapidly on the oxide layer formed on the ternary alloy surface after different time retention experiments in body fluid-like solution (SBF).

Keywords: Titanium alloys, vacum arc melting, micro arc oxidation