Toz metalurjisi ile üretilen Ti-HA biyokompozit kaplamanın biyomedikal alanda kullanılan titanyum alaşımlarının özelliklerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of Ti-HA biocomposite coating on the properties of titanium alloys used in biomedical field produced by powder metallurgy
Yazar: HASAN İSMAİL YAVUZ
Danışman: DOÇ. DR. RIDVAN YAMANOĞLU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Biyomalzemeler = Biomaterials ; Hidroksiapatitler = Hydroxyapatites ; Titanyum = Titanium ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy

Özet:
Biyomedikal malzeme endüstrisi üretilen implantların konak canlıda gösterdiği performansı arttırmak amacıyla hızla gelişmeye devam etmektedir. 3. nesil biyomalzemeler, implant ile kemik doku arasındaki bağ kuvvetini arttırmayı ve malzemenin vücudun bir parçası gibi davranmasını hedeflemektedir. Dolayısıyla HA gibi biyoaktif malzemelerin kullanımı gün geçtikçe artış göstermektedir. Buna rağmen bu malzemelerin yetersiz mekanik özelliklere sahip olması tek başına kullanımını sınırlamaktadır. Saf Ti ve Ti alaşımları ise üstün mekanik özelliklere sahip olsa da biyoinert yapısı sebebiyle kemik doku ile tam entegrasyonu sağlayamamaktadırlar. Dolayısıyla HA ve titanyum esaslı malzemelerin kombinasyonu, 3. nesil biyomalzemelerin üretimi için umut vadetmektedir. Literatür çalışmalarında HA'nın Ti üzerine ağırlıklı olarak termal sprey yöntemleriyle kaplandığı görülmektedir. Ancak bu yöntemde uygulanan yüksek sıcaklık HA'nın dekompozisyona uğramasına ve özelliklerini kaybetmesine yol açmaktadır. Ayrıca Ti alaşımları üzerine yalnızca HA kaplanması, Ti-HA arayüzeyinde istenilen mekanik kararlılığın elde edilememesine ve bunun sonucunda kaplama ile altlık malzemenin ayrılmasına sebep olmaktadır. Tez kapsamında mevcut sorunlara çözüm üretebilmek amacıyla ilk olarak kaplama yaklaşımı değiştirilmiş ve basınç destekli sinterleme yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntem kaplamanın termal sprey yöntemlerine kıyasla daha düşük sıcaklıklarda yapılabilmesine imkân sağlamış ve dekompozisyon sorununu ortadan kaldırmıştır. Bir kaplama malzemesi olarak sadece HA yerine Ti-HA kompozit bileşiminin tercih edilmesinin sebebi Ti6Al4V altlık ile kaplama arasında arayüzey kararlılığını arttırmaktır. Bu sayede saf Ti, Ti6Al4V altlık ile arayüzey dayanımını arttırırken kaplama tabakasına yapılan HA ilavesiyle de kemik dokunun üretilen malzeme ile olan bağ kuvveti arttırılmıştır. Tez çalışmasında elde edilen sonuçlar incelendiğinde Ti-HA kompozit kaplamanın malzemenin mekanik, antibakteriyel ve elektrokimyasal özelliklerini iyileştirdiği görülmüştür.

Abstract:
The biomedical material industry is rapidly evolving to improve the performance of implants placed in patients. The 3rd generation biomaterials aim to increase the bond strength between the implant and the bone tissue and enable the implant to act as part of the body. In this regard, the use of bioactive materials such as HA in implant materials is increasing day by day. However, the insufficient mechanical properties of these materials limit their sole use in the manufacture of implants. Although pure Ti and Ti alloys have excellent mechanical properties, they cannot guarantee complete integration into the bone tissue due to their bioinert structure. Therefore, the combination of HA and titanium-based materials seems promising to produce third-generation biomaterials. The literature shows that HA is mainly applied to Ti by thermal spraying. However, the high temperature applied in this method causes HA to decompose and lose its properties. Furthermore, only HA coating on Ti alloys leads to the separation of coating and substrate, as the desired mechanical stability at the Ti-HA interface is not achieved. To solve the existing problems in the sense of the thesis, the coating process was first changed, and the pressure-assisted sintering process was used. This method allowed the coating process to be carried out at lower temperatures than thermal spraying and solved the problem of decomposition. The selection of a Ti-HA composite coating instead of HA only allowed the formation of an interface with high mechanical stability as a result of diffusion between the Ti6Al4V substrate and the coating under the impact of pressure and temperature. On the other hand, the addition of HA to the coating increased the bond strength of the bone tissue with the material. When examining the results obtained in the thesis, it was found that the Ti-HA composite coating improves the mechanical, antibacterial, and electrochemical properties of the material.