Ti6Al4V alaşımına uygulanan farklı yüzey modifikasyonlarının EPD yöntemi ile üretilen hidroksiapatit kaplamalara etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of different surface modifications applied to Ti6Al4V alloy on hydroxyapatite coatings produced by EPD method
Yazar: ALPEREN KIZILÖZ
Danışman: PROF. DR. AHMET TÜRK
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Anodik oksidasyon = Anodic oxidation ; Biyomalzemeler = Biomaterials ; Elektroforetik = Electrophoretic ; Elektroforetik yöntemler = Electrophoretic methods ; Hidroksiapatit seramik = Hydroxyapatite ceramic ; Hidroksiapatitler = Hydroxyapatites ; Kaplama = Coating ; Kimyasal yöntemler = Chemical methods ; Titanyum = Titanium ; Titanyum alaşımları = Titanium alloys

Özet:
Titanyum (Ti) ve alaşımları metalik implant malzemeler arasında yüksek özgül dayanıma sahip bir malzemedir. Dolayısıyla biyomalzeme uygulamaları için en popüler ve ortopedik uygulamalarda kullanımı yaygın olan metalik implant malzemelerden birisidir. Biyomalzeme alanında yüksek korozyon direncinden dolayı en yaygın kullanılan Ti alaşımı ise Ti6Al4V alaşımıdır. Ti6Al4V alaşımı, yüksek korozyon dayanımına sahip olsa da aşındırıcı koşullar altında dayanımları düşebilmektedir. Ti ve alaşım elementlerinin çözünmesi nedeniyle çevredeki dokuya bırakılan iyonlar, implantta kemik dokuyla tam bir uyum gerçekleşmemesi sebebiyle aseptik gevşeme, dokuda renk kaybı, enfeksiyonlar ve dokularda yaraların oluşması gibi çok ciddi problemlere neden olabilmektedir. Bu problemi ortadan kaldırmak için Ti6Al4V alaşımına kimyasal, elektrokimyasal ve termal olarak çeşitli yüzey modifikasyonları ve kaplama işlemleri yapılmaktadır. Ti6Al4V implantlara biyoaktiflik kazandırmak ve biyouyumluluğu arttırmak için ise en sık uygulanan yöntemlerden birisi de implant yüzeyinin Hidroksiapatit (HA) ile kaplanmasıdır. Fakat seramik esaslı kaplamaların metalik yüzeylere yeterli tutunamamasından kaynaklı kaplama problemleri ortaya çıkabilmektedir. Bu kapsamda yapılan bu tez çalışmasında farklı yüzey modifikasyon işlemleri ile yüzey özellikleri değiştirilen Ti6Al4V altlıkların üzerine elektroforetik kaplama (EPD) yöntemiyle hidroksiapatit biriktirilmiş ve yapılan yüzey modifikasyonlarının HA kaplamasına etkisi incelenmiştir. Bu amaçla sunulan tez çalışmasında, ilk olarak yüzeyi hazırlanmış Ti6Al4V numunelere çeşitli parametrelerde termal, kimyasal ve elektrokimyasal yüzey modifikasyonları gerçekleştirilmiştir. Ardından yüzey modifikasyon işlemlerinin etkisini belirlemek amacıyla yüzey pürüzlülüğü ölçümü, temas açısı testi ve SEM/EDS analizleri yapılmıştır. Ayrıca EPD yöntemiyle Ti6Al4V alaşımlarına çeşitli parametrelerde HA kaplanması gerçekleştirilmiş ve en uygun EPD parametresi belirlenmiştir. Ardından çeşitli yüzey modifikasyonu uygulanmış numunelere EPD yöntemiyle belirlenen parametrede HA kaplamalar yapılmıştır. Kaplama sonrasında yüzey modifikasyon işleminin etkisini belirlemek amacıyla SEM/EDX analizi ve çizik testi yapılarak karakterizasyon işlemleri tamamlanmıştır. Karakterizasyon sonuçlarına göre yüzey modifikasyon işlemlerinin, altlık yüzeyinin pürüzlülüğünü ve hidrofilikliğini değiştirerek HA kaplamanın kalitesine olumlu etkide bulunduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Titanium (Ti) and its alloys are among the metallic implant materials with high specific strength. Therefore, it is one of the most popular metallic implant materials for biomaterial applications and widely used in orthopedic applications. Due to its high corrosion resistance, the most widely used Ti alloy is Ti6Al4V alloy in the field of biomaterials. Although Ti6Al4V alloy has high corrosion resistance, its strength may decrease under corrosive conditions. The ions released to the surrounding tissue due to the dissolution of Ti and alloying elements can cause very serious problems such as aseptic loosening, loss of color in the tissue, infections, and wounds in the tissues due to the incomplete compatibility of the implant with the bone tissue. In order to eliminate this problem, various surface modifications such as chemically, electrochemically and thermally. and coating processes are applied to Ti6Al4V alloy One of the most frequently applied methods is coating the implant surface with Hydroxyapatite (HA) to increase bioactivity and biocompatibility. However, coating problems may arise due to the inability of ceramic-based coatings to adhere adequately to metallic surfaces In this thesis study, hydroxyapatite with electrophoretic deposition (EPD) method was deposited on Ti6Al4V substrates whose surface properties were changed with different surface modification processes, and the effect of the surface modifications on the HA coating was investigated. For this purpose, in the presented thesis, thermally, chemically, and electrochemically surface modifications in various parameters were carried out on Ti6Al4V samples. Then, surface roughness measurement, contact angle test and SEM/EDS analyzes were performed to determine the effect of surface modification processes. In addition, HA coating on Ti6Al4V alloys with various parameters was performed by EPD method and the most suitable EPD parameter was determined. Then, HA coatings were applied to the samples with various surface modifications in the parameter determined by the EPD method. In order to determine the effect of surface modification process after coating, SEM/EDX analysis and scratch test were performed, and characterization processes were completed. According to the characterization results, it has been determined that the surface modification processes have a positive effect on the quality of the HA coating by changing the roughness and hydrophilicity of the substrate surface.