Atmosferik plazma sprey (APS) yöntemi ile titanyum kaplamaların üretim karakterizasyonu
Production characterization of titanium coatings by atmospheric plasma spray (APS) method
Yazar: AHMET ŞİMŞEK
Danışman: PROF. DR. FATİH ÜSTEL ; PROF. DR. FATİH ÇALIŞKAN
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Biyomedikal ürünlerde kullanılacak malzemelerin, biyolojik sistemlerle etkileştiklerinde dokuya uyum sağlayabilmeleri ve herhangi bir yan etki oluşturmamaları için yoğun çaba harcanmaktadır. Gün geçtikçe önemi ve uygulama alanı artan biyouyumlu, güvenilir ve etkin olan metalik ve seramik esaslı biyomalzemeler, insan vücudundaki organ ya da dokuların işlevlerini yerine getirmek veya desteklemek amacıyla kullanılmaktadır.
Titanyum ve titanyum alaşımları; yüksek biyouyumluluğu, yüksek kimyasal kararlılığı, kemik yapısına en yakın elastite modülü ve düşük yoğunluk/yüksek mukavemet özellikleriyle vücut içi implantasyon uygulamaları için avantajlı bir malzeme olarak gerek ortopedik gerekse dental uygulamalarda yoğun bir şekilde kullanılmaktadır.
Kaplama yöntemlerinin temel amacı, ana malzeme yüzeyini modifiye ederek malzemeye aşınma, korozyon, iletkenlik, yüksek sıcaklık dayanımı gibi özellikler kazandırmaktır. Böylece kaplama belirlenen özellikleri sağladığı gibi ana malzemenin kendine ait özellikleri de korunmaktadır.
Plazma sprey yöntemi, ergime derecesi çok yüksek kaplamalar için uygulanan bir termal sprey yöntemidir. Bu proseste elektrik arkı, elektrot ve ikincil elektrot olarak davranan nozula uygulanır. Basınçlı inert gaz (argon, hidrojen, azot, helyum) elektrotlar arasından geçirilir. Çok yüksek sıcaklığa ulaşan gaz plazma formuna dönüşür. Plazma sprey kaplama yönteminde sıcaklık 20 000 K üzerine ulaşır ve kaplama malzemesi hedef malzemenin üzerine 200-300 m/sn hız aralığında gönderilerek yüzeye yapışma sağlanır. Plazma ile üretilen bu yüksek sıcaklık kaplama malzemesini çok yüksek sıcaklıklara ulaştırır ancak buna rağmen altlık malzeme çok ısıya maruz kalmaz ve mikro yapısında herhangi bir değişim olmaz.
Bu çalışmanın amacı; titanyum dışında kullanılan metalik implant yüzeylerine metalik titanyum kaplanması ve söz konusu malzemelerin biyouyumluluklarının artırılmasıdır. Bu bağlamda plazma sprey ile püskürtülen metalik titanyumun, minimum düzeyde oksitlenmesine yol açacak kaplama parametreleri yardımıyla üretilen kaplamaların oksit seviyesi düşük tutulmaya çalışılmıştır. Püskürtme parametrelerinden sprey mesafesi ve hidrojen debisi değiştirilerek üretilen kaplamaların mikroyapıları karakterize edilmiştir.

Abstract:
Efforts are being made to ensure that materials used in biomedical products can adapt to the tissue when they interact with biological systems and do not cause any side effects. Metallic and ceramic based biomaterials, which are biocompatible, reliable and effective with increasing importance and application area, are used to fulfill or support the functions of organs or tissues in the human body.
Titanium and titanium alloys; with its high biocompatibility, high chemical stability, elastic modulus closest to bone structure and low density/high strength properties, it is used extensively in orthopedic and dental applications as an advantageous material for in-body implantation applications.
The main purpose of coating methods is to modify the surface of the main material and to give the material properties such as abrasion, corrosion, conductivity and high temperature resistance. Thus, the coating provides the specified properties as well as the properties of the base material can be protected.
Plasma spray, is a thermal spray method applied for very high melting coatings. In this process, the electric arc is applied to the nozzle, which acts as the electrode and secondary electrode. The pressurized inert gas (argon, hydrogen, nitrogen, helium) is passed through the electrodes. Gas that reaches a very high temperature turns into plasma form. In the plasma spray coating method, the temperature reaches over 20 000 K and the coating material is delivered to the target material in a speed range of 200-300 m / s to ensure adhesion to the surface. This high temperature produced by plasma brings the coating material to very high temperatures, but the substrate material is not exposed to much heat and there is no change in its microstructure.
The aim of this study; metallic titanium coating on metallic implant surfaces other than titanium and increasing the biocompatibility of said materials. In this context, it has been tried to reduce the oxide level of the coatings produced by means of coating parameters which will lead to minimum oxidation of metallic titanium sprayed with plasma spray. The microstructures of the coatings, produced by varying the spray distance and hydrogen flow rate among the spray parameters were characterized.