Elektroforetik biriktirme yöntemiyle Ti6Al4V köpüklerinin hidroksiapatit ile kaplanması
Hydroxyapatite coating on Ti6Al4V foams by using electrophoretic deposition method
Yazar: FURKAN SARI
Danışman: PROF. DR. HALİL İBRAHİM BAKAN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Metalik köpük = Metallic foam

Özet:
Biyomalzemeler ve implant uygulamaları üzerine yapılan birçok bilimsel çalışma, implant ile kemik dokusu arasındaki elastik modül uyumsuzluğunun, implantın uzun süreli kullanım sonrasında kemik dokusundan ayrılmasına yol açabileceğini ve hastalara çeşitli düzeltici ameliyatların yapılmasını gerektirebileceğini ortaya koymaktadır.
İmplant uygulamaları sırasında osteointgrasyonun arttırılması ve uzun süreli implant kullanımına yönelik problemlerin ortadan kaldırılabilmesi için birçok yenilikçi yaklaşım gerçekleştirilmektedir. Bu çalışmada yenilikçi yaklaşımlara uygun biçimde osteointegrasyonun arttırılabilmesi için yüksek biyouyumluluk ve mekanik özelliklere sahip Ti6Al4V alaşımı kullanıldı. Bu amaçla boşluk oluşturucu ve sinterleme yöntemiyle kemiğin doğal yapısına çok benzer bir yapıya sahip olan Ti6Al4V köpükler üretildi. Boşluk oluşturucu malzeme olarak düzensiz şekilli üre tozları kullanıldı. Kompaktlanmış numunelerden ürenin uzaklaştırılması ve istenilen makro gözenek yapısına sahip numunlerin elde edilmesi ise oda sıcaklığında gerçekleştirilen  suda çözündürme işlemiyle elde edildi. Daha sonraki aşamada ise 1260°C'de gerçekleştirilen 3 saat sinterleme işlemiyle makro gözenekli yapı bozulmaksızın yaklaşık olarak  %70  gözenekliğe ve  650 μm gözenek boyutuna sahip olan Ti6Al4V köpükler üretildi. Ti6Al4V köpüklerin biyouyumluluğunu arttırmak amacıyla üretilen köpükler elektroforetik biriktirme yöntemi (EPD) ile hidroksiapatit ile kaplanması gerçekleştirildi. Optimum kaplama parametrelerini elde etmek için de kaplama voltajı ve kaplama süresi gibi elektroforetik biriktirme proses koşulları etkisi sistematik olarak incelendi. Kaplama işlemi sırasında gözenek kapanması olmaması ve kaplama tabakasında da bir çatlama olmaksızın hidroksiapatit kaplamasının gerçekleştirilmesi temel hedef oldu. Ayrıca, hidroksiapatit kaplamasının yapışma mukavemetinin arttırılması da hedeflendi.
Metalik köpüklerin kaplanmış yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı X-ışını enerji spektroskopisi analizi (EDS) ve ışık mikroskobu teknikleriyle incelendi.  Herhangi bir gözenek kapanması ve kaplama tabakasında da bir çatlama olmaksızın elektroforetik biriktirme  yöntemiyle Ti6Al4V köpüklerin hidroksiapatitle kaplanması başarıyla gerçekleştirildi. Homojen hidroksiapatit elektroforetik kaplamalar için optimum kaplama voltajı ve kaplama süresi parametreleri belirlendi.

Anahtar Kelimeler: Biyomalzeme, Elektroforetik Biriktirme, Metalik Köpük, Ti6Al4V

Abstract:
In many scientific studies on biomaterials and implant applications, it has been stated that the elastic module incompatibility between the implant and bone tissue causes the implant and bone tissue to separate over time, and therefore various corrective surgeries have to be performed on patients.
Many innovative approaches are used during implant applications to increase osteointegration and eliminate problems associated with long-term implant use. In this study, Ti6Al4V foams, which promise high biocompatibility and mechanical properties, were used to increase osteointegration in accordance with innovative approaches . For this purpose, Ti6Al4V foams with very similiar structure to the natural structure of bone, were produced by the space holder  and sintering method. Irregular carbamide powders were used as a space holder material. Complete removal of carbamide  from green compact and the  desired macro-pore framework were achieved by water leaching at room temperature. Ti6Al4V foams having  average porosity of 70 % with average pore sizes of 650 μm were produced without changing macro pore structure by sintering at 1260°C for 3 hours. To improve biocompatibility of Ti6Al4V foams, the produced foams were coated with hydroxyapatite by electrophoretic deposition method (EPD). The electrophoretic deposition process conditions such as coating voltage and coating duration were investigated systematically to obtain optimum coating parameters. During the coating process, main focus was elimination or decreasing the pore closure, cracking at deposited hydroxyapatite coating layer and increasing adhesion strength of the coating. 
The coating surfaces of metallic foams were investigated with scanning electron microscope (SEM), energy dispersive X-ray energy spectroscopy analysis (EDS) and light microscope techniques. Hydroxyapatite coatings on Ti6Al4V foams by electrophoretic deposition were produced successfully without forming any cracks and getting pore closures. The optimum coating coating voltage and coating duration parameters for homogeneous hydroxyapatite electrophoretic coatings were determined.

Keywords: Biomaterials, Electrophoretic Deposition, Metallic Foam, Ti6Al4V