Termal sprey yöntemi ile hidroksi apatit kaplanmış Ti6Al4V ve 316LVM paslanmaz çelik implant malzemelerin karakterizasyonu
Characterization of hydroxy apatite coated Ti6Al4V ve 316LVM stainless steel implant materials by thermal spray method
Yazar: ASLI AKMAN
Danışman: PROF. DR. ÖZKAN ÖZDEMİR
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Anodizasyon = Anodization ; Biyomalzemeler = Biomaterials ; Biyouyumluluk = Biocompatibility ; Korozyon = Corrosion ; Pasiflik = Passivity

Özet:
Biyomalzemeler, insan vücudundaki canlı dokuların işlevlerini yerine getirmek ya da desteklemek amacıyla kullanılan malzemelerdir. Bu malzemeler; yapay göz, dental uygulamalar ve ortopedi ve travmatoloji sektöründe implant cihazların üretiminde sıklıkla kullanılmaktadırlar. Paslanmaz Çelik, Kobalt ve Titanyum alaşımları en yaygın kullanılan biyomalzemeler olup, Hidroksiapatit ise çoğunlukla metalik biyomalzemelerin kaplanmasında tercih edilen kalsiyum fosfat bazlı bir biyoseramiktir. Hidroksiapatit kaplama, biyouyumluluk yeteneğinin yüksek olması ve kemik dokusu ile anorganik fazda benzer özellikler göstermesi sebebiyle kaplama malzemeleri arasında sıklıkla kullanılmaktadır. Titanyum esaslı biyomalzemelerin yüzey modifikasyonunda anodizasyon tekniği yaygın olarak kullanılırken paslanmaz çeliklerde pasivasyon prosesi uygulanmaktadır. Hem anodizasyon hem de pasivasyon prosesleri için temel amaç, malzemelere korozyon direnci ve dekoratif görünüm kazandırabilmektir. Bu çalışma kapsamında metalik biyomalzeme olarak Ti6Al4V Extra Low Interstitials (ELI) Grade 23 alaşımı ve 316 Low Vaquum Melting (LVM) paslanmaz çelik kullanılmıştır. Ti6Al4V Grade 23 ELI ve AISI 316 LVM paslanmaz çelik malzemelere, High Velocity Oxygen Fuel (HVOF) tekniğiyle hidroksiapatit kaplanmıştır. Ti6Al4V Grade 23 Tip 2 ve Tip 3 anodizasyon prosesi ile, 316 LVM paslanmaz çeliklere de pasivasyon prosesi ile yüzey modifikasyonu uygulanmıştır. Kaplama sonrası yapılan SEM-EDS ve XRD analizlerinden kaplama ve altlık arasında uygun yapışmanın sağlandığı gözlemlenmiş ve istenilen yapının elde edilip, beklenilen faz yapısına ulaşıldığı görülmüştür.Biyomalzeme olarak kullanılması planlanan numunelerin korozyon özelliklerini belirlemek amacıyla %3.5 NaCl ve vücut sıvısı (Ringer) ortamında yapılan elektrokimyasal korozyon testleri sonucu elde edilen Tafel eğrilerinden HA kaplamalı Ti6Al4V ELI Grade 23 numunesinin korozyon direncinin 316 LVM paslanmaz çelik numuneye göre daha iyi olduğu anlaşılmıştır. Korozyon ortamları karşılaştırıldığında HA kaplamanın ringer çözeltisine karşı daha yüksek korozyon direnci sağladığı görülmüştür. Nihai olarak korozyon direnci açısından HA kaplı Ti6Al4V numunenin Ringer çözeltisi ortamında daha üstün özellikler sergilediği tespit edilmiştir. Titanyum anodizasyonunda artan voltaj ile yüzeyde oluşan oksit tabakasının kalınlığının arttığı aynı zamanda yüzey morfolojisinde gözenekli yapıların belirgin hale geldiği gözlemlenmiştir. Benzer şekilde 316 LVM paslanmaz çelik içinde hidroksiapatit kaplama sonrası elde edilen korozyon sonuçlarının daha iyi olduğu belirlenmiştir. Kaplanmamış 316 LVM ile benzer davranışlar sergilese de pasivasyon sonrası korozyon özelliklerinin daha pozitife yakın olduğu tespit edilmiştir. 

Anahtar Kelimeler: HA Kaplama, Biyouyumluluk, Biyomalzemeler, Anodizasyon, Pasivasyon, Korozyon dayanımı

Abstract:
Biomaterials are materials used to fulfill or support the functions of living tissues in the human body. These materials are frequently used in the production of implant devices in the artificial eye, dental applications and orthopedics and traumatology sector. Stainless Steel, Cobalt and Titanium alloys are the most widely used biomaterials, while Hydroxyapatite is a calcium phosphate based bioceramics that is mostly preferred for coating metallic biomaterials. Hydroxyapatite coating is frequently used among coating materials due to its high biocompatibility and similar properties in bone tissue and inorganic phase. While the anodization technique is widely used in surface modification of titanium-based biomaterials, the passivation process is applied in stainless steels. The main purpose for both anodization and passivation processes is to provide corrosion resistance and decorative appearance to the materials. In this study, Ti6Al4V Extra Low Interstitials (ELI) Grade 23 alloy and 316 Low Vaquum Melting (LVM) stainless steel were used as metallic biomaterials. Ti6Al4V Grade 23 ELI and AISI 316 LVM stainless steel materials are hydroxyapatite coated with High Velocity Oxygen Fuel (HVOF) technique. Surface modification was applied to Ti6Al4V Grade 23 Type 2 and Type 3 anodization process, and 316 LVM stainless steels were applied with passivation process. From the SEM-EDS and XRD analyzes performed after the coating, it was observed that proper adhesion was provided between the coating and the substrate, and it was observed that the desired structure was obtained and the expected phase structure was achieved. From the Tafel curves obtained as a result of the corrosion tests, it was understood that the corrosion resistance of the HA coated Ti6Al4V ELI Grade 23 sample was better than the 316 LVM stainless steel sample. When the corrosion environments are compared, it has been seen that the HA coating provides higher corrosion resistance against Ringer's solution. Finally, in terms of corrosion resistance, it was determined that the HA coated Ti6Al4V sample exhibited superior properties in the Ringer solution environment. It was observed that with increasing voltage in titanium anodization, the thickness of the oxide layer formed on the surface increased, and at the same time, porous structures became evident in the surface morphology. Similarly, it was determined that the corrosion results obtained after hydroxyapatite coating in 316 LVM stainless steel were better. Although it exhibits similar behavior with uncoated 316 LVM, it has been determined that the corrosion properties after passivation are closer to positive. 

Keywords: HA Coating, Biocompatibility, Biomaterials, Anodization, Passivation Corrosion resistance