Plazma nitrürleme işleminin 316L paslanmaz çelik biyomalzemenin in vitro biyouyumluluğu üzerine etkisi
Effect of plasma nitriding process on in vitro biocompatibility properties of 316L stainless steel biomaterial
Yazar: AYLİN ALTINAY GÜNDOĞAN
Danışman: PROF. DR. AYHAN ÇELİK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Biyouyumluluk = Biocompatibility ; Plazma nitrürleme = Plasma nitriding

Özet:
Organ ve dokuların işlevlerini kısmen veya tümden üstlenmek üzere tasarlanmış malzemelere biyomalzeme adı verilir ve bu malzemelerin nakledildiği doku ile uyumlu olması, yeterli korozyon direncine ve mekanik dayanıma sahip olması, uzun ömürlü olması, toksik ve kanserojen olmaması, ekonomiklik ve kolay fabrikasyon gibi özelliklere sahip olması istenir. Bu nedenle malzemelerin hasar oranını azaltmak, kullanım ömrünü artırmak, mekanik ve tribolojik özelliklerini iyileştirmek için çeşitli yüzey işlemleri uygulanır. Termokimyasal yüzey işlemlerinden biri olan nitrürleme işleminin demir esaslı alaşımların mekanik ve tribolojik özelliklerini iyileştirdiği ve bu işlemin plazma ortamında yapılmasının birçok avantaj sağladığı bilinmektedir. Sıklıkla kullanılan metalik biyomalzemelerden birisi de AISI 316L paslanmaz çeliği olup geniş bir kullanım alanına sahiptir.
Bu çalışmada, AISI 316L paslanmaz çelik malzeme 350°C ve 450°C sıcaklıklarda 1 ve 4 saat süre ile %50 N2 ve %50 H2 gaz karışımında plazma nitrürleme işlemine tabi tutulmuştur. Nitrürleme sonrası yapısal özellikler XRD ve SEM analizleri, mekanik özellikler mikrosertlik ölçümleri ve korozyon özellikleri yapay vücut sıvısı ve yapay tükürük ortamlarında gerçekleştirilen polarizasyon deneyleri ile tespit edilmiştir. Ayrıca işlemsiz ve nitrürlenmiş numunelerin in vitro biyouyumluluk özelliklerinin belirlenebilmesi amacıyla, 6 hafta boyunca 37,5°C sıcaklıkta yapay tükürük ve yapay vücut sıvısı içerisinde bekletilerek haftalık olarak ağırlıklarındaki değişim incelenmiştir. En iyi sonuçlar yüzeyinde s-fazı ihtiva eden numunelerden elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Plazma nitrürleme, 316L, Korozyon, Biyouyumluluk

Abstract:
Materials that are designed to fully or partially take over organs and tissues are called biomaterials. It is expected from these materials to be compatible with the host tissue, durable, non-toxic, non-carcinogenic, economically affordable, to have adequate corrosion resistance and mechanical strength and ease of fabrication. Therefore, various surface treatments are applied to such materials in order to reduce damage, prolong usage and enhance mechanical and tribological properties. Nitriding which is a thermochemical surface treatment is known to improve mechanical and tribological properties of ferrous alloys and it is also known that performing this treatment in plasma environment have many advantages. AISI 316L is one of the commonly used metallic biomaterials and has a wide area of utilization. 
In this study, AISI 316L stainless steel material was nitrided inside 50% N2 + 50 % H2 gas mixture plasma environment for 1 and 4 hours at the temperatures of 350°C and 450°C. After nitriding, XRD and SEM analysis for structural properties, micro hardness measurements for mechanical properties and polarization tests inside simulated body fluid and artificial saliva solutions for corrosion properties were carried out. Additionally, simulated body fluid and artificial saliva immersion tests for duration of 6 weeks were conducted at 37,5°C temperature and weight loss of materials were measured weekly in order to determine in vitro biocompatibility of nitrided and untreated materials. Best results were obtained from the specimens that contain s-phase in their surface.

Keywords: Plasma nitriding, 316L, Corrosion, Biocompatibility