Zr ve Mg esaslı ince film metalik cam biyomalzemelerin özelliklerinin araştırılması
Investigation of properties of Zr and Mg based thin film metallic glass biomaterials
Yazar: MURAT AKBULUT
Danışman: PROF. DR. MEHMET KARAKAN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Adezyonlar = Adhesions ; Korozyon = Corrosion ; Magnetron = Magnetron ; Metalik cam = Metallic glass ; Mikrosertlik = Microhardness ; Triboloji = Tribology ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Amaç: Ticari saf Ti taban malzeme üzerinde üretilen tek ve çok katlı ince filmlerin performanslarının araştırılması.
Yöntem: Ticari saf Ti taban üzerine magnetron sıçratma yöntemiyle Zr ve Mg esaslı tek ve çok katlı filmler kaplanmış, numunelerin mikroyapı, pürüzlülük, ıslanabilirlik, mikrosertlik, adezyon, PBS ortamında aşınma ve korozyon davranışları araştırılmıştır. Mikroyapısal karakterizasyonlar; XRD, XPS, SEM, AFM, 3D profilometreyle, ıslanabilirlik; su ve PBS kullanılarak durağan damla yöntemiyle, adezyon; çizik testiyle, sertlik; vickers mikrosertlik yöntemiyle, aşınma; PBS ortamında ileri-geri aşınma yöntemiyle ve korozyon; PBS ortamında açık devre potansiyeli, potansiyodinamik polarizasyon, elektrokimyasal empedans spektroskopisi yöntemleriyle gerçekleştirilmiştir.
Bulgular: Ticari saf Ti üzerine yapılan filmler genelde pürüzlülüğü düşürmüş ve temas açısını yükselterek hidrofobikliği geliştirmiştir. Mg-Al(M) haricindeki çok katlı yapıların mikro sertliği tabandan daha yüksek ve tek katlıların hepsi tabandan daha düşüktür. Mg esaslı olanların film adezyonlarının, Zr esaslı olanlara göre üstün oldukları gözlenmiştir. Aşınma verileri, en düşük aşınma miktarının Ti'a ve sürtünme katsayısının ise Mg-Al(M)'a ait olduğunu göstermiştir. Korozyon davranışına göre Ti'un kaplamalardan daha üstün olduğu tespit edilmiştir. Ancak kaplamalar arasında, çok katlıların akım yoğunluğu üzerinde, tek katlıların ise potansiyel üzerinde olumlu etkisi görülmüştür. Korozyon özellikleri üzerinde pürüzlülük ve Mg ilavesinin olumsuz, Zr, Al ve Zn elementlerinin ilavesinin ise olumlu etkiye sahip olduğu saptanmıştır. 
Sonuç: Ticari saf Ti taban malzemenin mikrosertliği ve hidrofobikliği, üretilen ince film kaplamalarla artırılmıştır. Aşınma miktarında filmler taban malzemenin gerisinde kalmıştır, ancak en düşük sürtünme katsayısının Mg-Al(M)'a ait olduğu tespit edilmiştir. Korozyonda taban malzemenin filmlere göre üstün olduğu görülmüştür. Film adezyonunda ise Mg esaslıların Zr esaslılara göre daha iyi olduğu saptanmıştır.

Abstract:
Purpose: Investigation of performances of mono and multilayered thin films manufactured on cp-Ti substrate.
Method: Zr and Mg based mono and multilayered films were coated on cp-Ti substrate via magnetron sputtering, the microstructure, roughness, wettability, microhardness, adhesion, wear and corrosion in PBS of samples were investigated. The microstructural characterizations by XRD, XPS, SEM, AFM, 3D profilometer, wettability by sessile drop method using water and PBS, adhesion by scratch test, hardness by vickers microhardness method, wear by reciprocating method in PBS and corrosion by open circuit potential, potentiodynamic polarization, electrochemical impedance spectroscopy methods in PBS were carried out. 
Findings: The films coated on cp-Ti generally droped roughness and developed hydrophobicity by increasing contact angle. The microhardnesses of multilayered structures except Mg-Al(M) are higher and the monolayereds are lower than substrate. Film adhesions of Mg based ones were observed to be higher than Zr based. Wear datas showed that the lowest amount of wear belonged to Ti and the lowest friction coefficient to Mg-Al(M). It was found that Ti was superior to coatings according to its corrosion behavior. But among the coatings, it was observed that multilayereds were good at on current density and monolayereds on potential. It was determined that the roughness and Mg addition had a negative effect on the corrosion parameters, while the addition of Zr, Al and Zn elements had positive effect.
Results: Microhardness and hydrophobicity of cp-Ti substrate were increased by thin films produced. The films were worse than substrate on wear rate, but it was determined that the lowest friction coefficient belonged to Mg-Al(M). Cp-Ti was observed to be superior than films on corrosion. In film adhesion, Mg-based ones were found to be better than Zr-based ones.