Biyomedikal uygulamalarda pvd kaplama tekniğiyle hazırlanan ince filmlerin temel karakteristiklerinin incelenmesi
An investigation of base characterizations of thin films deposited by pvd techniques in biomedical applications
Yazar: GÜLFEM IŞIK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ŞENGÜL DANIŞMAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Bölümü / Tasarım ve İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Biyomedikal uygulamalar = Biomedical applications ; Ortodontik braketler = Orthodontic brackets ; Ortodontik teller = Orthodontic wires ; Sürtünme katsayısı = Friction coefficient ; Yüzey kaplama = Surface coating

Özet:
Ortodontik tedavi sırasında karşılaşılan en önemli problemlerden biri ark teli üzerindeki sürtünme kuvvetleridir. Bu kuvvetler ark telinin hareketini ve tedavi süresini etkileyen önemli bir faktördür. Sürtünme direnci, braket, ark teli ve bağlanma metodu arasındaki kompleks etkileşimlere bağlıdır. Sürtünmenin ark teli malzemesi ve geometrisine bağlı olduğu kadar ark teli ve braket yüzey özelliklerine de bağlı olduğu görülmektedir.Bu çalışmanın amacı ark teli ve braket arasındaki sürtünmeyi azaltarak ortodontik tedavi süresini kısaltmaktır. Bu sebeple düşük sürtünme katsayılı kaplama tabakaları elde etmek ortodontik tedavinin kalitesi açısından önemlidir. PVD (Fiziksel buhar biriktirme) metodu ile elde edilen sert seramik kaplamalar biyomedikal alanlarda(protez, cerrahi aletler, dişçilik malzemeleri gibi) yüksek sertlikleri, aşınma dirençleri, korozyon dirençleri, biyo uyumlulukları sebebiyle kullanılmaktadır.Bu çalışmada reaktif magnetron sıçratma metodu ile TiCN kaplanmış ark teli ve braketlerin özellikleri ve performansları incelenmiştir. Klinik uygulamalarda en çok kullanılan konvansiyonel paslanmaz çelik Roth braket ile farklı boyutlarda ß-Ti, Ni-Ti ve paslanmaz çelik ark telleri deney numuneleri olarak seçilmiştir. Kaplama sonrası numunelerin karakterizasyon çalışmaları kapsamında kaplama kalınlığı tespiti, pürüzlülük, nanosertlik ölçümleri, SEM, AFM, EDX, XRD analizleri yapılmıştır. Sürtünme kuvvetleri CSEM marka Revetest cihazı kullanılarak tespit edilmiştir. Bu amaçla yapılan çalışmalar iki aşamada gerçekleşmiştir; birinci aşamada farklı kesit ve taban malzemesine sahip kaplanmış ve kaplanmamış ark tellerinin sürtünme katsayılarını belirlemek için karşı eleman olarak 100Cr6 malzemeden rulman çeliği kullanılmıştır. Araştırmanın ikinci aşamasında ise sürtünme kuvvetleri kaplanmış-kaplanmamış braketlerle, kaplanmış-kaplanmamış ark tellerinin farklı kombinasyonları için ölçülmüş ve sürtünme katsayıları hesaplanmıştır.Kaplamanın ark telleri üzerindeki etkisini inceleyen araştırma sonucuna göre kaplanmış ark tellerinin kaplanmamış ark tellerine göre sürtünme katsayısı değerlerinde önemli derecede düşüşler kaydedilmiş ayrıca ß-Ti ve Ni-Ti ark tellerinin paslanmaz çelik ark tellerine göre daha düşük sürtünme katsayısı verdiği ortaya konmuştur. Braket-ark teli kombinasyonlarında ise kaplanmış ark teli-kaplanmamış braket ikilisinin en düşük sürtünme katsayısını verdiği tespit edilmiştir. Elde edilen sürtünme katsayısı değerleriyle iki düzeyli dört faktörlü (L16) tam eşlendirme deney tasarımı yapılarak parametrik etkileşimler ortaya çıkarılmıştır.Anahtar Kelimeler: PVD kaplamalar, TiCN, ortodontik ark telleri, braketler, sürtünme.

Abstract:
One of the main problems encountered during the orthodontic treatment are the frictional forces on the archwires. These forces are important factor affected the movement of the archwire and extend the duration of the treatment. The frictional resistance consists of complex interactions between the bracket, archwire and method of ligation. It is clearly seen that the friction only archwire geometry and materials are depended but also surface quality of archwires and brackets.The objective of this study was to shorten the active treatment time in the orthodontic treatment by reducing the static and dynamic friction between the brackets and archwires. Therefore, low frictional coatings are very important for orthodontic archwires and brackets. PVD (Physical vapor deposition) hard ceramic coatings have been widely used in the field of biomedical applications - such as surgical tools, implants, and materials used in dentistry because of excellent properties such as high hardness, good wear, corrosion and oxidation resistance, chemical stability and good bio-conformity .In this study, the properties and performance of archwires and brackets in which TiCN coated by using dc reactive magnetron sputtering method were investigated. The characterization of coated and uncoated specimens was carried out with roughness, nanohardness tests, SEM, AFM, EDX and XRD analysis. Then, the friction coefficients of TiCN coated and uncoated archwires that selected from the materials such as stainless steel, ß-Ti, Ni-Ti were determined in dry sliding conditions using suitably arranged CSEM revetest scratch tester and friction coefficients were calculated. The experimental studies were carried out with two stages. In a first stage, 100 Cr6 balls were used as counterparts. During the test, the friction coefficients between the balls and archwires were determined. In two stages in order to simulate mouth conditions, the friction coefficients between brackets and archwires were measured at the same conditions.The experiment results have shown that TiCN coated wires generally had significantly lower coefficients of friction than uncoated wires. The friction coefficients of the TiCN coated ß-Ti, Ni-Ti archwires were determined superior to the stainless steel. Also, the effects on the friction of coated archwires and brackets surfaces were evaluated and compared the coefficients of friction of stainless steel brackets combined with ß-Ti, Ni-Ti and stainless steel archwires. The results show that the smallest friction coefficient is found for the coated archwires-uncoated brackets combination. The friction coefficients were investigated as observation values with 24 full factorial experimental design method and determined the significant factors influencing the friction coefficients of the arcwires-brackets.Keywords: PVD coatings, TiCN, orthodontic archwires, brackets, friction.