TiO2 kaplanmış CP-Ti biyomalzemenin yapısal ve tribolojik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of structural tribological properties of TiO2 coated CP-Ti biomaterial
Yazar: ONUR ÇOMAKLI
Danışman: PROF. DR. AYHAN ÇELİK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Titanyum ve alaşımları düşük özgül ağırlığı, mükemmel korozyon dayanımına, yüksek mukavemete, iyi bir işlenebilirliğe sahiptir. Bu özelliklerinden dolayı medikal uygulamalarda implant ve protez malzemesi olarak yaygınca kullanılmaktadır. Vücutta kullanılan Titanyum ve alaşımları iyi biyouyumluluğa sahip olmalarına rağmen aşınma dirençleri düşüktür. Titanyum ve alaşımlarının aşınma dirençlerini iyileştirmek için birkaç yüzey işlemi uygulanmaktadır. Bu yöntemlerden birisi de sol-gel yöntemidir.
Bu çalışmada, CP-Ti(Grade 2) yüzeyine sol-gel yöntemi ile TiO2 filmi oluşturulmuş ve farklı sıcaklıklarda kalsinasyon işlemi yapılmıştır. Bu işlemden sonra mekanik özelliklerin tespit edilmesi için mikro sertlik ölçümleri ve tribolojik özelliklerin belirlenmesi için de pim-disk aşınma deneyleri yapılmıştır. Ayrıca elektrokimyasal özelliklerin belirlenmesi için potansiyostat/galvaniyostat cihazı, malzemenin yapısal özelliklerinin belirlenmesi için ise XRD ve SEM kullanılmıştır. Çalışma sonucunda, 500°C ve 600°C?lerde yapılan kalsinasyon işleminde yüzeyde anataz fazı içeren oksit tabakasının oluştuğu, 700°C?den sonra oksit tabakasının yapısında anataz fazın  rutil faza dönüştüğü görülmüştür. 900°C?deki işlem sonrasında anataz fazın büyük bir çoğunluğunun rutil faza dönüştüğü gözlemlenmiştir. Kalsinasyon sıcaklığının artmasıyla TiO2 filminin kalınlığıda artmıştır. Yapıda rutil fazın oluşması da mekanik ve tribolojik özelliklerin daha iyi olmasını sağlamıştır. Elde edilen verilere göre sertlik, aşınma oranı ve korozyon direnci açısından en iyi sonuca 900°C?de kalsinasyon işlemi ile ulaşıldığı görülmüştür.
Anahtar Kelimeler: Sol-Jel, TiO2 filmi, CP-Ti, biyomalzeme, aşınma, sertlik, korozyon

Abstract:
Titanium and its alloys have low specific weight, excellent corrosion resistance, high strength and good machining ability. Due to those properties, they widely used in medical applications as implants and prosthetic material. Although Titanium and its alloys used in body have good biocompability, they have low wear resistance. Several surface treatments are applied to titanium and its alloys to improve wear resistance and sol-gel prosess is one of those surface treatments.
In this study, TiO2 films prepared by sol-gel dip coating on CP-Tİ(Grade 2) and calcined at various temperatures. After these operations, nanohardness measurements were done to determine the mechanical properties of specimens and pin-on-disk wear experiments were done to determine the tribological properties of specimens. In addition, potantiostat/galvanostat device was used to determine the electro-chemical properties, XRD and SEM were used to analyze the structural properties. It was observed in this study that, oxide layer which contains anatase phase forms on the surface of specimens both of at 500°C and at 600°C, after 700°C it was seen that rutil phase transformation in the structure. It was seen that a great majority of anatase transformed into rutile phase at 900°C. Thickness of TiO2 films were increased with increasing calcination temperature. Rutil phase formation in the structure improves the mechanical and tribological prosperities. Obtained data reveals that TiO2 films calcined at 900°C shows the best results concerning the hardness, wear ratio, and corrosion resistance.
Keywords: Sol-Gel, TiO2 film, CP-Ti, biomaterial, wear, hardness, corrosion