Farklı yüzey işlemlerinin metalik implant malzemeler üzerine etkileri
The effects of different surface treatments on metallic implant materials I
- Tez No: 246915
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AKGÜN ALSARAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Biyomühendislik, Mechanical Engineering, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Alüminyum oksit, Paslanmaz çelik, Plazma nitrürleme, Sonlu elemanlar analizi, Titanyum alaşımları, Aluminum oxide, Stainless steel, Plasma nitriding, Finite element analysis, Titanium alloys
- Yıl: 2009
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
İnsan vücudunda kullanılacak implant malzemelerin etkin ve sağlıklı bir biçimde kullanımını sağlamak için fonksiyonelliğin dışında bazı özelliklerin o malzeme tarafından karşılanması gerekir. Bunlar, yeterli mekanik özellikler ve biyouyumluluk, yüksek aşınma-korozyon direnci ve osseointegrasyondur.İmplant malzeme olarak en yaygın kullanılan metaller, 316L paslanmaz çelik ve Ti6Al4V alaşımıdır. Her iki malzeme de yüksek korozyon direncine sahip olmalarına rağmen, tribolojik özellikleri yetersiz olduğu için implant olarak kullanımları esnasında aşınma ürünleri oluşabilir. Bu ürünler ise iltihaplanmaya ve kemik kayıplarına sebep olabilir. Ayrıca bu iki malzeme vücut sıvısıyla temas anında zararlı metal iyonları salıverebilir. Bu hasarlar sonrası ise cerrahi operasyona ihtiyaç duyulmaktadır. Söz konusu operasyonlar, hastada ağrıya sebep olmanın yanı sıra çok büyük bir maliyeti de beraberinde getirmektedirler. Ayrıca cerrahi operasyonların başarı oranı daha önce gerçekleştirilen operasyonlara nazaran oldukça düşüktür. Dolayısı ile implant olarak kullanılan malzemelerin kullanım ömürlerinin artırılması zorunludur. Bu amaç doğrultusunda, 316L paslanmaz çeliği ve Ti6Al4V alaşımı üzerine plazma nitrürleme, TiAlN ince film kaplama ve Al2O3 kaplama işlemleri uygulanmıştır. Farklı yüzey işlemi uygulanmış malzemelerin yapısal, mekanik, tribolojik ve elektrokimyasal özellikleri, sırasıyla XRD, SEM, optik mikroskop, düzlem ve kazımalı yorulma, çizme testi, pim-disk aşınma, potansiyostat ve impedans ölçüm cihazları ile araştırılmıştır. Ayrıca kazımalı yorulma test sonuçları sonlu elemanlar analizi sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Çalışma sonucunda, üç farklı yüzey işlemi için de aşınma direnci iyileştirilmiş, fakat bu yüzey işlemlerinin kullanılabilmesi için korozyon özelliklerine dikkat edilmesi gerektiği tespit edilmiştir. Uygulanan her bir yüzey işlemi sonrası yüzeyde oluşan yapıların doğrudan mekanik, tribolojik ve korozyon özelliklerini etkilediği görülmüştür. Her bir yüzey işleminde bu üç özelliğin de aynı anda iyi olması mümkün olmadığı için implanttan öncelikli olarak istenen ve beklenen özelliklerin belirlenmesi ve buna göre en uygun yüzey işleminin seçilmesi gerektiği kanaatine varılmıştır.
Özet (Çeviri)
An implant material should provide some properties beyond functionality to ensure effective and healthy usage. These properties are biocompatibility, mechanical properties, high wear-corrosion resistance and osseointegration.Metallic materials which are mostly used as implant materials are 316L stainless steel and Ti6Al4V alloy. Despite these two materials have high corrosion resistance, their tribological properties are insufficient. Wear products are most likely to be generated during usage since these materials have low wear resistance. These products may cause bone loss and/or inflammation. Besides, these metallic materials may release harmful metallic ions into the body fluids. After these damages, surgical operations are needed. These operations not only cause pain in patients but also they bring high cost. In addition, the success rate of surgical operations is lower than previously realized. Therefore, the increase of usage life of materials used as implant is required. For this purpose, 316L stainless steel and Ti6Al4V alloy were plasma nitrided, TiAlN thin film coated and Al2O3 coated. Structural, mechanical, tribological and corrosion properties of the materials subjected to surface treatments with various process parameters were examined with XRD, SEM, optical microscope, plain and fretting fatigue, scratch test, pin-on-disk wear test, potentiostat and impedance measurement equipments. Also, fretting fatigue test results was compared with finite element analysis results. It was observed as the result of this study that three different surface treatments improved wear resistance but corrosion properties must be taken into account. It was also obtained that the structures formed on the surface after treatments strictly affects mechanical, tribological and corrosion properties. Since all these three properties cannot be optimum for any surface treatment, an act of compromise is necessary according to the properties expected for the implant.
Benzer Tezler
- Characteristics of cold sprayed titanium based coatings
Soğuk gaz dinamik püskürtme yöntemiyle üretilmiş titanyum esaslı kaplamaların karakteristiği
AHMET HİLMİ PAKSOY
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BAYDOĞAN
DOÇ. DR. ERDEM ATAR
- Medikal uygulamalar için elektriksel kıvılcımla işlemedeTi-Ag-HA sinterlenmiş elektrot kullanımının Ti6Al4V yüzey bütünlüğüne etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of use of Ti-Ag-HA sintered electrode on surface integrity of Ti6Al4V in electrical discharge machining for medical applications
HÜSEYİN ALEMDAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiZonguldak Bülent Ecevit ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NİHAL EKMEKCİ
- Metalik damar stentlerinde restenoz riskini azaltıcı ve doğal endotelizasyon hızlandırıcı yenilikçi kaplamalar
Innovative coatings for bare metallic vascular stents for reduction of restenosis and acceleration of natural endothelization
ÇAĞATAY YELKARASI
Doktora
Türkçe
2022
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN
- Ti6Al4V alaşımına uygulanan farklı yüzey modifikasyonlarının EPD yöntemi ile üretilen hidroksiapatit kaplamalara etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of different surface modifications applied to Ti6Al4V alloy on hydroxyapatite coatings produced by EPD method
ALPEREN KIZILÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiManisa Celal Bayar ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET TÜRK
- Generation of zinc and copper incorporated oxide layers on titanium based biomaterials
Titanyum esaslı biyolojik malzemelerde çinko ve bakır katkılandırılmış oksit tabakaların oluşturulması
MERVE KÜBRA SAYGI
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU