Production and surface treatment of Ti-Cu alloy in biomedical implant applications
Biyomedikal implant uygulamalarında Ti-Cu alaşımının üretimi ve yüzey işlemi
- Tez No: 490178
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İLVEN MUTLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyo ve Nano Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 58
Özet
Bu tezin amacı, Ti-5%Cu alaşımı biyomedikal implantların mekanik alaşımlama (MA)-toz metalurjisi yöntemiyle üretilmesidir. Numunelerin biyoaktivitelerini arttırmak için yüzey işlem yapılmıştır. Ayrıca alaşımların korozyon ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Biyomedikal amaçlı titanyum alaşımlarının elastisite modülü düşük ve mümkün olduğu kadar kemiğe yakın olmalıdır. Titanyum alaşımlarından beta-Ti esaslı alaşımlar en düşük elastisite modülüne sahiptir. Geleneksel ve ticari beta-Ti alaşımlarının üretilmesi zordur ve başarılı bir sinterleme için yüksek sıcaklıklara ısıtmak gerekmektedir. Cu ilavesi alaşımın erime sıcaklığını düşürüp, alaşımın sinterleme kabiliyetini arttırmaktadır. Ayrıca Cu titanyum alaşımına antibakteriyel özellikler kazandırmıştır. Bu tez çalışmasında Ti alaşımları mekanik alaşımlama yöntemiyle hazırlanmıştır. Alaşımı oluşturan elementlerin erime sıcaklıkları arasında farklar varsa çözünürlük seviyeleri düşük ise döküm uygun bir yöntem olmamaktadır. Bu şartlarda, MA döküm ile üretilmesi zor alaşımları için avantaj sağlamaktadır. Metal tozlarına bilyeli değirmende (mekanik öğütücü) zirkonya (ZrO2) bilyeler kullanarak mekanik alaşımlama uygulanmıştır. Toz karışımlarına sinterleme öncesi ham mukavemet kazandırmak için bir miktar polivinilalkol (PVA) ilave edilmiştir. Karışım tek eksenli pres ile sıkıştırılıp ham numuneler üretilmiştir. Ham numuneler 1100-1250 °C arasında sinterlenmiştir. Oksitlenmeyi önlemek amacıyla sinterleme işlemi saf argon atmosferinde gerçekleştirilmiştir. Yoğunluğu düşürmek ve elastisite modülünü kemiğe yaklaştırmak için boşluk yapıcı tekniği ile yüksek oranda (yaklaşık %70) implantlar üretilmiştir. Boşluk yapıcı olarak üre (karbamit) kullanılmıştır. Boşluk yapıcı suda içerisinde bekletme ile uzaklaştırılmıştır. Toplam gözenekliliğin % 60-80 arasında olması hedeflenmiştir. Toplam gözenek miktarı ilave edilecek boşluk yapıcı miktarı ile kontrol edilmiştir. Numunelerin biyoaktivitelerini arttırmak için alkali yüzey işlem yapılmıştır. Bu amaçla numuneler 60 °C sıcaklıktaki NaOH çözeltisine daldırılmıştır. Alkali yüzey işlemden sonra numuneler kurutulmuş ve 600 °C sıcaklıkta 1 saat havada ısıl işlem görmüştür. Numunelerin mekanik özellikleri (Elastisite modülü) incelenmiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve x-ışınları difraksiyon (XRD) analizi ile mikroyapı (gözenek parametreleri) incelemesi gerçekleştirilmiştir. Elektrokimyasal korozyon testleri yapay vücut sıvısı ortamında, elektrokimyasal hücre sisteminde, potansiyostat ile gerçekleştirilmiştir. Alaşımların korozyon özellikleri elektrokimyasal korozyon ölçüm teknikleri (Tafel eğrileri, potansiyodinamik polarizasyon, lineer polarizasyon direnci (LPR), çevrimsel polarizasyon ile değerlendirilmiştir. Çözeltinin pH ve flor içeriğinin numunelerin korozyon davranışına etkisi incelenmiştir. Numunelerden metal iyon salınımları ve ağırlık kaybı statik daldırma testleri ile belirlenmiştir. Statik daldırma esnasında gerçekleşen metal salınım miktarı endüksiyonla çiftlenmiş plazma-kütle spektroskopisi (ICP-MS) ile tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
The aim of this thesis is production of antibacterial Ti-(5%)Cu alloy foam for dentistry. The alloy sample was manufactured by mechanical alloying (MA) and PM (powder metallurgy) method. Surface (sodium hydroxide) treatment was carried out in order to increase bioactivity of the specimens. In addition, corrosion and mechanical properties of the alloys were characterized. Elastic modulus of the titanium alloy implants should be low and similar with bone (beta-Ti is the lowest). Traditional and commercial Ti alloys need to heat up to high sintering temperatures. Alloying with copper was lowered the sintering temperature and enhanced sinterability. Titanium can be antibacterial with Cu alloying. In this thesis, titanium alloys were produced through MA method. When there is a wide range of melting temperatures between alloy elements or there is a low solubility, casting does not seem to be good. The metal powders were ball-milled (mechanically alloying) in a ball-milling machine by using hard zirconia balls. Metal powders mixed with poly-vinyl-alcohol (PVA), which provides binding. Mixtures were compacted in a press. Green specimens were sintered at 1100-1260 °C in argon atmosphere. In order to decrease the density, and to make the Young's (elasticity) modulus closer to human bony tissue, porous bone-like implants were manufactured. Carbamide (urea) was used as a space holder (pore former). Space holding agent was removed from the compacts by water leaching route. Porosity was in the range of 60-80 %. Total porosity (in %) was adjusted by space holder content. Surface (sodium hydroxide or alkali) treatment was carried out by in sodium hydroxyde for induce a bioactive surface. Activated samples were heat up to 600 °C. Microstructure (pore structure and phases) of the sintered samples was examined. Corrosion (electrochemical) tests were carried out using a potentiostat in simulated body fluid electrolyte. Corrosion properties (rate and resistance) of the samples were tested by several corrosion (electrochemical) measurement techniques. Metal (Ti) ion release and weight loss behaviour of the samples were examined.
Benzer Tezler
- Niyobyum elementi ilavesinin A206 alaşımına etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of adding niobium to alloy A206
NURİ PALAMUTÇU
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA DIŞPINAR
- Fe-mn-si esaslı şekil bellek alaşımların ileri toz metalurjisi yöntemleri ile üretimi
Production of fe-mn-si based shape memory alloys via advanced powder metallurgy techniques
AHMET UMUT SÖYLER
Doktora
Türkçe
2014
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURAK ÖZKAL
- Yüksek karbonlu bir çeliğin mikroyapı ve mekanik özelliklerine izotermal tavlamanın etkisi
Effect of isothermal annealing on microstructure and mechanical properties of a high carbon steel
MUSTAFA SERDAR KUZYAKA
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. MURAT BAYDOĞAN
- Endodontide kullanılan nikel–titanyum esaslı kullanılmış döner diş eğelerinden metalik değerlerin geri kazanımı
Recovery of metallic values from disposed nickel–titanium rotary endodontic files
MUHAMMED İHSAN ÖZGÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT ERCAN AÇMA
DR. ÖĞR. ÜYESİ YASİN RAMAZAN EKER
- Katodik ark plazma işlemi ile Al-Cu-Fe üçlü bileşiklerinin elde edilmesi
Production of ternary Al-Cu-Fe compounds with cathodic arc plasma treatment
SEDA ARPACI
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN