Ti-nb esaslı alaşımların implant uygulamaları için gözenekli üretim ve biyoaktif kaplama ile özelliklerinin geliştirilmesi
Improving the properties of ti-nb based alloys with porous production and bioactive coating for implant applications
- Tez No: 553200
- Danışmanlar: PROF. DR. FEHİM FINDIK, PROF. DR. HAMİT ÖZKAN GÜLSOY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Ti-Nb esaslı alaşımlar, implant, biyomalzeme, porozite, biyoaktif kaplama, toz metalurjisi, hidroksiapatit, elektrobiriktirme, Ti-Nb based alloy, implant, biomaterial, porosity, bioactive coating, powder metallurgy, hydroxyapatite, electrodeposition
- Yıl: 2019
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 177
Özet
Bu çalışmada, diz ve kalça protezi gibi yük taşıyan implant uygulamalar için gerekli mekanik özelliklere (kemiğe uygun mekanik değerlerde), yüksek korozyon direncine, biyo özelliklere (vaskülerizasyon, mineralizasyon, osseointegrasyon vb.) sahip Ti alaşımı üretmek ve geliştirmek amacıyla alaşım elementi (Nb, Ta, Zr, Sn) etkileri, porozite karakteristikleri ve biyoaktif yüzey modifiye yöntemleri çalışılmıştır. Üretim yöntemi olarak geleneksel toz metalürjisi, toz enjeksiyon kalıplama, boşluk tutucu yöntemi ile poroz üretim, yüzey modifikasyon yöntemleri (anodizasyon, elektro kaplama) tercih edilmiştir. Ti'ye Nb ilavesi ile beta fazı kararlılığı ve porozite miktarının artmasına bağlı olarak alaşımın elastik modülü düşmüştür. Ti-Nb alaşımlarının mukavemeti katı eriyik sertleşmesine bağlı olarak Ti'den yüksek bulunmuştur. Nb içeriği arttıkça karbon çözünürlüğünün düşüp karbürlerin oluşumuna bağlı olarak, elastik modül ve sertlikte artış görülmüştür. Nb ilavesi arttıkça yüzeyde titanyum oksitin yanında kararlı niyobyum oksitin varlığı nedeniyle korozyon direnci artmıştır. Ayrıca Ti-Nb alaşımlarının yapay vücut sıvısında (SBF) bekletilmesi sonucunda yüzeyinde hidroksiapatit oluşum kabiliyeti, Ti'den daha iyi olduğu görülmüştür. Ti-16Nb alaşımı, optimum özelliklere sahip numune olarak seçilmiştir. Bu alaşıma Zr ilavesi çalışılmıştır, ardından Ti-Nb-Zr alaşımına Ta ilavesinin özellikler üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Deney ve analiz sonuçlarına göre Zr ve Ta'nın ilaveleri genel olarak beta kararlı yapıcı etki göstermeleri, elastik modülü düşürürken, mekanik özelliklerin yaklaşık aynı kalmasını sağlamaları ve korozyon direncini arttırmaları nedeniyle benzer sonuçlar göstermiştir. Sn ilavesi ise Ti'nin elastik modülünü düşürme de etkili olmasına karşın korozyon direncini düşürmüştür. Her ne kadar alaşımlama ile Ti'nin elastik modül değeri düşmüş olsa da, kemiğinkinin çok üzerindedir. Bu nedenle Ti-Nb esaslı alaşımlar tezin devam eden sürecinde poroz üretilmiştir. Poroziteli üretim ile implant-kemik arasındaki mekanik uyumsuzluk giderilmiş, implant gevşemesi olasılığı düşürülmüştür, yoğunluk değeri kemiğinkine yaklaşmıştır. Ayrıca, poroziteler vaskülarizasyon ve mineralizasyon için implant geçirgenliğine imkan sağlar, mekanik kenetlenmeyi destekler. Ancak porozite miktarı artışı korozyon direncini düşürmüştür. Bunun için son olarak anodizasyon ve elektrobiriktirme yüzey işlemleri ile hidroksiapatit-grafen oksit-kollajen içerikli biyoaktif kompozit kaplama gerçekleştirilmiştir. Bu yüzey modifikasyon işlemleri ile korozyon direncinin artmasının yanısıra osteoblast benzeri hücre gelişimi ve canlılığı arttırılmış, hidrofilik yüzey oluşturularak yüzeye protein adsorpsiyonu geliştirilmiştir. Sonuç olarak yük taşıyan implant gerekliliklerini karşılayan Ti-Nb esaslı alaşımlar geliştirilmiştir..
Özet (Çeviri)
In this study, effects of alloying elements (Nb, Ta, Zr, Sn), porosity characteristics (mechanical values appropriate to bone) and bioactive surface modification methods have been studied in order to produce and develop Ti alloy with the necessary mechanical properties, high corrosion resistance and bio properties (vascularization, mineralization, osseointegration, etc.) for load bearing implant applications such as knee and hip prosthesis. Traditional powder metallurgy, powder injection molding, porous production by space-holder method, surface modification methods (anodization, electrodeposition) were preferred as production method. The elastic modulus of the alloy decreased due to the increased beta-phase stability and porosity by the addition of Nb to the Ti. The strength of the Ti-Nb alloys was higher than that of Ti owing to solid solution hardening. As the content of Nb increased, elastic modulus and hardness increased due to the formation of carbides. In addition, as a result of the increase of Nb content, corrosion resistance and ability of hydroxyapatite formation have developed. Ti-16Nb alloy is selected as a sample with optimum properties. The addition of Zr to this alloy was studied, followed by the effects of Ta addition on properties of Ti-Nb-Zr alloy were investigated. According to the results of experiment and analysis, the addition of Zr and Ta showed similar results due to the fact that they generally showed beta-stabilizing effect, reduced the elastic modulus, increased the mechanical properties and increased the corrosion resistance. Also, Sn addition reduced elastic modulus and corrosion resistance. Although the elastic modulus of the Ti is reduced by alloying, it is much higher than that of bone. For this reason, porous Ti-Nb based alloys are produced. Thanks to the porosity production, the mechanical incompatibility between the implant and bone was removed and the density value was close to the bone. In addition, porosities enable implant permeability for vascularization and mineralization, and support mechanical fixation. However, porosity reduced the corrosion resistance. For this purpose, bioactive composite coating containing hydroxyapatite-grafen oxide-collagen was carried out by anodization and electrodeposition processes. As a result of these surface modification processes, corrosion resistance was increased and osteoblast-like cell growth and viability were increased, and protein adsorption was improved by forming a hydrophilic surface. As a result, Ti-Nb-based alloys have been developed to meet the load-bearing implant requirements.
Benzer Tezler
- Mikro-ark oksidasyon yöntemi ile kaplanmış CP-Ti ve Ti6Al4V malzemelerinin karakterizasyonu
Characterization of CP-Ti and Ti6Al4V materials coated by micro-arc oxidation method
FUNDA ALAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZKAN ÖZDEMİR
- Toz metalurjisi yöntemiyle üretilen gözenekli titanyum esaslı implant malzemelerin mekanik ve tribolojik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical and tribological properties of porous titanium based implant materials produced by the powder metallurgy process
ZAFER GÖLBAŞI
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BÜLENT ÖZTÜRK
- Mekanik alaşımlama yöntemi ile üretilen Ti-nb esaslı alaşımların mikroyapısal, mekanik, antibakteriyel ve sitotoksik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of microstructural, mechanical, antibacterial and cytotoxic properties of Ti-nb based alloys produced by mechanical alloying method
AHMET BURÇİN BATIBAY
Doktora
Türkçe
2021
Metalurji MühendisliğiAfyon Kocatepe ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATİLLA EVCİN
DOÇ. DR. HASAN KOTAN
- Design and development of high temperature nickel-based superalloys
Yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılan nikel esaslı süper alaşımların tasarımı ve geliştirilmesi
RASİM ERİŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT VEDAT AKDENİZ
PROF. DR. AMDULLA MEHRABOV
- Hf ilavesinin Co-9Al-6W süperalaşımlarının yapısal özelliklerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the hf addition on the structural properties of Co-9Al-6W superalloys
EMRE DAMAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET YILDIRIM