İmplant uygulamaları için metal matrisli kompozit biyomalzemelerin üretilmesi
Production of metal matrix composite biomaterials for implant applications
- Tez No: 988850
- Danışmanlar: PROF. DR. İLVEN MUTLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, geçici biyomedikal implant (sert doku) uygulamalar için biyobozunur (biyoçözünür) özellikte yenilikçi parçacık takviyeli Fe, Zn, Mg metal matrisli kompozit malzemelerin üretilmesi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında Mg, Zn ve Fe esaslı TCP, TiO2, karbon nanotüp ve bor tozu katkılı metal matrisli kompozit numuneler üretilmiştir. Tez kapsamında, Mg, Zn ve Fe esaslı TCP, TiO2, bor ve karbon nanotüp tozu katkılı kompozit numuneler geleneksel toz metalurjisi (presleme-sinterleme) yöntemi ile üretilmiş olup; alaşım tozları elementel metal tozları kullanılarak mekanik alaşımlama (bilyeli değirmen) yöntemi ile hazırlanmıştır. Toz karışımlarının hazırlanmasının ardından, presleme ile ham numuneler üretilmiştir. Daha sonra Fe alaşımları 1250 °C, Zn alaşımları 320 °C, ve Mg alaşımları 500 °C sıcaklıkta 1 saat süre ile vakum atmosferinde sinterlenmiştir. Tez kapsamında, Fe, Mg ve Zn tozu içerisine ilave edilen alaşım elementlerinin ve parçacık katkı tozlarının malzemenin özelliklere etkileri karşılaştırmalı olarak incelmiştir. Üretilen malzemelerin mikroyapısı tahribatlı (aşınma, sertlik) ve tahribatsız (ultrasonik test) testler ile araştırılmıştır. Fe, Mg, Zn matrisli metal matrisli kompozit malzemelerin biyobozunurluk (ağırlık değişimi) davranışları pH 6.6 değerindeki yapay vücut sıvısı (SBF) çözeltisi içerisinde statik daldırma testi ile araştırılmıştır. Ayrıca Fe, Mg, Zn matrisli kompozit malzemelerin elektrokimyasal korozyon davranışları pH 6.6 değerindeki yapay vücut sıvısı (SBF) çözeltisi içerisinde açık devre potansiyel, Tafel, lineer polarizasyon direnci yöntemleri kullanılarak araştırılmıştır. Ayrıca Fe, Zn ve Mg esaslı alaşımları biyouyumlulukları (sitotoksisiteleri) karşılaştırmalı olarak araştırılmıştır. Tez kapsamında çalışılan Fe, Mg, Zn matrisli parçacık takviyeli kompozit malzemelerin çeşitli özellikleri hesaplamalı malzeme bilimi esaslı yazılımlar (CASTEP, LAMMPS ve ThermoCalc) kullanılarak teorik olarak incelenmiştir. Mekanik özellikler için Kuantum mekaniği yasalarını kullanan ilk prensipler temelli yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) esaslı CASTEP yazılım programı ve Newton yasalarını kullanan moleküler dinamik esaslı LAMMPS yazılım programı kullanılmıştır. İlk prensipler yaklaşımı sadece çekirdek ve elektronları dikkate almakta ve etkileşimleri sadece atom altı ölçeğinde araştırmaktadır. Moleküler dinamik temel parçacık olarak atomları göz önüne almakta, çekirdek ve elektronları göz ününe almamaktadır. Moleküler dinamikte atom-atom etkileşimleri yer almakta olup Newton hareket yasaları kullanılmaktadır. Faz diyagramları için ise hesaplamalı faz diyagramları (CALPHAD) esaslı Thermo-Calc yazılım programı kullanılmıştır
Özet (Çeviri)
In this thesis, the production and characterization of biodegradable (bioresorbable) novel particule reinforced Fe, Mg, Zn metal matrix composites for biomedical implant (hard tissue) applications were carried out. In this thesis, Fe, Zn, Mg based TiO2, TCP, boron, and carbon nanotube particule reinforced metal matrix composites were prepared. Fe, Zn, Mg based TiO2, TCP, boron and carbon nanotube particule reinforced metal matrix composites were prepared by traditional powder metallurgy (press-sintering) method. In this thesis, elemental Fe, Mg, Zn alloy powders and TiO2, TCP, boron and carbon nanotube particule reinforced metal matrix composites were prepared by mechanical alloying (ball mill) method. Then, the green composite specimens were prepared by hydraulic pressing. Then, the green compacts were sintered at 1250 °C (Fe alloys), or 320 °C (Zn alloys), or 500 °C (Mg alloys) for 1 hou in vacuumr. The effects of alloying elements and particule reinforcements on the several properties of the particule reinforced Fe, Mg or Zn metal matrix composite specimens were investigated. The microstructureand mechanical properties of the produced composite specimens was investigated using destructive (wear test, hardness test) and non-destructive (ultrasonic testing,) tests. Biodegradation (weight loss) behaviour of the Fe, Mg, and Zn matrix composite materials was investigated in simulated body fluid (SBF) solution with pH of 6.6 by using static immersion tests. Additionally, the electrochemical corrosion behaviour of the Fe, Mg, and Zn matrix composite materials was investigated in simulated body fluid (SBF) solution with pH of 6.6 by using open circuit potential, Tafel and linear polarization tests. Biocompatibility of the Fe, Mg and Zn based metal matrix composite materials was also studied. Properties of the Fe, Mg, Zn matrixcomposite specimens was investigated by computational materials science based programmes (CASTEP, LAMMPS and Thermo-Calc). Mechaical properties were studied by Quantum mechanics based first principles and density functional theory based CASTEP software programme and Newton mechanics based molecular Dynamics based LAMMPS software programme. First principles theory considers only electrons and atom core. Molecular Dynamics theory considers atoms as a base particle, do not consider electrons and atom core. Phase diagrams of the materials were studied by calculated phase diagrams (CALPHAD) based Thermo-Calc software programme..
Benzer Tezler
- İmplantlarda kullanılan metal malzemelerin farklı yaşlandırma teknikleri altında incelenmesi
Investigation of metal materials used in implants under different aging techniques
ÖMER FARUK GÜDER
Doktora
Türkçe
2025
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYSEL ERSOY
- İmplant malzemelerinin mekanik özelliklerinin geliştirilmesi
Improvement of mechanical properties of implant materials
FATMA ZEHRA KÖSE
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mühendislik BilimleriSakarya ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET İSKENDER ÖZSOY
- Vücut içi sert dokular için kaplanmış şekil hafızalı Nitinol'ün mekanik ve biyo-uyumluluk özelliklerinin araştırılması
Investigation of mechanical and biocompatibility properties of coated shape memory Nitinol for intra-bodyhard applications
ALİ FEYZULLAH
Doktora
Türkçe
2026
BiyomühendislikNecmettin Erbakan ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET AVCI
PROF. DR. MÜRSEL EKREM
- Production of biodegradable zinc matrix composite materials by powder metallurgy method
Biyobozunur çinko matrisli kompozit malzemelerin toz metalurjisi yöntemi ile üretilmesi
AMIRA HASSOUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLVEN MUTLU
- Biyomedikal uygulamalar için ASTM F75 kobalt-krom alaşımının yüzey modifikasyonu
Surface modification of ASTM F75 cobalt-chromium alloy for biomedical applications
DOĞUKAN ÇETİNER
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
DOÇ. DR. ERDEM ATAR