Biyomimetik perspektifle işlevselleştirilmiş biyoseramik kaplı Ti6Al4V alaşımının aşınma ve biyokorozyon özelliklerinin incelenmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Atatürk Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2025
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Burak ATİK
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Ayhan Çelik
Eş Danışman: Yusuf Burak Bozkurt
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Amaç: Bu tez kapsamında, biyomimetik yaklaşımla fonksiyonel olarak derecelendirilmiş yapılar (FDY) ve biyolojik sistemlerden elde edilen, yüksek biyouyumluluğa sahip biyoseramikler kaplamalar kullanılarak Ti6Al4V alaşımının uzun süreli implantasyonu sırasında karşılaşılan aşınma ve biyokorozyon problemlerinin azaltılmasıyla fonksiyonel implant yüzeylerinin geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Yöntem: Ti6Al4V alaşımına 5-12-20 ve 30 Almen şiddetlerinde bilyalı dövme işlemi uygulandıktan sonra EPD yöntemiyle sabit gerilimde, 10 ve 20 dk sürelerinde 45S5 Bioglass ve β-TCP kaplamalar yapılarak biyomimetik FDY yapılar elde edilmiştir. EPD sonrası, hem kaplama içerisinde hapsolmuş çözücüyü buharlaştırmak hem de taban malzeme ile adezyonunu artırmak için numuneler fırınlamıştır. Elde edilen bütün numune grupları için kuru ve sıvı ortamda aşınma, elektrokimyasal korozyon ve biyotribokorozyon testleri gerçekleştirilmiştir. Test çözeltisi olarak SBF (Simulated Body Fluid) kullanılmıştır. Numunelerin yapısal ve morfolik analizleri için X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS), Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR), mikrosertlik, üç boyutlu optik profilometre kullanılmıştır. Ayrıca bütün numune gruplarının statik temas açısı ölçümleri de temas açısı ölçüm (ATM) cihazı ile alınmıştır. Tribolojik testler karşılıklı hareketli (reciprocating) aşınma test düzeneğinde ve 3N yük altında yapılmıştır. Elektrokimyasal korozyon deneylerinde açık devre potansiyeli, çevrimsel potansiyodinamik polarizasyon ve elektrokimyasal empedans spekstroskopisi yöntemleri kullanılmıştır. Biyotribokorozyon testleri, aşınma ve elektrokimyasal korozyon test düzeneği eş zamanlı olarak çalıştırılıp hem açık devre potansiyeli altında hem de çevrimsel potansiyodinamik polarizasyon ile aşınma yapılarak gerçekleştirilmiştir. Bulgular: Biyomimetik yaklaşımla elde edilen FDY yapılar arasında, taban malzeme olarak kullanılan Ti6A4V alaşımına göre yüksek yüzey sertlikleri elde edilmiştir. Bilyalı dövülmüş ve kaplama işlemi uyguylanmış numunelerde sürtünme katsayılarında artış gözlemlenmiş, aşınma oranlarıda Ti6Al4V alaşımına göre oldukça azalmıştır. Elektokimyasal korozyon testlerinde en yüksek korozyon direnci 30 Almen şiddetinde bilyalı dövülmüş ve 45S5 Bioglass kaplı 30ABg20 numunesinde görülmüştür. Biyotribokorozyon testlerinde hem Almen şiddetinin artışı hem de yapılan biyoseramik kaplamaların aşınma ve elektrokimyasal korozyonun sinerjik etkisiyle birlikte dengeli halde etki göstererek Ti6Al4V alaşımının tribokorozyon performansını artırmıştır. Ayrıca bilyalı dövme işlemi sonrasında yüzeyde düzensiz olarak meydana gelen mikro çukur-tepelerin kullanım performanslarına olan olumsuz etkisi azaltılmıştır. Sonuç: Biyomimetik yaklaşımla elde edilen FDY yapılar sayesinde Ti6Al4V alaşımının aşınma ve biyokorozyona karşı yüzey özellikleri iyileştirilmiştir. Ayrıca bilyalı dövme işlemi ve EPD yöntemiyle yapılan biyoseramik kaplamaların sinerjik etkisiyle vücut ortamında daha dayanıklı ve biyofonksiyonel implant yüzeylerinin elde edilebileceğini sonucuna varılmıştır.