Publication: Kalsiyum fosfat takviyeli alümina-titana kaplamaların mikroyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Abstract
İnsan vücudunda meydana gelen bir hasarı onarmak için metal veya diğer malzemelerin kullanımı günümüzden 2000 yıl önceye kadar uzanmaktadır. Romalılar, Çinliler ve Azteklerin 2000 yıl kadar önce diş hekimliğinde altın kullandıkları bilinmektedir. Tarihi kayıtlarda ilkelde olsa camdan göz, tahtadan diş gibi basit uygulamalara rastlanmaktadır. Biyomalzeme terimi için günümüze kadar pekçok tanım yapılmıştır. Bu tanımlar içinde konunun uzmanlarınca da kabul gören bir tanesi vardır ki; bu “Biyomalzeme, tıbbi cihazlarda kullanılan ve biyolojik sistemlerle beklenen etkileşimi gösterebilen, ortaya çıkarılması güç bir malzemedir”. Tüm tanımların birleştiği nokta ise, biyomalzeme biliminin en temel amacının “biyouyumluluk” olduğudur. Çalışmamızın temelinde uzun ömürlü ve yüksek biyouyumlu bir implantın nasıl ve ne tür malzemelerden elde edilebileceği sorusu yatmaktadır. Deneysel çalışmada AISI 316 paslanmaz çelik numuneler üzerine arabağlayıcılı ve arabağlayıcısız, plazma püskürtme yöntemi ile kaplamalar yapılmıştır. Her iki şekil kaplamada da alümina-titan (ağırlıkça %60-40) ağırlıkça %5 ve %10 oranlarında HA ile karıştırılarak kaplanmıştır. Daha sonra kaplanan numunelerin mikroyapıları incelenmiş, bağ mukavemetleri test edilmiş, SEM, EDS ve XRD analizleri yapılmıştır. Elde edilen 4 farklı tip kaplama A1, A2, B1 ve B2 olarak adlandırılmıştır. Çalışmamızda gövde malzemesi olarak düşük maliyeti ve mekanik özellikleri açısından implant teknolojisinde yoğun olarak kullanılan AISI 316 paslanmaz çelik kullanılmıştır. Biyouyumu mükemmel denecek düzeyde olan HA, alümina-titan ile karıştırılarak ana kaplama malzemesi olarak kullanılmıştır. Mekanik özelliklerine bakıldığında çeliğin doğrudan HA ile kaplanmasının olumsuz yönleri ortaya çıkmaktadır. Yapılan literatür araştırmasında alümina-titan’ın iyi bir arabağlayıcı malzemesi olduğu görülmüştür ki deneylerden elde edilen sonuçlarda bunu desteklemiştir. Bu nedenle hem biyouyum özelliği olan hemde her iki malzeme arasında mekanik yönden iyi bir arayüz oluşturabilen alümina-titan’ın arabağlayıcı kaplama malzemesi olarak kullanılması uygun görülmüştür. Kaplama yöntemi olarak da plazma püskürtme kaplama tercih edilmiştir. Bunun en önemli nedeni plazma püskürtme işleminin kontrol edilebilir olmasına bağlı yüksek kaplama kalitesidir. INVESTIGATION OF MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF CALCIUM PHOSPHATE REINFORCED ALUMINA-TITANIA COATING
For reparing any damage in human body metals and other materials have been used for almost 2000 years. It is known that Romans, Chinese and Aztecs used gold in dentistry almost 2000 years ago. Even they were primitive, eye from glass, teeth from wood can be seen in historical records. Many definitions has done about the term of biomaterial till today. There is one accepted by the experts of this field is that “ Biomaterial is a material that it is hard to create. Biomaterial is used for medical devices and able to have expected interaction with biological systems. The point that all definitions meets is “biocompatibility”, is also the main target of biomaterial science. Fundamental question of our study is “how to get long-life and highly biocompatible material with what kind of materials”. In experimental part of this study AISI 316 stainless steel samples were coated with and without interface by plasma spraying method. In both types of coatings alumina-titania (60%-40% in weight) mixed with 5% and 10% bovine hydroxyapatite. After coating process microstructures were inspected and bonding strenght tested, then SEM, EDS and XRD analysis done. Four different types of coatings were identified as A1, A2, B1 and B2. In our study AISI 316 stainless steel has been used as body material which density used in implant technologies because of its low cost and mechanical properties. Known with its excellent biocompatibility HA mixed with alumina-titania and used as main coating material. From the point of mechanical properties, coating steel directly with HA have some incompatible ways. It was seen in the literature study that alumina-titania is a good interface material. This was also supported by the experimental results. For this reason both biocompatibility and mechanically being a good interface between body and coating material, alumina-titania prefered as interface coating material. Plasma spraying was chosen as coating method. As a result of controlability of coating process, high quality coating formed. This is the main reason of chosing plasma spraying method.
For reparing any damage in human body metals and other materials have been used for almost 2000 years. It is known that Romans, Chinese and Aztecs used gold in dentistry almost 2000 years ago. Even they were primitive, eye from glass, teeth from wood can be seen in historical records. Many definitions has done about the term of biomaterial till today. There is one accepted by the experts of this field is that “ Biomaterial is a material that it is hard to create. Biomaterial is used for medical devices and able to have expected interaction with biological systems. The point that all definitions meets is “biocompatibility”, is also the main target of biomaterial science. Fundamental question of our study is “how to get long-life and highly biocompatible material with what kind of materials”. In experimental part of this study AISI 316 stainless steel samples were coated with and without interface by plasma spraying method. In both types of coatings alumina-titania (60%-40% in weight) mixed with 5% and 10% bovine hydroxyapatite. After coating process microstructures were inspected and bonding strenght tested, then SEM, EDS and XRD analysis done. Four different types of coatings were identified as A1, A2, B1 and B2. In our study AISI 316 stainless steel has been used as body material which density used in implant technologies because of its low cost and mechanical properties. Known with its excellent biocompatibility HA mixed with alumina-titania and used as main coating material. From the point of mechanical properties, coating steel directly with HA have some incompatible ways. It was seen in the literature study that alumina-titania is a good interface material. This was also supported by the experimental results. For this reason both biocompatibility and mechanically being a good interface between body and coating material, alumina-titania prefered as interface coating material. Plasma spraying was chosen as coating method. As a result of controlability of coating process, high quality coating formed. This is the main reason of chosing plasma spraying method.