Ostenitik paslanmaz çelik ortopedik implantların iyon nitrürlemeyle yorulma dayanımlarının artırılması

Abstract

Soğuk şekil değiştirmiş, AISI 316L ostenitik paslanmaz çelikler yıllardır, çeşitli dizaynlarla internal tesbit araçlarının yapımında başarıyla kullanılmaktadır. Metalik cerrahi implant malzemeleri insan vücudunun ılık ve tuzlu ortamında korozyona maruz kalırlar. Kırık kemiklerin tesbitinde kullanılan ortopedik kemik tesbit plakları, invivo koşullarda değişken ve bileşik eksenel, eğme ve burulma şeklindeki yüklere maruz kalırlar ve buna bağlı olarak istenmeyen implant hasarları oluşabilmektedir. Yorulma, implant hasarları içinde en sık karşılaşılan hasar türüdür. Korozyon gibi yorulma hasan da malzeme yüzeyinden ya da yüzeyle ilgili olaylardan kaynaklandığından, ortopedik implantlann yüzeylerinin ileri yüzey işlemleri kullanılarak modifiye edilmesi ile implant hasarlarının azaltılabileceği açıktır. Son yıllarda, paslanmaz çeliklerin iyon nitrürleme ile yüzeylerinin sertleştiril-mesi giderek artan bir önem kazanmakta ve bu işlemden sonra malzemenin yorulma, aşınma ve korozyona karşı direncinin birlikte artırılması umulmaktadır. Bazı çalışmalarda belli işlem koşullan altında yapılan iyon nitrürleme ile bunun mümkün olabileceği gösterilmiştir. Bu çalışmada iyon nitrürleme ostenitik paslanmaz çelikten cerrahi implant malzemelerine uygulanarak, yorulma dayanımlannda önemli artış yapılabileceğinin gösterilmesi amaçlanmıştır. Sonlu elemanlar yöntemiyle plakta oluşan gerilme ve şekil değişimleri belirlenmiştir. İyon nitrürlemeden sonra yapılan yorulma deneylerinde, pratikte tesbit plaklannın çoğunlukla hasara uğradığı, uzun ömürlü yorulma koşullan altında, yorulma ömrünün en az 10 kat artınlabildiği, iyon nitrürlem? ile ostenitik paslanmaz çelikten imal edilen kemik tesbit plaklannın yorulma dayanımlannın %60 oranında artınlabileceği görülmüştür.

A "biomaterial" has been defined as any substance or combination of substances, syntetic or natural in origin, that can be used for any period of time, as a whole or as a part of a system that treats augments or replaces any tissue, organ or function of the body. Biomaterials may be utilized in variety of ways with in the skeletomuscular system. In particular, biomaterials have been used in artificial joints bone bonding, fracture fixation, percutaneus leads, catheters, absorbable sutures, dental materials and so. The mechanical requirement of artroplasty most often call for the use of stainless steel and a variety of alloys, including nickel, cobalt and titanium. Ceramic and same plastic materials have also been used in certain bone and joint replacement. Orthopaedic implants are artificial mechanical devices that are mounted to the skeletal system of the human body for various purposes, such as supporting bones, replacing bones or joints and reattaching tendons or ligaments. The implant devices are unique in that they exposed to living cells, tissues and biological fluids, which are not only dynamic but also a hostile environment. These surgical implants are usualy made of one of the three major types of metallic materials: austenitic stainless steel, cobalt-chromium alloys or titanium and its alloys. The design of the implant is dictated by the anotomy and physilogy of the skeletal structures of the human body. Every fracture of a bone in human skeletal systems leads to a complex tissue injury involving bone and surrounding soft tissues. Immediately after the fracture and during the repair phase, local circulatory disturbances and manifestations of local inflamation, as well as pain and reflex immobilization have been observed. These factors, lead to so called fracture disease. For healing of fracture disease, which usualy depends on the types of the failures of bones, immediately precise anotomical reduction (the complete matching of fracture surfaces) of bone parts is required. And this can be performed by appliying the internal or external fixation techniques or joint replacement. Osteosynthesis of suitable closed fractures of superficially located bones might be performed by transcutaneous stapling or direct bone stapling after small skin incisions by applications of high-strength steel staples. Depending on their function the implants are considered under two main categories, such as prostheses and fracture fixation implants. Internal fixation implants are preferred to provide temporary stabilization for closed fractures, whereas the prosthetic devices serve as joint replacement for a life time.