Titanyum Ve Alaşımlarının Sol-jel Daldırma Yöntemiyle Yüzey Modifikasyonu

Abstract

Biyomalzemelerin geliştirilmesi amacıyla ince film hazırlama yöntemleri kullanılarak malzeme yüzeyinde koruyucu tabakalar oluşturulur. İnce film hazırlama yöntemlerinden birisi de sol-jel daldırma yöntemidir. Bu çalışmada; saf titanyum, Ti-6Al-7Nb ve Ti-6Al-4V alaşımları yüzeyinde sol-jel daldırma kaplama yöntemiyle TiO2 ince filmler oluşturulmuştur. Numuneler 200 mm/dak hızla sole daldırılmış yine aynı hızla solden çıkarılmıştır. Laboratuvar atmosferinde 15 dakika bekletildikten sonra işlemler altı kez tekrarlanmıştır. Son kat kaplama sonrasında 300–800 °C sıcaklık aralığında bir saat fırınlanmıştır. İnce filmlerin karakterizasyonu mikroyapı fotoğrafı, kalınlık ölçümü, pürüzlülük ölçümü, ıslatma açısı ölçümü, sertlik, çizik testleri, aşınma testleri ve biyoaktivite testleri ile yapılmıştır. Film yüzeyleri kaplanan bölgeden kaplanmayan bölgeye doğru 262 um ölçüm aralığında ve 8 mg yük ile taranmıştır ve sıcaklık artışına bağlı olarak film kalınlıkları ve yüzey pürüzlülükleri ölçülmüştür. Filmlerin üzerine 5 µl saf su damlatılıp, damla ile yüzey arasındaki açı ölçülerek su damlasının film yüzeyini ıslatma kabiliyeti belirlenmiştir. Yüzeyde oluşturulan ince filmlerin nano sertlik deneyleri 0,5 mN sabit yük altında yapılmıştır. Rockwell C yapışma testinde 150 kg’lık normal yük uygulanarak standart sertlik izi incelenmiştir. Çizik testi 0.03 – 5 N artan yük aralığında 2 mm’lik çizik izi oluşturularak yapılmıştır. Aşınma testi 1 N yük altında, 1mm/s kayma hızıyla 5mm uzunluğunda çizik oluşturularak yapılmıştır. Titanyum ve alaşımlarının yüzeyinde oluşturulan kaplamaların biyouyumluluğunu belirlemek amacıyla bir hafta süreyle biyoaktivite testleri uygulanmıştır.

With the aim of expanding the biomaterials, protective coatings are made up on the surface of material by using the methods of preparing thin films. One of the these methods is sol-gel dip-coating method. In this study, TiO2 thin films were deposited on the surface of pure titanium, Ti-6Al-7Nb and Ti-6Al-4V alloys with sol-gel dip-coating method. The substrates were dipped into the sol with 200 mm/min drawing speed and were pulled up with the same speed. After waited 15 minutes in the lab atmosphere, processes were repeated six times. After the last coating, they were heat treated between 300-800°C. The thin films were characterized with microstructure photograph, thickness and contact angle measurement, hardness and scratch tests, wear tests and bioactivity tests. The surfaces were scanned from the coated side to the uncoated with the scan range of 262 um and the load of 8 mg. Depending on the increase in temperature, film thickness and surface roughness were measured. By dropping 5 µl pure water on the films and by measuring the angle between the drop and the surface, the wetting properties of the films investigated. Nano hardness experiments of thin films were held under constant load of 0,5mN. The standard hardness mark was examined by applying 150 kg normal load during Rockwell C adhesion test. The scratch test was held by making up 2mm scratch mark in progressive load range of 0.03–5N. Wear tests were held under 1 N load with 1 mm/s sliding rate at dry atmosphere and in simulated body fluid. Bioactivity tests are made to determine the biocompatibility of sol-jel coatings on titanium and alloys.