Mekanik alaşımlama yöntemi ile üretilen ti-nb esaslı alaşımların mikroyapısal, mekanik, antibakteriyel ve sitotoksik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu araştırmada, biyomalzeme olarak kullanılması düşünülen yeni nesil titanyum alaşımlarının mekanik alaşımlama ile üretimi gerçekleştirilmiştir. Nb, Sn, Ta, Hf ve Zr gibi toksik olmayan katkılar titanyuma eklenerek 8 saat mekanik alaşımlama sonrası elde edilen tozlar preslendikten sonra 11500C de 2 saat sinterleme işlemine tabi tutulmuştur. X-ışını kırınımı (XRD), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Enerji Dispersif Spektrum (EDS), sertlik, yoğunluk ve tahribatsız muayene yöntemlerinden ultrasonik yöntemle elastik modülü analizleri yapılarak elde edilen numuneler mikroyapısal ve mekanik olarak, antibakteriyel ve sitotoksik testler yapılarak elde edilen numuneler biyolojik olarak incelenmiştir. Çalışma sonucunda elde edilen sonuçlar, sinterleme sonrası elde edilen alaşımların α – Ti, β – Ti ve TiC fazlarını içerdiği XRD ve EDS analizleriyle tespit edilmiştir. SEM görüntülerinde alaşımların homjen bir dağılıma sahip olduğu EDS ile birlikte ispatlanmıştır. Sertlik değerleri alaşım katkılarına değişkenlik göstermiş, 340 ile 1322 HV arasında çok geniş yelpazede değerler almıştır. Sertlik değerlerinin yüksek olması sinterleme esnasında mikroyapıda oluşan değişik katkıların yanında yapıdaki TiC ikinci fazlarının varlığından kaynaklandığı tespit edilmiştir. Hesaplanan bağıl yoğunluk değerlerinde elde edilen alaşımların % 0,87 – 12,37 arasında gözenek barındırdığı görülmüştür. Elastik modülü alaşımlarda 48,3 ile 130 GPa arasında geniş bir aralıkta sonuçlar vermiştir. Biyomalzeme olarak kullanılması için istenilen elastik modülü, alaşımların bazılarında kemiğe yakın değerlerde sonuçlar vermiştir.

Son olarak, geliştirilen alaşımların biyolojik özelliklerini incelemek için antibakteriyel ve sitotoksik testler uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlar geliştirilen alaşımların antibakteriyel özelliğe sahip olduğunu ve sitotoksik olmadıklarını göstermiştir. Elde edilen bu sonuçlar üretilen alaşımların yeni nesil biyomalzeme olarak kullanım potansiyeli olduğunu göstermektedir. Doktora çalışmaları kapsamında geliştirilen yeni nesil titanyum alaşımlarının bu alanda yapılacak çalışmalar için bir altyapı oluşturması ve ülke ekonomisine önemli bir kazanç getirmesi hedeflenmektedir.

In this research, new generation titanium alloys as biomaterials were produced by mechanical alloying with the addition of non-toxic elements such as Nb, Sn, Ta, Hf and Zr. Mechanical alloying experiments were carried out at room temperature in a high energy ball milling for 8 hours. After alloying procedures the as-milled powders were consolidated using an uniaxial pressing and sintered at 11500C for 2 hours followed by microstructural (X-ray diffraction (XRD), Scanning Electron Microscope (SEM), Energy Dispersive Spectrum (EDS)), mechanical (hardness and elastic modulus) and biological (antibacterial and cytotoxic tests) characterizations. The results obtained from XRD and EDS analyses showed α - Ti, β - Ti and TiC phases in the sintered alloys. Hardness tests taken from the sintered samples revealed a wide range values between 340 and 1322 HV depending on the alloy compositions and TiC phases. The density investigations showed that the sintered alloys had relatively low density resulting from high porosity varying between 0.87 - 12.37 %. The elastic modulus of the sintered samples were found between 48.3 to 130 GPa as a function of added elements, some of which was close to the elastic modulus of bone. Antibacterial and cytotoxic tests results showed that the synthesized alloys possessed good antibacterial properties and were not toxic for body. Overall, the obtained results from this study have shown that the developed alloys have the potential as a new generation biomaterials.