GTÜ FBE Lisansüstü Programlar ve Tez Özetleri

Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ABD Doktora Programı
Meterıals Secıence and Engineering Ph.D. Program
Tez Başlığı
PLAZMA ELEKTROLİTİK OKSİDASYON YÖNTEMİYLE TI6AL4V ALAŞIMI
YÜZEYİNE HİDROKSIAPATİT BAZLI BİYOSERAMİK FAZLARIN KAPLANMASI
VE KARAKTERİZASYONU
Thesis Title
CHARACTERIZATION AND FORMATION OF HYDROXYAPATITE BASED
BIOCERAMIC PHASES COATED ON TI6AL4V ALLOY BY PLASMA
ELECTROLYTIC OXIDATION
Öğrenci Adı / Student’s Name Salih DURDU
Tez Danışmanı / Thesis Supervisor
Doç. Dr. Metin USTA
Eş-Danışman / Co-Advisor
ÖZET
Bu çalışmada Ti6Al4V alaşımı; biyomedikal uygulamalarda biyoaktif ve biyouyumlu
malzeme olarak kullanılan titanyum oksit, kalsiyum apatit ve hidroksiapatit bazlı
kompozit kaplamalar üretmek için; kalsiyum asetat ((CH 3 COO) 2 Ca*x.H 2 O), β-
kalsiyum glisero fosfat (β-C 3 H 7 CaO 6 P) ve saf su içerikli çözelti içerisinde plazma
elektrolitik oksidasyon (PEO) yöntemiyle kaplandı. PEO kaplama prosesi ilk
aşamada, kalsiyum ve fosfor bazlı bazik çözelti içerisinde üç farklı akım yoğunluğu
(0,123, 0,140 ve 0,335 A/cm 2 ) ve düşük kaplama sürelerinde (1, 2, 3, 4 ve 5 dakika)
gerçekleştirildi. PEO prosesi daha sonra, tek akım yoğunluğu (0,123 A/cm 2 ) ve
yüksek kaplama sürelerinde (1, 5, 10, 20, 40, 60, 90 ve 120 dakika) gerçekleştirildi.
Kaplama parametrelerinden; akım yoğunluğu ve kaplama süresinin kaplamaların
büyüme kinetiğine, faz kompozisyonuna, bağlanma enerjisine, moleküler
fonksiyonel gruplarına, yüzey morfolojine ve mikro yapısına, elementel
kompozisyonuna, yüzey pürüzlülüğüne, altlık malzemeye yapışmasına, aşınma ve
korozyon özelliklerine ve biyoaktivitelerine olan etkisi incelenmiştir. PEO prosesi
sonrası yüzeyde anataz-TiO 2 , rutil-TiO 2 , TiP 2 , Ca 3 (PO 4 ) 2 (TCP-tri kalsiyum fosfat),
perovskit-CaTiO 3 (perovskit-kalsiyum titanat) ve Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 (hidroksiapatit)
fazları tespit edilmiştir. Kalsiyum bazlı elektrolit çözeltisinde PEO yöntemiyle
kaplanan numunelerin ortalama kaplama kalınlıkları 15 ile 65 µm arasında
değişmektedir. PEO prosesi sonrası gözenekli ve pürüzlü bir yüzey oluşmaktadır ve
ABSTRACT
In this study, the Ti6Al4V alloy was coated in the solution consisting of calcium
acetate ((CH 3 COO) 2 Ca*x.H 2 O), β-calcium glycerophosphate (β-C 3 H 7 CaO 6 P) and pure
water by plasma electrolytic oxidation (PEO) method to produce titanium oxide,
calcium apatite and hydroxyapatite-based surface used as of bioactive and
biocompatible materials in biomedical applications. At the first step, the PEO was
carried out at 0,123, 0,140 and 0,335 A/cm 2 current densities in calcium based
electrolyte for 1, 2, 3, 4 and 5 minutes. And then, the PEO was carried out at 0,123
A/cm 2 current density for 1, 5, 10, 20, 40, 60, 90 and 120 minutes. The influence of
the coating parameters such as the current density and oxidation time on the
kinetic, phase composition, binding energy of the atoms, functional groups of the
molecules, surface morphology and microstructure, surface roughness, adhesion to
substrates, wear and corrosion and bioactivity of the coatings were investigated in
detail. The phases formed on the coated Ti6Al4V alloy were detected anatase-TiO 2 ,
rutile-TiO 2 , TiP 2 , Ca 3 (PO 4 ) 2 (TCP-tri calcium phosphate), perovskite-CaTiO 3
(perovskite-calcium titanate) and Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 (hydroxyapatite). The average
thickness of the plasma electrolytic oxidized coatings ranged from 4.8 to 73.5 μm for
sodium silicate solution and from 15 to 65 μm for calcium based solution with some
scatters. The adhesion strengths of coatings were increased with increasing current
density and duration time. After PEO process, the coatings on Ti6Al4V alloy are
196