Biyomedikal uygulamalar için Ti6Al4V ELI alaşımının anodizasyon ve PCL/GNP nanokompozit kaplamalarla yüzey özelliklerinin iyileştirilmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında Ti6Al4V ELI alaşımının yüzeyi anodizasyonu ve daldırmalı kaplama yöntemleri ile kaplanarak, yapay vücut sıvısı (SVS) ortamında korozyon, tribokorozyon ve biyoaktivite özellikleri incelenmiştir. İki fazlı (α+β) mikro yapıya sahip Ti6AI4V ELI alaşımının yüzeyinde, %0,25 NH4F, %2,5 H2O içeren EG çözeltisi içerisinde, 30 V güç, 60 dk süre ile yapılan anodizasyon işlemi sonucunda ortalama nanotüp çap ve uzunluğu sırasıyla, 72,98 nm ve 1,13 μm olan amorf TiO2 nanotüplerin oluştuğu yapılan karakterizasyon işlemleri ile belirlenmiştir. Anodize Ti6Al4V ELI alaşımı üzerine ağ. % oranı optimize edilen (ağ. %7) Polikaprolakton (PCL) içeren polimer çözeltisi hazırlanarak daldırmalı kaplama yöntemi ile kaplama kalınlığı 1,23 μm olan Ti6Al4V ELI-PCL olarak kodlanan örnek üretilmiştir. 50,94° temas açısı değeri ile hidrofilik karakterde olan kaplama üzerine yapılan karakterizasyon işlemleri ile porların içerisine de dolan PCL ile TiO2 arasında etkileşimin sağlandığı tespit edilmiştir. Ağ. % oranı optimize edilen Grafen nanoplateletler (GNP-ağ. %0,5) içeren ağ. %7 PCL karışımından elde edilen nanokompozit çözeltisi daldırmalı kaplama yöntemi ile anodize Ti6Al4V ELI alaşımı üzerine kaplanarak 1,30 μm kaplama kalınlığına sahip Ti6Al4V ELI-PCL/GNP şeklinde kodlanan örnek üretilmiştir. Üretilen tüm kaplamaların soy yüzeyler oluşturduğu SVS içerisinde yapılan korozyon ve tribokorozyon testlerinden belirlenmiştir. GNP’ nin nano dolgu etkisinin, büyük bir katodik alan oluşturması, yüksek yük taşıma kapasitesi ve yağlayıcı etkisi sayesinde korozyona ve tribokorozyona karşı en dirençli kaplamanın Ti6Al4V ELI-PCL/GNP örneği olduğu tespit edilmiştir. Hidrofilik karakteri ile yüzeyinde hidroksiapatit oluşturma yeteneği en fazla olan kaplama örneği Ti6Al4V ELI-PCL/GNP olmuştur.In this thesis study, the surface of Ti6Al4V ELI alloy was coated using anodic oxidation and dipcoating methods, and its corrosion, tribocorrosion, and bioactivity properties were investigated in simulated body fluid (SVS) environment. Characterization analyses revealed that amorphous TiO2 nanotubes with an average diameter of 72.98 nm and a length of 1.13 μm were formed on the surface of the Ti6Al4V ELI alloy, which possesses a dual-phase (α+β) microstructure, as a result of the anodic oxidation treatment performed in an EG-based solution containing 0.25 wt. %NH4F and 2.5 wt. % H2O at 30 V for 60 minutes. A polymer solution containing polycaprolactone (PCL), whose weight percentage was optimized (7 wt.%), was prepared and deposited onto the anodized Ti6Al4V ELI alloy via the dip-coating method, producing a coating with a thickness of 1.23 μm, designated as Ti6Al4V ELI-PCL. Characterization studies demonstrated that the coating, exhibiting a hydrophilic nature with a contact angle of 50.94°, enabled effective interaction between PCL that penetrated into the pores and the TiO2 layer. A nanocomposite solution prepared from 7 wt. %PCL containing an optimized amount of graphene nanoplatelets (GNP, 0.5 wt.%) was deposited onto the anodized Ti6Al4V ELI alloy using the dip-coating method, resulting in a coating with a thickness of 1.30 μm, designated as Ti6Al4V ELI-PCL/GNP. Corrosion and tribocorrosion tests conducted in SVS showed that all coatings exhibited passive surfaces. Owing to the nano-filler effect of GNPs providing a large cathodic area, high load-bearing capacity, and lubricating effect the Ti6Al4V ELI-PCL/GNP coating demonstrated the highest resistance to corrosion and tribocorrosion. Furthermore, due to its hydrophilic character, the Ti6Al4V ELI-PCL/ GNP coating exhibited the greatest ability to induce hydroxyapatite formation on its surface.