Titanyum yüzeyinin yapay vücut sıvısı yardımıyla apatit minerali ile kaplanmasına hidrotermal ön-işlem şartlarının etkisi

Abstract

Bu çalışma da, titanyum yüzeyine Biomimetik olarak kemiğe benzer apatit minerali ile kaplanmadan önce kalsiyum aşılanmıştır. Titanyum numuneler özel olarak dizayn edilmiş hidrotermal ortamda 230 °C sabit sıcaklıkta işlem görmüştür. Deiyonize su içerisinde kalsiyum tozları çözülerek 0.02 m/lt ve 0,2 m/lt ortamda hidrotermal işlem gerçekleştirilmiştir. Titanyum numuneler hidrotermal ortamda 1 saat ve 8 saat bekletilmiştir. İşlem görmüş yüzeyler X ışını fotoelektron spektroskopisiyle incelenmiştir. Hidrotermal ortamda kalsiyum oranının ve bekleme süresinin artması ile titanyum yüzeyinde daha çok kalsiyumun biriktiği belirlenmiştir. Daha sonra titanyum numuneler 1,5 X yapay vücut sıvısı (SBF) içerisinde 2 haftaya kadar bekletilmiştir. Biomimetik olarak oluşan kaplama yüzeyinin morfolojisi X Işını kırınımı (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Doğal olarak oluşmuş yapının kimyasal bağ yapısı Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ile analiz edilmiştir. Sonuç olarak, biomimetik olarak oluşan kaplamanın karbonatlı hidroksiapatit kaplama olduğu anlaşılmıştır (CAp). Titanyum numunelerin daha fazla kalsiyum ortamda modifiye edilmesiyle, 1 hafta SBF içerisinde bekletme sonrasında yüzeyin tamamen kaplandığı, çatlaksız, iyi tutunan kaplamanın oluştuğu belirlenmiştir.Apatit kaplı numuneler özel olarak yaptırılan çelik aparatlara süper yapıştırıcıyla yerleştirildikten sonra, çekme cihazında 500 N' luk yük hücresi kullanılarak mekanik testler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, ara-yüzey bağ mukavemetleri, çekme için 8.54 ile 22.43 MPa arasında ve kesme için 11.12 MPa olarak ölçülmüştür.In this work, Calcium ions were implanted on titanium surfaces prior to bio-mimetic coating process of ?bone-like? apatite. A specially designed hydrothermal chamber at fixed temperature of 230 °C was utilized for the ion implantations. Hydrothermal mediums were prepared by dissolving CaO powder in de-ionized water at concentrations of 0.02 mol/lt and 0.2 mol/lt. The titanium specimens were kept immersed under the hydrothermal conditions for 1 and 8 hours. An X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used for surface analysis. The results showed that the metal surfaces were richer in Ca when the more concentrated hydrothermal solution was used for longer immersion period. The titanium specimens were, then, soaked in the 1.5X simulated body fluid (SBF) up to 2 weeks. The morphology and structure of the bio-mimetic formations on the specimens were investigated by scanning electron microscopy (SEM) and X-Ray diffractometry (XRD). The chemical bond nature of the formations were also analyzed by Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR). The results revealed that the bio-mimetic formations were all carbonated apatite (CAp). The modified titanium surfaces richer in calcium were able to develop more CAp and, consequently, covered completely with crack-free and quite cohesive CAp layers within 1 week of soaking in the SBF.Apatite covered titanium substrates were glued to the specially designed steel apparatus and, then, the mechanical tests were performed by using a tensile testing machine with 500 N load cell. According to the mechanical test results, the bond strengths at the interface were measured between 8.54 and 22.43 MPa for tensile and as 11.12 MPa for shear strengths, respectively.