Titanyum yüzeyinde yapay vücut sıvısı yardımıyla olışturulan apatit kaplamanın titanyum metal altlığa tutunma mukavemetinin incelenmesi

Abstract

Titanyum numune yüzeyleri, ?kemik benzeri? apatitin 1,5X yapay vücut sıvısı kullanılarak biyomimetik kaplama sürecine tabi tutulmasından önce, hidrotermal koşullar altında modifiye edilmiştir. Bütün yüzey modifikasyonları, Ca iyonları içeren sulu ortamda, nispeten hafif hidrotermal koşullar altında bir saatlik bir sürede gerçekleştirilmiştir. Yüzey modifikasyonlarının amacı, kimyasal bakımdan pasif bulunan titanyum yüzeyini, yine kimyasal bakımdan aktif hale getirmektir. Bu da, yapay vücut sıvısına daldırma işleminden sonra Ti-OH gruplarının oluşmasını mümkün kılmaktadır. İki farklı hidrotermal koşul test edilmiştir: (i) 200ºC'de 1.5 MPa basınç altında ve (ii) 230 ºC'de 2.5 MPa basınç altında. Titanyum numunelerinin en dış yüzeyleri, X-ışını fotoelektron spektroskopisiyle incelenmiştir. Modifiye edilmiş titanyum numunelerinin daha sonra biyomimetik süreci vasıtasıyla biyolojik açıdan aktif apatit mineraliyle kaplanması için; bu numuneler yapay vücut sıvısına daldırılmıştır. Bu daldırma işlemi dört farklı zaman zarfında gerçekleştirilmiştir: (i) 1, (ii) 2, (iii) 3 ve (iv) 4 hafta. Kaplama yüzeyleri taramalı elektron mikroskobuyla incelenmiş ve titanyumun hidrotermal ısıl işleme maruz kalma koşullarının, kaplama yüzeyinin kalitesini etkilediği ortaya çıkmıştır.Mekanik testler için iki tür titanyum numune hazırlanmıştır: (i) disk numuneler (ii) tel numuneler. Kaplamalar ve titanyum altlıklar arasındaki bağ kuvveti, iki farklı tutunma mukavemeti deneyi kullanılarak incelenmiştir: (i) titanyum disk numuneleri için basit çekme deneyi (ASTM C-633) (ii) titanyum teller için ise çekip-çıkarma deneyi. Yüzeyde Ca iyonlarının bulunmasının apatit kaplamanın titanyum altlığa tutunma mukavemetini artırdığı gözlenmiştir.The titanium specimen surfaces were modified under hydrothermal conditions prior to the bio-mimetic coating process of the ?bone-like? apatite using 1.5X simulated body fluid. All the surface modifications were performed in an aqueous environment containing Ca ions and under relatively mild hydrothermal conditions for one hour. The aim of these surface modifications is to make the chemically inert titanium surface chemically active which, then, enables the formation of Ti-OH groups after soaking in the simulated body fluid. Two different hydrothermal conditions were tested: (i) at 200 ºC under 1.5 MPa pressure, and (ii) at 230 ºC under 2.5 MPa. The outer-most surface layer of the titanium specimens were examined using X-ray photoelectron spectroscopy. The modified titanium specimens were then immersed in the simulated body fluid to be coated with the biologically active apatite mineral through the bio-mimetic formation process. They were kept immersed for four different time periods: (i) 1, (ii) 2, (iii) 3 and (iv) 4 weeks. The coating layers examined under scanning electron microscope revealed that the hydrothermal heat treatment conditions of titanium affect the quality of the coating layer.Two kinds of titamium substrates were prepared for mechanical tests: (i) disc substrates (ii) rod specimens. The bond strengths between the coatings and Ti substrates were investigated using two different adhesion strength tests: (i) a simple tensile test(ASTM C-633) for titanium disc specimens, (ii) a pull-out test for titanium wires. It was observed that presence of Ca ions on the surface increases the adhesion strength of the apatite coating to titanium substrate.