Ti6Al4V Alaşımı Üzerine Sol-Jel Yöntemi ile Yapılan Hidroksiapatit Kaplamalarda Oksalik Asitin Korozyon Dayanımına Etkisi

Bu çalışmada biyomalzeme uygulamalarında kullanılmak üzere etkili bir biyomalzeme geliştirilmesi amaçlanmış ve sol-jel yöntemi kullanılarak Ti6Al4V altlık malzemeler üzerine hidroksiapatit kaplamalar yapılmıştır. Sol-jel yöntemi ile biyoaktifliği ve korozyon dayanımı yüksek, çatlaksız bir kaplama tabakası elde etmek amaçlanmıştır. Bu amaçla, hazırlanan hidroksiapatit çözeltilerine farklı oranlarda oksalik asit (OA, C2H2O4) eklenmiş ve OA’nın kaplama morfolojisinde oluşturduğu değişimler incelenmiştir. Analizlerde, enerji dispersif spektrumlu taramalı elektron mikroskobu (SEM-EDS) ve X-Işını kırınımı (XRD) kullanılmıştır. Kaplama yapılmış numunelerin korozyon özelliklerinde meydana gelen değişimler ise hazırlanan yapay vücut sıvısı içinde üç elektrotlu sistem kullanılarak gerçekleştirilen elektrokimyasal-potansiyodinamik korozyon testleri ile incelenmiştir. Çalışmanın sonucunda OA katkı oranının artması ile kaplama adacıkları arasındaki mesafelerin kapandığı, morfolojide gözlemlenen çatlakların azaldığı ve büyük ölçüde engellendiği gözlemlenmiştir. Korozyon hızları kıyaslandığında ise OA miktarının ağırlıkça % 0,001 olduğu ve 0,015 olduğu numunelerde korozyon hızının diğer katkılı numunelere göre 10 kat ve katkısız numuneye göre ise 5 kat daha az olduğu gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Ti6Al4V, Sol-jel kaplama, Biyomalzemeler, Hidroksiapatit, oksalik asit

The Effect of Oxalic Acid on Corrosion Resistance of Hydroxyapatite Sol-Gel Coated Ti6Al4V Alloys

In this study, it was aimed to develop an effective biomaterial for use in biomaterial applications, and hydroxyapatite coatings were made on Ti6Al4V substrate materials using the sol-gel method. With the sol-gel method, it was aimed to obtain a crack-free coating layer with high bioactivity and corrosion resistance. For this purpose, different ratios of oxalic acid (OA, C2H2O4) were added to the prepared hydroxyapatite solutions, and the changes in the coating morphology of this chemical were examined. Scanning electron microscopy with energy dispersive spectrum (SEM-EDS) and X-Ray diffraction (XRD) were used for analyzes. The changes in the corrosion properties of the samples were investigated by electrochemical-potentiodynamic corrosion tests carried out using a three-electrode system in the prepared simulated body fluid. As a result of the study, it was observed that with the increase of the OA contribution rate, the distances between the coating islets were closed, the cracks observed in morphology were decreased and largely prevented. When the corrosion rates were compared, it was observed that in the samples where the amount of OA was 0.001 % by weight and 0.015, the corrosion rate was 10 times less than that of other additives and 5 times less than the samples without additives.Ti6Al4V, sol-gel coating, biomaterials, hydroxyapatite, oxalic acid

Keywords:

Ti6Al4V, sol-gel coating, biomaterials, hydroxyapatite, oxalic acid,

___

[1] De Viteri, V. S. ve Fuentes, E., “Titanium and Titanium Alloys as Biomaterials” Tribology - Fundamentals and Advancements”, InTech Publishing, Rijeka, (2013).
[2] Wang, K. “The use of titanium for medical applications in the USA” Materials Science and Engineering: A, 213(1-2):134–137, (1996).
[3] Landolt, D., “Corrosion and Surface Chemistry of Metals”, EPFL Press, Lausanne Switzerland, (2007).
[4] Shukla, A. K., Balasubramaniam, R., ve Bhargava, S., “Properties of passive film formed on CP titanium, Ti–6Al–4V and Ti–13.4Al–29Nb alloys in simulated human body conditions” Intermetallics, 13(6):631–637, (2005).
[5] Suetsugu Y ve Tateishi T. “Chapter 6, Implants and biomaterials (hydroxyapatite)”, World Scientific Publishing Co Pvt Ltd, Singapore, (2008).
[6] Massaro, C., Baker, M. A., Cosentino, F., Ramires, P. A., Klose, S., ve Milella, E. “Surface and biological evaluation of hydroxyapatite-based coatings on titanium deposited by different techniques”, Journal of Biomedical Materials Research, 58(6):651–657, (2001).
[7] Guzmán Vázquez C., Piña Barba, C. ve Munguía, N., “Stoichiometric hydroxyapatite obtained by precipitation and sol gel processes”, Revista Mexicana de Fisica, 51(3):284–293, (2005).
[8] Rao, R.R., Roopa, H.N. ve Kannan, T.S., “Solid state synthesis and thermal stability of HAP and HAP – β-TCP composite ceramic powders”, Journal of Materials Science Materials in Medicine, 8(8):511–518, (1997).
[9] Yılmaz, B., Alshemary, A. Z. ve Evis, Z., “Co-doped hydroxyapatites as potential materials for biomedical applications”, Microchemical Journal, 144:443-453, (2019).
[10] Dikici, B., Topuz, M., Koç, S., Yılmazer, H., Niinomi, M. ve Nakai, M., “Zirkonya Takviyeli Hidroksiapatit (HA) Bazlı Biyoaktif Hibrid Kaplamaların Korozyon Duyarlılıkları”, Engineering Sciences, 12(1):66-77, (2017).
[11] Liu, D.-M., Yang, Q., ve Troczynski, T. “Sol–gel hydroxyapatite coatings on stainless steel substrates”, Biomaterials, 23(3):691–698, (2002).
[12] Levitt, S.R., Crayton, P.H., Monroe, E.A. ve Condrate, R.A. “Forming method for apatite prostheses”, Journal of Biomedical Materials Research, 3(4):683–684, (1969).
[13] LeGeros, R.Z. “Properties of Osteoconductive Biomaterials: Calcium Phosphates”. Clinical Orthopaedics and Related Research, 395:81–98, (2002).
[14] Brinker, C.J. ve Scherer, G.W. “Sol-Gel Science”, The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing, Academic Press, Oxford, (1990).
[15] Brook, R., “Sol-Gel Technology for Thin Films, Fibers, Preforms, Electronics and Specialty Shapes”, Advenced Materials, Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, (1988).
[16] Hench, L.L., ve West, J.K., “The sol-gel process”, Chemical Reviews, 90(1):33–72, (1990).
[17] Pasinli, A., Yuksel, M., Celik, E., Sener, S., ve Tas, A. C., “A new approach in biomimetic synthesis of calcium phosphate coatings using lactic acid-Na lactate buffered body fluid solution”, Acta Biomaterialia, 6(6):2282–2288, 2010.
[18] Albayrak, S., Çinici, H., Çalın, H., Cömert, C., “AZ91 magnezyum alaşımının sol-jel yöntemiyle hidroksiapatit kaplanması”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 23(8):954-956, (2017).
[19] Schmidt, H., “Chemistry of Materials Prepration by the Sol-Gel Process”, Journal of Non-Crystalline Solids, 100:51–64, (1988).
[20] Brinker, C. J., Scherer, G. W. ve Roth, E. P., “Sol → gel → glass: II. Physical and structural evolution during constant heating rate experiments”, Journal of Non-Crystalline Solids, 72(2-3):345-368, (1985).
[21] Gül C, “TM yöntemiyle üretilen AZ91 magnezyum alaşımının sol-jel yöntemiyle Ta2O5 kaplanması ve karakterizasyonu, yüksek lisans tezi, Gazi Üniversitesi Fen bilimleri Enstitüs, (2019).
[22] Textor, M., Sittig, C., Frauchiger, V., Tosatti, S. ve Brunette, D. M., “Properties and Biological Significance of Natural Oxide Films on Titanium and Its Alloys”, Titanium in Medicine, 171–230, Springer, Berlin, (2001).
[23] Guleryuz, H. ve Cimenoglu, H., “Oxidation of Ti–6Al–4V alloy”, Journal of Alloys and Compounds, 472(1-2):241–246, (2009).
[24] Khalajabadi, S.Z., Yajid, M.A. M., Haji Abu, A.B., Ahmad, N., Redzuan, N., Ismail, A.F., … Noshadi, I., “In vitro biocorrosion, antibacterial and mechanical properties of silicon-containing coatings on the magnesium-hydroxiapatite nanocomposite for implant applications”, Materials Chemistry and Physics, 214:449–463, (2018).