İmplantasyon Uygulamaları İçin Toz Metalurjisi ile Üretilen Ti-16Nb-4Sn Alaşımının Mikroyapı ve Biyouyumluluk Özelliklerinin İncelenmesi

Ömer Çakmak, (Pohang University of Science and Technology, Department of Advanced Nuclear Power Engineering, Pohang, South Korea)
Mehmet Kaya, (Tekirdağ Namık Kemal Üniversitesi, Çorlu Meslek Yüksekokulu, Makina ve Metal Teknolojileri Bölümü, Tekirdağ, Türkiye)
Ebru ANNAÇ, (Adıyaman Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Histoloji Anabilim Dalı, Adıyaman, Türkiye)
Mustafa Köm (Fırat Üniversitesi, Veteriner Fakültesi, Cerrahi Anabilim Dalı, Elazığ, Türkiye)
Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi
23 0
Yıl: 2022 Cilt: 8 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 29 - 40 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.30855/gmbd.2022.01.03 İndeks Tarihi: 29-07-2022

İmplantasyon Uygulamaları İçin Toz Metalurjisi ile Üretilen Ti-16Nb-4Sn Alaşımının Mikroyapı ve Biyouyumluluk Özelliklerinin İncelenmesi

Öz:
Bu çalışmada, Ti-16Nb-4Sn alaşımları az gözenekli ve çok gözenekli olarak geleneksel toz metalürjisi yöntemi ile üretildi. Sinterlenen numunelerin faz analizleri ve mikroyapılarında meydana gelen değişimler; XRD, optik mikroskop, SEM-EDS teknikleri kullanılarak incelendi. XRD analiz sonuçlarında yapının β ve  fazlarından oluştuğu tespit edildi. SEM-EDS incelemeleri sonucunda yapının,  fazın ait koyu gri ve β fazına ait açık gri olmak üzere iki tür morfolojiden oluştuğu tespit edildi. Gözenek oranı azaldıkça daha homojen bir yapının oluştuğu görüldü. Numunelerin gözenek oranının artması ile basma dayanımlarının azaldığı görülmektedir. Çok gözenekli numunelerin in vivo ortamda biyouyumluluk özellikleri incelendiğinde implantasyon bölgesinde toksik ve alerjik etkileşimin olmadığı görülmekte ve böylece numunelerin biyouyumluluk açısında ideal bir implant malzemesi olarak kullanılabileceği öngörülmektedir.
Anahtar Kelime: Mikroyapı. Gözenekli Biyomalzemeler TiNbSn Alaşımları

Investigation of Microstructure and Biocompatibility Properties of Ti-16Nb-4Sn Alloy Produced by Powder Metallurgy for Implantation Applications

Öz:
In this study, Ti-16Nb-4Sn ternary alloy was produced as two different porosity by conventional powder metallurgy method. During production, ammonium bicarbonate was used as a volatile additive to increase the porosity. Considering the mass and size dimensions of the samples, the general porosities were determined as 13.62 and 56.32%. Phase analysis and changes in microstructure of sintered samples were examined using XRD, optical microscope, SEM-EDS techniques. In XRD analysis results, it was determined that the structure consisted of β and  phases. As a result of SEM-EDS examinations, it was determined that the structure consisted of two types of morphology: dark grey belonging to  phase and light grey belonging to β phase. The strengths of the samples were examined by performing a uniaxial compression test. As expected, it was determined that the compressive strength of the samples decreased with the increased porosity. Biocompatibility properties of samples with ideal pores in terms of biocompatibility (multi-porous) were examined in vivo using Sprague Dawley female rat. It was determined that there was no toxic and allergic interaction at the implantation site. Thus, it is predicted that the samples can be used as an ideal implant material in terms of biocompatibility.
Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • [1] I. V. Okulov, A.V. Okulov, I.V. Soldatov, B. Luthringer, R. Willumeit-Römer, T. Wada, H. Kato, J. Weissmüller and J. Markmann, “Open porous dealloying-based biomaterials as a novel biomaterial platform,” Materials Science and Engineering C, vol. 88, pp. 95-103, March 2018. doi:10.1016/j.msec.2018.03.008
  • [2] A. E. Medvedev, A. Molotnikov, R. Lapovok, R. Zeller, S. Berner, P. Habersetzer and F.D. Torre, “Microstructure and mechanical properties of Ti- 15Zr alloy used as dental implant material,” Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, vol. 62, pp. 384-398, September 2016. doi:10.1016/j.jmbbm.2016.05.008
  • [3] R.P. Verma, “Titanium based biomaterial for bone implants: A mini review,” Materials Today: Proceedings, vol. 26, pp. 3148– 3151, June 2020. doi:10.1016/j.matpr.2020.02.649
  • [4] P. Xu, F. Pyczak, M. Yan, W. Limberg, R. Willumeit-Römer and T. Ebel, “Tensile toughening of powder-injection-molded β TiNb-Zr biomaterials by adjusting TiC particle distribution from aligned to dispersed pattern,” Applied Materials Today, vol. 19, pp. 1-14, June 2020. doi:10.1016/j.apmt.2020.100630
  • [5] M. Vardaki, S. Mohajernia, A. Pantazi, I.C. Nica, M. Enachescu, A. Mazare, I. Demetrescu and P. Schmuki, “Post treatments effect on TiZr nanostructures fabricated via anodizing,” Journal of Materials Research and Technology, vol. 6, pp. 5802–5812, December 2019. doi:10.1016/j.jmrt.2019.09.049.
  • [6] L. Frauchiger, M. Taborelli and P. Descouts, “Structural characterization of Ti90Al6V4 alloy and sulphur segregation,” Applied Surface Science, vol.115 (3), pp. 232–242, July 1997. doi: 10.1016/S0169-4332(96)01019-7
  • [7] M. Niinomi, M. Nakai and J. Hieda, “Development of new metallic alloys for biomedical applications,” Acta Biomaterial, vol. 8, pp. 3888–3903, November 2012. doi:10.1016/j.actbio.2012.06.037
  • [8] C. Pengfei, J. Ran, Z. Fenggang, L. Jianghua and F. Tian, “Mechanical properties and corrosion behavior of b-type Ti-Zr-Nb-Mo alloys for biomedical application,” Journal of Alloys and Compounds, vol. 842, pp. 155693, November 2020. doi:10.1016/j.jallcom.2020.155693
  • [9] J.-Y. Rho, T.Y. Tsui and G.M. Pharr, “Elastic properties of human cortical and trabecular lamellar bone measured by nanoindentation,” Biomaterial, vol. 18, pp. 1325–1330, October 1997. doi:10.1016/S0142-9612(97)00073-2.
  • [10] S. Ozan, J.X. Lin, Y.C. Li, R. Ipek and C.E. Wen, “Development of Ti–Nb–Zr alloys with high elastic admissible strain for temporary orthopedic devices,” Acta Biomaterial, vol. 20, pp. 176–187, July 2015. doi:10.1016/j.actbio.2015.03.023.
  • [11] T.K. Jung, H.S. Lee, S. Semboshi, N. Masahashi, T. Abumiya and S. Hanada, “Mechanical properties graded Ti alloy implants for orthopedic applications,” Materials Science Forum, vol. 631(632), pp. 205–210, January 2010. doi:10.4028/www.scientific.net/MSF.631-632.205
  • [12] T.K. Jung,, S. Semboshi, N. Masahashi and S. Hanada, “Mechanical properties and microstructures of beta Ti-25Nb-11Sn ternary alloy for biomedical applications,” Materials Science and Engineering C, vol. 33, pp. 1629–1635, April 2013. doi:10.1016/j.msec.2012.12.072
  • [13] K. Miura, N. Yamada, S. Hanada and T.K. Jung, “The bone tissue compatibility of a new Ti-Nb-Sn alloy with a low Young’s modulus.” Acta Biomaterial, vol. 7, pp. 2320–2326, May 2011. doi:10.1016/j.actbio.2011.02.008
  • [14] E. Yılmaz, A. Gökçe, F. Findik and H.O. Gülsoy, “Powder metallurgy processing of Ti–Nb based biomedical alloys,” Acta Physica Polonica A, vol. 134, pp. 278-280, 2018. doi:10.12693/APhysPolA.134.278
  • [15] O. R.M. Khalifa, E. Wahab and A. Tilp, “The effect of Sn and TiO2 nano particles added in electroless Ni-P plating solution on the properties of composite coatings.” Australian Journal of Basic and Applied Sciences, vol. 5(6), pp. 136–144, 2011.
  • [16] X. Rao, C.L. Chun and Y.Y. Zheng, “Phase composition, microstructure, and mechanical properties of porous Ti–Nb–Zr alloys prepared by a two-step foaming powder metallurgy method,” Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, vol. 34, pp. 27-36, June 2014. doi: 10.1016/j.jmbbm.2014.02.001
  • [17] P.E.L. Moraes, R.J. Contieri, E.S.N. Lopes, A. Robin and R. Caram, “Effects of Sn addition on the microstructure, mechanical properties and corrosion behavior of Ti–Nb–Sn alloys,” Materials Characterization, vol. 96, pp. 273–281, October 2014. doi:10.1016/j.matchar.2014.08.014
  • [18] M. Kaya, A. Yolun, O. Çakmak, F. Yakuphanoğlu, E. Elibol, M. Köm ve M. Güvenç, “Biyomedikal uygulamalar için titanyum esaslı gözenekli TiNb alaşımının üretimi,” Nevşehir Bilim Teknoloji Dergisi, cilt 7, ss. 49-59, 2018. doi:10.17100/nevbiltek.417354
  • [19] M. Kılıç, “Toz metalürjisi ile üretilen NiTi alaşımına Al’un etkisi”, BEÜ Fen Bilimleri Dergisi, cilt 10(1), ss. 256-267, 2021. doi:10.17798/bitlisfen.841400
  • [20] M. Kaya and F. Yakuphanoğlu, “A study on microstructure of porous TiNbZr alloy produced as biomaterial,” Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, vol. 50, pp. 742–746, 2019. doi:10.1002/mawe.201800235
  • [21] M. Kaya, F. Yakuphanoğlu, E. Elibol and M. Köm, “Microstructure characterization and biocompatibility behaviour of TiNbZr alloy fabricated by powder metallurgy,” Materials Research Express, vol. 6, pp. 1-12, 2019. doi:10.1088/2053-1591/ab58a5.
  • [22] Ö. Çakmak, “TiNbSn alaşımının toz metalurjisi ile üretimi ve biyouyumluluk özelliğinin incelenmesi,” Yüksek Lisans Tezi, Adıyaman Üniversitesi, Adıyaman, Türkiye 2017.
  • [23] E. Yılmaz, A. Gokçe, F. Findik and H.O. Gülsoy, “Characterization of biomedical Ti-16Nb-(0-4)Sn alloys produced by Powder Injection Molding,” Vacuum, vol. 142, pp. 164-174, August 2017. doi:10.1016/j.vacuum.2017.05.018
  • [24] D. Zhao, K. Chang, T. Ebel, H. Nie, R. Willumeit and F. Pyczak, “Sintering behavior and mechanical properties of a metal injection molded Ti-Nb binary alloy as biomaterial,” Journal of Alloys and Compounds, vol. 640, pp. 393–400, August 2015. doi:10.1016/j.jallcom.2015.04.039
  • [25] G. Xie, H. Kanetaka, H. Kato, F. Qin and W. Wang, “Porous Ti-based bulk metallic glass with excellent mechanical properties and good biocompatibility,” Intermetallics, vol. 105, pp.153–162, February 2019. doi: 10.1016/j.intermet.2018.12.002
  • [26] M.K. Ibrahim, E. Hamzah and S.N. Saud, “Microstructure, phase transformation, mechanical behavior, bio-corrosion and antibacterial properties of Ti-Nb-xSn (x = 0, 0.25, 0.5 and 1.5) SMAs,” Journal of Materials Engineering and Performance, vol. 28, pp. 382–393, November 2018. doi:10.1007/S11665-018-3776-X
  • [27] P. Li, X. Ma, D. Wang and H. Zhang, “Microstructural and mechanical properties of -Type Ti–Nb–Sn biomedical alloys with low elastic modulus,” Metals, vol. 9, pp. 1-16. June 2019. doi:10.3390/met9060712
  • [28] J. Sun, Q. Yao, H. Xing and W.Y. Guo, “Elastic properties of β, α’’ and ω metastable phases in Ti–Nb alloy from first-principles,” Journal of Physics: Condensed Matter, vol. 19, pp. 1-8, 2007. doi:10.1088/0953-8984/19/48/486215
  • [29] Ö. Çakmak and M. Kaya, “Efect of sintering procedure on microstructure and mechanical properties of biomedical TiNbSn alloy produced via powder metallurgy,” Applied Physics A, vol. 127, pp. 561-570, June 2021. doi:10.1007/s00339-021-04678-4
  • [30] A. Nouri, P.D. Hodgson and C.E. Wen, “Effect of process control agent on the porous structure and mechanical properties of a biomedical Ti–Sn–Nb alloy produced by powder metallurgy,” Acta Biomaterials, vol. 6, pp. 1630–1639, April 2010. doi:10.1016/j.actbio.2009.10.005
  • [31] T. Kunii, Y. Mori, H. Tanaka, A. Kogure, M. Kamimura, N. Mori, S. Hanada, N. Masahashi and E. Itoi, “Improved osseointegration of a TiNbSn alloy with a low Young’s modulus treated with anodic oxidation,” Science Report, vol. 9, pp. 1-10, September 2019. doi:10.1038/s41598-019-50581-7.
  • [32] H. Tanaka, Y. Mori, A. Noro, A. Kogure, M. Kamimura, N. Yamada, S. Hanada, N. Masahashi and E. Itoi, “Apatite formation and biocompatibility of a low Young's modulus Ti-Nb-Sn alloy treated with anodic oxidation and hot water. PLoS One, vol. 11(2), pp. 1-14, February 2016. doi: 10.1371/journal.pone.0150081
  • [33] M. Takemoto, S. Fujibayashi, M. Neo, J. Suzuki, T. Kokubo and T. Nakamura, “Mechanical properties and osteoconductivity of porous bioactive titanium,” Biomaterials, vol. 26, pp. 6014–6023, October 2005. doi:10.1016/j.biomaterials.2005.03.019
  • [34] N. Taniguchi, S. Fujibayashi, M. Takemoto, K. Sasaki, B. Otsuki, T. Nakamura, T. Matsushita, T. Kokubo and S. Matsuda, “Effect of pore size on bone ingrowth into porous titanium implants fabricated by additive manufacturing: an in vivo experiment,” Materials Science and Engineering C, vol. 59, pp. 690–701, February 2016. doi:10.1016/j.msec.2015.10.069
  • [35] S. V. Bael., Y.C. Chai, S. Truscello, M. Moesen, G. Kerckhofs, H.V. Oosterwyck, J.P. Kruth and J. Schrooten, “The effect of pore geometry on the in vitro biological behavior of human periosteum-derived cells seeded on selective laser-melted Ti6Al4V bone scaffolds,” Acta Biomaterials, vol. 8, pp. 2824–2834, July 2012. doi:10.1016/j.actbio.2012.04.001
APA Cakmak O, Kaya M, Annaç E, KÖM M (2022). İmplantasyon Uygulamaları İçin Toz Metalurjisi ile Üretilen Ti-16Nb-4Sn Alaşımının Mikroyapı ve Biyouyumluluk Özelliklerinin İncelenmesi. , 29 - 40. 10.30855/gmbd.2022.01.03
Chicago Cakmak Omer,Kaya Mehmet,Annaç Ebru,KÖM Mustafa İmplantasyon Uygulamaları İçin Toz Metalurjisi ile Üretilen Ti-16Nb-4Sn Alaşımının Mikroyapı ve Biyouyumluluk Özelliklerinin İncelenmesi. (2022): 29 - 40. 10.30855/gmbd.2022.01.03
MLA Cakmak Omer,Kaya Mehmet,Annaç Ebru,KÖM Mustafa İmplantasyon Uygulamaları İçin Toz Metalurjisi ile Üretilen Ti-16Nb-4Sn Alaşımının Mikroyapı ve Biyouyumluluk Özelliklerinin İncelenmesi. , 2022, ss.29 - 40. 10.30855/gmbd.2022.01.03
AMA Cakmak O,Kaya M,Annaç E,KÖM M İmplantasyon Uygulamaları İçin Toz Metalurjisi ile Üretilen Ti-16Nb-4Sn Alaşımının Mikroyapı ve Biyouyumluluk Özelliklerinin İncelenmesi. . 2022; 29 - 40. 10.30855/gmbd.2022.01.03
Vancouver Cakmak O,Kaya M,Annaç E,KÖM M İmplantasyon Uygulamaları İçin Toz Metalurjisi ile Üretilen Ti-16Nb-4Sn Alaşımının Mikroyapı ve Biyouyumluluk Özelliklerinin İncelenmesi. . 2022; 29 - 40. 10.30855/gmbd.2022.01.03
IEEE Cakmak O,Kaya M,Annaç E,KÖM M "İmplantasyon Uygulamaları İçin Toz Metalurjisi ile Üretilen Ti-16Nb-4Sn Alaşımının Mikroyapı ve Biyouyumluluk Özelliklerinin İncelenmesi." , ss.29 - 40, 2022. 10.30855/gmbd.2022.01.03
ISNAD Cakmak, Omer vd. "İmplantasyon Uygulamaları İçin Toz Metalurjisi ile Üretilen Ti-16Nb-4Sn Alaşımının Mikroyapı ve Biyouyumluluk Özelliklerinin İncelenmesi". (2022), 29-40. https://doi.org/10.30855/gmbd.2022.01.03
APA Cakmak O, Kaya M, Annaç E, KÖM M (2022). İmplantasyon Uygulamaları İçin Toz Metalurjisi ile Üretilen Ti-16Nb-4Sn Alaşımının Mikroyapı ve Biyouyumluluk Özelliklerinin İncelenmesi. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8(1), 29 - 40. 10.30855/gmbd.2022.01.03
Chicago Cakmak Omer,Kaya Mehmet,Annaç Ebru,KÖM Mustafa İmplantasyon Uygulamaları İçin Toz Metalurjisi ile Üretilen Ti-16Nb-4Sn Alaşımının Mikroyapı ve Biyouyumluluk Özelliklerinin İncelenmesi. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi 8, no.1 (2022): 29 - 40. 10.30855/gmbd.2022.01.03
MLA Cakmak Omer,Kaya Mehmet,Annaç Ebru,KÖM Mustafa İmplantasyon Uygulamaları İçin Toz Metalurjisi ile Üretilen Ti-16Nb-4Sn Alaşımının Mikroyapı ve Biyouyumluluk Özelliklerinin İncelenmesi. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol.8, no.1, 2022, ss.29 - 40. 10.30855/gmbd.2022.01.03
AMA Cakmak O,Kaya M,Annaç E,KÖM M İmplantasyon Uygulamaları İçin Toz Metalurjisi ile Üretilen Ti-16Nb-4Sn Alaşımının Mikroyapı ve Biyouyumluluk Özelliklerinin İncelenmesi. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2022; 8(1): 29 - 40. 10.30855/gmbd.2022.01.03
Vancouver Cakmak O,Kaya M,Annaç E,KÖM M İmplantasyon Uygulamaları İçin Toz Metalurjisi ile Üretilen Ti-16Nb-4Sn Alaşımının Mikroyapı ve Biyouyumluluk Özelliklerinin İncelenmesi. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2022; 8(1): 29 - 40. 10.30855/gmbd.2022.01.03
IEEE Cakmak O,Kaya M,Annaç E,KÖM M "İmplantasyon Uygulamaları İçin Toz Metalurjisi ile Üretilen Ti-16Nb-4Sn Alaşımının Mikroyapı ve Biyouyumluluk Özelliklerinin İncelenmesi." Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8, ss.29 - 40, 2022. 10.30855/gmbd.2022.01.03
ISNAD Cakmak, Omer vd. "İmplantasyon Uygulamaları İçin Toz Metalurjisi ile Üretilen Ti-16Nb-4Sn Alaşımının Mikroyapı ve Biyouyumluluk Özelliklerinin İncelenmesi". Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi 8/1 (2022), 29-40. https://doi.org/10.30855/gmbd.2022.01.03
Sayfa Oluşturulma Tarihi
23-04-2024 22:54

İLETİŞİM

TÜBİTAK ULAKBİM TR Dizin

Yüzüncüyıl, İşçi Blokları Mahallesi

Muhsin Yazıcıoğlu Caddesi No:51/C

06530 Çankaya / ANKARA +90 (312) 298 92 00

trdizin@tubitak.gov.tr

TÜBİTAK ULAKBİM Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi Cahit Arf Bilgi Merkezi © Tüm Hakları Saklıdır. Gizlilik Politikası Kullanım Şartları