İmplant malzemesi olarak kullanılan astm f-75 cocrmo alaşımının yüzeyinin çoklu tabakalı kaplanmasının mekanik ve tribolojik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Biomalzeme olarak kullanılan metal ve alaşımlarının değişken mekanik koşullar altında ve korozif ortamlarda çalışmaları nedeniyle yalnızca biouyumluluk sağlamaları ve/veya gerekli başlangıç mekanik özelliklerini sağlamaları yeterli olmamaktadır. Bu nedenle bu malzemelerin seçiminde biouyumluluğun yanısıra üstün korozyon dayanımı, aşınma dayanımına sahip olmaları ve özellikle eklem yerlerine kullanılan implant bileşeni olmaları halinde düşük sürtünme katsayıları, yük taşıyıcı yataklama elemanı olarak kullanılmaları halinde rijitlik ve mukavemetlerinin yüksek olması beklenmektedir. Malzemelerin arzu edilen bu özelliklerin tümüne aynı anda sahip olmaları zor olduğundan yaygın olarak kullanılan bio malzemelere ilave alaşımlama veya yüzey işlemleri yapılmaktadır. Bu çalışmada diz ve kalça implantlarında yaygın olarak kullanılan ASTM F-75 CoCrMo alaşımının tribokorozif, mekanik özelliklerinin geliştirilmesi ve alaşımdan vücut içerisine metal iyon salınımlarının indirgenmesi için TaN/Cr, TaN/CrN/CrCN/Cr ve TaN/3(CrN/CrCN)/Cr kaplama düzenine sahip çok tabakalı ince film kaplamalar değişen tabaka sayıları ve bilayer kalınlıklarında kapalı alan dengesiz manyetik alanda sıçratma tekniği kullanılarak alaşım üzerine kaplanmıştır. Yapılan yüzey kaplamalarının mikroyapı incelemeleri için SEM, EDXve XRD kullanılmıştır. Çizik, pin-on-disk aşınma testi ve sertlik deneyleri ise tribolojik özelliklerin incelenilmesi için gerçekleştirilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda kaplamaların adhezyon özelliklerinin çok iyi olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca yapılan çoklu tabakalı kaplamalarla oldukça düşük sürtünme katsayıları elde edilmiştir. ANAHTAR KELİMELER: Biomalzeme, CoCrMo ,İnce film kaplama, FBB, Aşınma, Triboloji

Being biocompatible and/or possessing essential initial mechanical properties aren't being sufficient for biomaterials due to their variable mechanical conditions and tribocorrosive work environment. Therefore, when selection of biomaterials, excellent corrosion and wear properties are required, furthermore especially in case of using as a joint component requires low friction coefficients and in case of using as load-bearing material high stiffness and strength is required. Therewithal, metal ions which are released from biomaterials and their compounds that occure as a result of electrochemical reactions with the body fluid; cause to loosening of the prosthesis by harming tissues and their surroundings. Since it's difficult for biomaterials to have all these desired properties together, additional alloying and surface coating processes are applied to them.In this study, in order to enhance the tribocorrosive and mechanical properties and also to decrease the metal ion release levels of the ASTM F-75 CoCrMo alloy used as knee implant material widely, multilayer thin film coating of its surface had been performed with a coating architecture of TaN/Cr, TaN/CrN/CrCN/Cr and TaN/3(CrN/CrCN)/Cr via Closed Field Unbalanced Magnetron Sputtering System. In order to examine the microstructure of the coatings SEM, EDX and XRD analysis were performed. Scratch, Pin-on-disk wear testing and hardness measurements were performed for investigate the tribological properties of the coatings. Results showed that the coatings have excellent adhesion properties. Also, very low coefficient of friction values were obtained as a result of multilayer coating. Keywords: Biomaterial, Thin Film Coating, Physical Vapor Deposition (PVD), Wear, Tribology