Development of boron nitride coatings for single and multi-layer films for mechanical and biomedical applications

Abstract

Bu tezde Fiziksel Buhar Büyütme (FBB) sistemi magnetron saçtırma tekniği ile Bor Nitrür Kaplamalar gerçekleştirilmiştir. Bütün kaplamalarda ana alttaş malzemesi olarak D2 çeliği kullanılmıştır. Ayrıca, FBB-magnetron saçtırma sistemine daha önce kullanılmamış, yeni geliştirilen bir teknoloji olan ilave güç kaynağı İndüktif Akuple Plazma (IAP) eklenerek BN kaplamalar yapılmıştır. Bu çalışmada kaplamalar medikal, katmanlı kaplama ve IAP kullanımını içermektedir. Farklı parametreler uygulanarak, farklı alttaşlar BN ile kaplanmıştır. Elde edilen kaplamalar sonucunda, kaplama kalınlığı, elde edilen BN filmin kristal yapısı, ince filmin nano sertliği, BN kaplama yapışkanlığı ve kaplanmış yüzeyin sürtünme katsayısı ölçülmüştür. Bu çalışmada, medikal alanda gerçekleştirilen BN kaplamaların biyofilm oluşumunu engellediği ve kemik iyileştirmesini hızlandırdığı ortaya çıkmıştır. Çok katmanlı kaplamalarda, akımsız nikel kaplamalı alüminyum alttaş üzerine yapılan BN kaplama kalınlığı en kalın kaplama olarak ölçülmüştür. IAP destekli FBB sistemi ile yapılan BN kaplamalarda ise uygulanan IAP gücü arttıkça iyonlaşma enerjisinin artırmak hedeflenmiştir. Böylece Bor Nitrür'ün diğer alotropları da optimize edilmiştir.

In this thesis, Boron Nitride (BN) coatings are performed with the Physical Vapor Deposition (PVD) system by magnetron sputtering technique. D2 steel is used as a main substrate in all experiments. In addition, PVD magnetron sputtering system is supported by additional power source, Inductively Coupled Plasma (ICP), which is a newly developed technology that has not been used before. In this study, BN coatings are applied on medical instruments, multi-layered coatings and with applied ICP power. Different substrates are coated with BN by applying different parameters. As a result of obtained BN coatings, thickness of coating, the crystal structure of the obtained BN film, the nanohardness of the thin film, adhesion of the BN coating and the friction coefficient of the BN coated surface are measured. Furthermore, it is discovered that BN coated orthopedically implants are prevented biofilm formation and accelerated bone healing. The thickness of the BN coating on electroless nickel-plated aluminum substrate is measured as the thickest coating in multi-layer coatings. The aim of BN coatings performed with an ICP supported PVD magnetron sputtering system to enhance the ionization energy as the ICP power is increased. As a result, allotropes of BN are optimized.