Effects of Sol – Gel Process Parameters on Ha Rgo Coatings of Metallic Implants

Abstract

Günümüzde uygulama ve kullanım alanı gittikçe artan güvenilir, biyouyumlu ve etkin olan biyomalzemeler, insan vücudundaki dokuların veya organların desteklemek, işlevlerini yerine getirmek amacıyla vücuda yerleştirilen implantlar sürekli olarak vücut sıvıları ile temas halinde olmaktadır. Bu temas belirli zamana içerisinde aşınmalara, implantların çevresinde alerjik reaksiyonlara, iltihaplanmalara ve bakteri oluşumuna neden olabilir. Bu nedenle vücut içerisine yerleştirilen implantın toksik etkilerini önlemek amacıyla kaplanmanın önemi artmaktadır. Bu nedenle biyouyumluluğu iyi olan, yüksek dayanım, düşük elastik modül ve korozyona karşı gelişmiş dirençleri nedeniyle Ti alaşımlarından olan Ti6Al4V (titanyum 6-alüminyum 4-vanadyum) metalik biyomalzemenin üzeri kemik yapısına en çok benzeyen hidroksiapatit (Ca10(PO4)6OH2, HA), ve katkı malzemesi olan indirgenmiş grafen oksit (rGO) kaplanarak mekanik özelliklerinde iyileştirmeler yapılmıştır. Bu çalışmada Ti6Al4V metalik biyomalzemenin üzerine kaplama malzemesi olarak doku ile kimyasal bağ yapabilen biyoaktif bir seramik olan HA, rGO ile katkılandırılarak sol – jel daldırma yöntemi (sol – gel dip coating) ile 50C, 60C, 70C, 80C ve 100C sıcaklıkta sabit hızda kaplanarak ince filmler oluşturulmuştur. Oluşturulan bu kaplamanın yüzey ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Hazırlanan rGO ile katkılandırılmış HA tozunun karakterizasyonunu X – Işını Difraktometresi (XRD), oluşturulan ince filmlerin karakterizasyonu için Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), mekanik özellikleri için Mikrosertlik, Çizik (scratch) aşınma testi ve çizik atılan yerlerde kaplama yüzeyindeki değişimi belirlemek için Yüzey Profilometrisi analizi yapılmıştır.

Nowadays biocompatible, reliable and effective biomaterials, which are increasingly used and applied, and implants placed in the body to support the tissues or organs in the human body and to fulfill their functions are in contact continuously with body fluids. This contact may cause abrasions, allergic reactions, inflammation and bacterial formation around the implants in a certain period time. For this reason, the importance of coating is increasing in order to prevent the toxic effects of the implant placed in the body. Therefore, improvements in mechanical properties are expected by coating the metallic biomaterial Ti6Al4V, one of the Ti alloys, with hydroxyapatite (Ca10(PO4)6OH2, HA) which is most similar to the bone structure, due to its good biocompatibility, high strength, low elastic modulus and improved resistance to corrosion and the additive is rGO (reduced graphene oxide). In this study, HA, a bioactive ceramic that can chemically bond with tissue as a coating material on Ti6Al4V metallic biomaterial, is doped with rGO and coated with a constant speed at 50C, 60C, 70C, 80C and 100C with sol-gel dip coating method and thin films were formed. The surface and mechanical properties of this coating were investigated. X-Ray Diffractometry (XRD) for the characterization of the prepared rGO-doped HA powder, Scanning Electron Microscopy (SEM) for the characterization of the formed thin films, Microhardness for its mechanical properties, Scratch wear test and Surface Profilometry analysis has been made to determine the change in the coating surface in the scratched areas.