TiNbSn alaşımının toz metalurjisi ile üretimi ve biyouyumluluk özelliğinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, TiNbSn alaşımı toz metalurjisi (T/M) yöntemlerinden geleneksel sinterleme ile farklı gözenek oranlarında üretildi. Üretilen numunelerin optik görüntüleri, SEM-EDX görüntü analizleri, XRD desen analizleri, basma dayanımları ve in vivo ortamda biyouyumlulukları incelendi. Üretim yapılırken toz karışımlarının homojen olması için, atomik olarak Ti-16Nb-4Sn element tozları dönen bir kap içerisinde 12 saat süreyle karıştırıldı ve sonrasında gözenek oluşturmak için amonyum bikarbonat ile karıştırılarak farklı basınçlarda briketlendi. Briketlenen ham numuneler daha sonra farklı sıcaklıklarda ve farklı sürelerde argon gazı korumalı bir fırın içerisinde sinterlendi. Böylece % 5.92 ile % 62.5 aralığında gözenekliliğe sahip numuneler üretildi. Sinterleme sıcaklığı, sinterleme süresi ve soğuk presleme basıncının artması ile gözenek oranlarının azaldığı görüldü. Üretilen numunelerin SEM-EDX ve XRD analizlerinde α (hcp) ve β (bcc) fazlarının oluştuğu, sinterleme sıcaklığı ve sinterleme süresinin artması ile αʺ faz yapısının varlığı görüldü. Üretilen numunelerden gözenek oranının azalması ile basma dayanımlarının arttığı ve kemiğin basma dayanımından daha fazla olduğu belirlendi. İn vivo ortamda yapılan biyouyumluluk çalışmasında gözenek oranının artması ile yeni kemik ve fibröz doku oluşumunun iyi olduğu, ayrıca herhangi bir doku nekrozunun olmadığı anlaşıldı.

In this study, TiNbSn alloy was produced at different porosity ratios by conventional sintering from powder metallurgy (P/M) methods. Optical images of produced samples, SEM-EDX image analysis, XRD pattern analysis, compression strengths and their biocompatibility in vivo environment were examined. In order to make the powder mixtures homogeneous during the production, atomic Ti-16Nb-4Sn element powders were mixed in a rotating vessel for 12 hours, and then briquetted at different pressures by mixing with ammonium bicarbonate to form pores. The briquetted raw samples were then sintered in an argon gas-protected furnace at different temperatures and at different times. Thus, porous samples with porosity from 5.92 % to 62.5 % were produced. It was seen that the porosity decreased with increasing sintering temperature, sintering times and briquetting pressure. The SEM-EDX analyzes of the produced samples showed that the α (hcp) and β (bcc) phases formed, and α" phase structure was seen with increasing sintering temperature and sintering times. In XRD analyzes, it was realized that extra α" martensite phase also formed together the α and β phases. It was determined that the decrease of the porosity of the produced specimens increased the compressive strengths and was higher than the compressive strength of the bones. In vivo biocompatibility study, it was understood that the increase of porosity, the formation of new bone and fibrous tissue was good, and there was no tissue necrosis.