Cyclic and corrosion behavior of nickel titanium shape memory alloys modified with various biocompatible coatings

Paslanmaz çelik, kobalt-krom alaşımları, titanyum, Ti6Al4V ve Nikel Titanyum (NiTi) şekil hafızalı alaşımlar (ŞHA) gibi metalik malzemeler medikal endüstrisinde uzun süredir implantların ana malzemesi olarak kullanılmaktadır. Bu malzemeler arasında NiTi ŞHA, geleneksel metalik malzemelerle karşılaştırıldıklarında sahip oldukları süper elastiklik ve şekil hafızası gibi eşsiz özellikleri ile dikkat çekmektedir. Ancak bu eşsiz özelliklere rağmen NiTi alaşımların korozif ortamlarda implant üzerinden Ni iyonu salınım riskinin olması, bu malzemelerin özellikle vucüt içi kullanımlarını sınırlamak- tadır. Bu önemli problemi aşmak ve NiTi alaşımların korozyon süreçlerini daha iyi anlamak amacıyla deneysel ve modelleme yöntemleriyle birçok çalışma yapılmaktadır. Tez kapsamında yapılan çalışmaların amacı ise bu çözümleri incelemek ve soruna farklı bir mühendislik bakış açısıyla yaklaşarak alternatif çözümler üretmektir. Bu kapsamda yapılan çalışmalarda öncelikle ısıl işlemlerin NiTi alaşımların mekanik özellikleri üzerindeki etkileri farklı sıcaklık ve zaman parametreleri kullanılarak in- celenmiştir. Seçilen parametreler ile uygulanan ısıl işlemlerin NiTi alaşımların faz dönüşüm sıcaklıkları, hareket kabiliyeti, tekrarlanabilirlik, döngüsel davranış, ko- rozyon dayanımı ve biyouyumluluk gibi mekanik özellikler üzerine etkileri detaylı bir deney serisi oluşturularak araştırılmıştır. Yapılan testler için ana gereksinim- lere uygun özel düzenekler tasarlanmış ve üretilmiştir. NiTi numunelerin döngüsel davranışları ve korozyon dayanımları incelemek için planlanan testler, alaşımların vü- cut içinde kullanım durumunu daha doğru modellemek amacıyla yapay vücut sıvıları (SBF ve Ringer) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Isıl işlem parametreleri haricinde, tel şeklinde NiTi alaşımların üzerinde oluştu- rulacak biyouyumlu kaplamaların alaşımın fonksiyonel davranışları üzerine etkileride incelenmiştir. Bu bağlamda tez kapsamında NiTi tel numuneler kalsiyum fosfat (CaP) bazlı biyoseramik ve polivinil alkol (PVA) bazlı biyopolimerler ile daldırma yöntemi kullanılarak kaplanmıştır. Biyoseramiklerin ve biyopolimerlerin biyouyum- lulukları çok yüksek olmasına rağmen tek başına kullanıldıklarında zayıf mekanik özelliklere sahip oldukları bilinmektedir. Bu sebeple tez çalışmasının ana amaçların- dan biri NiTi alaşımların üstün mekanik özellikleri ile seramik ve polimerlerin yüksek biyouyumluluklarını birleştirerek vücut içi uygulamalarda kullanılabilecek yeni tip bir implant malzemesi geliştirmektir. Bunlara ek olarak kaplama öncesinde yüzeylere NaOH ile işlem uygulanmasının mekanik özelliklere ve kaplama kalitesine olan etkiler de araştırılmıştır. NiTi üzerine yapılan biyouyumlu kaplamaların alaşımın döngüsel davranışına etkileri de incelenmiştir. Bu testler kuru ortamda, YVS ve Ringer solüsy- onu içinde farklı frekanslar kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Son olarak, tez kapsamında NiTi alaşımların korozyon mekanizması matematik- sel modelleme yöntemleri ile incelenmiştir. Literatür kapsamında yapılan araştır- maların birçoğu biyomalzemelerin korozyon dirençlerini test ortamlarında incelemeye yönelse de vücut içinde meydana gelecek tüm durumları deneysel olarak tahmin et- mek korozyon sürecinin uzun vadeli veri toplama ihtiyacı ve farklı hastaların aynı biyomalzemelere farklı tepkiler vermesi gibi sebeplerden ötürü mümkün değildir. Tez kapsamında yapılan çalışmalar bu tip güçlüklerin hesaplamalı modelleme yöntemleri kullanılarak aşılabileceğini göstermektedir. Korozyon sürecini modellemek için oluştu- rulan sayısal yöntem parametrik olarak kurgulandığı ve girdilere çok hızlı yanıt vererek kolayca değişebilecek kabiliyete sahip olduğu için deneysel çalışmalara kıyasla zaman ve veri miktarı açısından çeşitli avantajlar sağlamaktadır. Bu bağlamda tez çalış- maları kapsamında NiTi alaşımların kaplama yapılmadan önceki ve biyomalzemeler ile kaplı yüzeylerinin korozyon süreçleri CA yöntemi kullanılarak oluşturulan sayısal modelleme yöntemi ile incelenmiş ve geliştirilen modelin farklı çevresel koşullarda korozyon gelişimini doğru şekilde simüle ettiği sonucuna varılmıştır.