Medikal uygulamalar için elektriksel kıvılcımla işlemedeTi-Ag-HA sinterlenmiş elektrot kullanımının Ti6Al4V yüzey bütünlüğüne etkisinin incelenmesi

Malzeme bilimi insan eliyle doğal ürünler kullanılarak yapılan aletlerin kullanımından bu yana üretim yöntemlerinin çeşitlenmesi ve gelişmesiyle büyük ilerlemeler kaydetmiştir. İstikrarlı ve sürdürülebilir büyüme ve endüstriyel gelişme için hayati öneme sahip malzemeler, disiplinler arası çalışmalara olanak veren bütün bilim ve teknolojileri içeren karmaşık fakat bütünleyici bir alandır. Bunun yanında, biyouyumlu malzemeler tıbbi alanda insan hayatını kurtarmak, uzatmak ve yaşam kalitesini artırmak amacıyla kullanılmaktadır. Biyouyumlu malzemeler; diş dolgusu, protezler, vidalar, yapay kalp kapakları gibi ürünler yanında tıbbi cihazlarda da kullanılmaktadırlar. Bu alanda özellikle implantlarda yük taşıma özelliklerinden dolayı biyouyumlu metaller tercih sebebidir. Medikal alanda Ti6Al4V alaşımı, mekanik özellikleri ve korozyon direncinden dolayı birçok uygulamada kullanılmaktadır. Ancak metalik malzemeler, insan vücudundaki canlı dokularla etkileşime girebilmekte, iyon salınımıyla enfeksiyon oluşumu gibi sağlığı tehlikeye atabilecek durumlar ortaya çıkabilmektedir. Bu sebeple araştırmacılar, insan vücudunda canlı dokularla etkileşimde olan malzemelerin negatif etkilerinin bertaraf edilmesi üzerine yoğunlaşmışlardır. Kemikle implantın sorunsuz bağlanıp bütünleşmesi amacıyla implantlar üzerinde çeşitli yüzey işlemleri ve kaplamalar uygulanmıştır. Elektriksel Kıvılcımla İşleme (EKİ) yöntemi; karmaşık veya çok sert malzemeleri, mekanik bir temas olmadan elektrot malzemesi ve işlenecek iş parçası arasında elektriksel kıvılcımlar oluşturularak, malzeme işleme yöntemidir. Bu bağlamda, EKİ yöntemiyle, implant yüzeyine nüfuz edilmesi istenen tozları dielektrik sıvıya katarak ya da bu tozları içeren sinterlenmiş elektrotla işleme yaparak yüzey modifikasyonları denenmiştir. Pozitif sonuçlar elde edilmiş olmakla birlikte bu alandaki çalışmalar sınırlıdır ve geliştirilmeye açıktır. Özellikle sinterlenmiş elektrot kullanımına dair çalışmalar oldukça kısıtlı kalmıştır. Bu çalışmada biyouyumlu malzemelerin yüzey modifikasyonu için, Titanyum (Ti)-Gümüş (Ag)-Hidroksiapatit (HA) olmak üzere, birden fazla biyouyumlu malzemeden oluşan sinterlenmiş hibrit elektrot etkisi araştırılmıştır. Farklı kombinasyonlarda 3 tip elektrot imal edilmiş ve Ti6Al4V iş parçası farklı parametrelerde (22A, 12A, 7A darbe akımı ve 100 µs, 25 µs, 6 µs darbe süresi) bu elektrotlarla işlenmiştir. En iyi yüzey modifikasyonu için optimum parametrelerin belirlenmesi amaçlanmıştır. Elektrota HA ilavesiyle ve HA oranının da artmasıyla işlemelerin zorlaştığı, kısa devrelerin oluştuğu ve elektrottan kopmaların meydana geldiği gözlemlenmiştir. Paralelinde pürüzlülük değerleri de artmıştır. En yüksek pürüzlülükler (%80 Ti ve % 20 Ag) sinterlenmiş elektrotla yapılan işlemelerde 12 A 100 µs'de, (%60 Ti- % 20 Ag-% 20 HA) sinterlenmiş elektrotla yapılan işlemelerde 7 A 6 µs'de, (%40 Ti- % 20 Ag-% 40 HA) sinterlenmiş elektrotla yapılan işlemelerde ise 22A 100 µs'de gerçekleşmiştir. SEM (Taramalı Elektron Mikroskopu) ve EDS (Enerji Dağılım Spektrometresi) analizlerinden, HA içeren her iki tip elektrotta da yüzeye en fazla HA nüfuziyetinin olduğu parametre 22A 6 µs'dir. İşleme sırasında oluşan katmanlardaki ortalama mikrosertlik değerleri ise ısıl etkilenmiş katmanda yaklaşık 400-500 HV civarında iken eriyip tekrar katılaşan katmanda 550-2300 HV arasında geniş bir aralıkta yer almaktadır. Yapılan çalışma; tıbbi uygulamalar için, EKİ'de HA katkılı sinterlenmiş elektrot kullanıldığında, HA içerikli fonksiyonel yüzeylerin elde edilebileceğini desteklemektedir. Ag'nin erime sıcaklığının düşük olması ve ağırlığının fazla olması sebebiyle yüzeye nüfuziyeti fazla olmaktadır ve fazlalığı toksik etkilere sebep olabilmektedir. Yine çeşitli yüzey işlemleriyle bu etki azaltılabilir. Biyouyumlu fonksiyonel yüzeyler tıp alanında gelişmeye açık ve ihtiyaç duyulan bir çalışma sahasıdır. Bu bağlamda yapılan çalışma referans olmaya adaydır.