INVESTIGATION THE MECHANICAL PROPERTIES OF POROUS Ti-18Nb-XCu ALLOYS FOR BIOMEDICAL APPLICATIONS

Abstract

ABSTRACT

Titanium and its alloys are widely used in medicine due to their unique mechanical, physical, and chemical properties, such as low density, high mechanical strength, low elastic modulus, excellent corrosion resistance, and good biocompatibility. In this study, Ti-18Nb-xCu alloys containing Cu at different concentrations (5, 7, and 9 wt%) were produced and tested by the powder metallurgy (PM) method. Then, porous samples were produced and tested by adding four different amounts (30, 40, 50, and 60 vol%) of salt (NH4HCO3) to the alloy with the best properties from these alloys. As a result of the studies, Cu addition improved sintering under the same conditions. The compressive strength, hardness, and resilience generally increased with Cu content. On the other hand, a slight decrease in the modulus of elasticity was recorded as a positive result for its use as a biomaterial. The next step was produced by adding different amounts of salt to the Ti-18Nb-9Cu alloy selected among the alloys. Compression, hardness, and abrasion tests were applied to these samples. As expected, these samples' mechanical properties and modulus of elasticity decreased with increasing porosity. Thus, alloys that can be close to the mechanical properties of the bone structure have been produced. As a result of the studies, with the addition of Cu, the production of Ti-18Nb alloy by the PM method has been facilitated, and the mechanical properties have increased. By producing open-pored samples with different proportions of salt added to the alloy, the mechanical properties were reduced to more desirable levels, and the alloy was developed in terms of biocompatibility.

ÖZET

Titanyum ve alaşımları, düşük yoğunluk, yüksek mekanik mukavemet, düşük elastik modül, mükemmel korozyon direnci ve iyi biyouyumluluk gibi benzersiz mekanik, fiziksel ve kimyasal nitelikleri nedeniyle tıp alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, farklı konsantrasyonlarda (ağırlıkça %5, 7 ve 9) Cu içeren Ti-18Nb-xCu alaşımları toz metalürjisi (PM) yöntemi ile üretilmiş ve test edilmiştir. Daha sonra bu alaşımlardan en iyi özelliklere sahip alaşıma dört farklı miktarda (hacimce %30, 40, 50 ve 60) tuz (NH4HCO3) eklenerek gözenekli numuneler üretilmiş ve test edilmiştir. Yapılan çalışmalar neticesinde, aynı sinterleme koşulları altında Cu ilavesi sinterlemeyi iyileştirmiştir. Artan Cu miktarı ile genel olarak, basma mukavemeti, sertliği ve rezilyansı artmıştır. Diğer yandan elastikiyet modülünde biraz düşüş gözlenmesi biyomalzeme olarak kullanılması yönünde olumlu bir sonuç olarak kaydedilmiştir. Sonraki aşamada, alaşımlar içerisinden seçilen Ti-18Nb-9Cu alaşımına farklı oranlarda tuz ilave edilerek üretilmiştir. Bu numunelere de basma, sertlik ve aşınma testleri uygulanmıştır. Bu numunelerde beklenildiği gibi artan gözenek miktarı ile mekanik özellikler ve elastikiyet modülü azalmıştır. Böylece kemik yapısının mekanik özelliklerine yakın olabilecek alaşımlar üretilmiştir. Çalışmalar neticesinde genel olarak, Cu ilavesi ile Ti-18Nb alaşımının PM metodu ile üretimi kolaylaşmıştır, mekanik özellikler artmıştır. Alaşıma katılan farklı oranlardaki tuz ile açık gözenekli numuneler üretilerek mekanik özellikler istenen seviyelere getirilmiş ve biyouyumluluk yönünden daha uygun alaşım geliştirilmiştir.