Farklı Yüzey İşlemleri Sonrası Ti-6Al-4V Alaşımlarına Sol-Jel Yöntemi ile Zirkonya Kaplamanın Morfoloji ve Korozyon Direncine Etkisi

KARASU E., Üstün E., ALBAYRAK S., Gül C., ÇİNİCİ H.

Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, cilt.14, sa.2, ss.693-601, 2026 (TRDizin)

Özet

Titanyum ve titanyum alaşımları, yüksek mekanik dayanımları, düşük yoğunlukları ve mükemmel biyouyumlulukları nedeniyle biyomedikal uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, uzun süreli kullanımlarda korozyon direncinin artırılması ve biyouyumluluğun iyileştirilmesi için yüzey modifikasyonları gerekmektedir. Bu çalışmada, Ti-6Al-4V alaşımı üzerine sol-jel yöntemi ile zirkonya (ZrO2) kaplamalar uygulanmıştır. Kaplama öncesinde numunelerin yüzey hazırlıkları farklı işlemlerle gerçekleştirilmiştir. Numuneler, yüzey işlemleri açısından zımparalama, parlatma ve kimyasal dağlama gruplarına ayrılmıştır. Sol-jel yöntemi ile elde edilen kaplamaların morfolojik yapısı, kaplama kalınlığı ve korozyon direnci detaylı olarak incelenmiştir. Kaplamaların karakterizasyonu yüzey pürüzlülük ölçümleri, SEM-EDS, XRD ve üç elektrotlu korozyon testleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Korozyon testleri, yapay vücut sıvısı ortamında 37°C sıcaklık ve 7,4 pH değerinde gerçekleştirilmiş olup elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir. Çalışma sonucunda kaplama kalınlığı açısından en yüksek değer 3,3 µm ile 500 grit zımpara kullanılan numunede ölçülürken, en düşük değer 1,6 µm ile parlatılmış numunede elde edilmiştir. XRD analizleri, kaplamada baskın olarak tetragonal ZrO2 fazının bulunduğunu ve yapının kristalize olduğunu göstermiştir. Korozyon testlerinde, kaplanmamış Ti-6Al-4V alaşımı en yüksek korozyon hızına sahipken, en düşük korozyon hızı %80 azalma ile 500 grit zımparalanmış ve kaplanmış numunede gözlenmiştir. Sonuçlar, yüzey hazırlama işlemlerinin kaplama kalınlığı ve korozyon direnci üzerinde doğrudan etkili olduğunu göstermiştir.
Titanium and titanium alloys are widely used in biomedical applications due to their high mechanical strength, low density, and excellent biocompatibility. However, for long-term use, surface modifications are required to enhance corrosion resistance and improve biocompatibility. In this study, ZrO2 coatings were applied to a Ti-6Al-4V alloy using the sol–gel method. Prior to coating, the surface preparation of the specimens was carried out using different treatments. The specimens were divided into grinding, polishing, and chemical etching groups in terms of surface preparation. The morphological structure, coating thickness, and corrosion resistance of the sol– gel-derived coatings were investigated in detail. The coatings were characterised using surface roughness measurements, SEM–EDS, XRD, and three-electrode corrosion tests. Corrosion tests were conducted in simulated body fluid at a temperature of 37 °C and a pH value of 7.4, and the obtained results were evaluated. As a result of the study, it was determined that the pre-coating surface preparation directly affects the coating thickness and corrosion resistance. The highest coating thickness (3.1–3.3 μm) was obtained on specimens’ ground with #500 and #1000 grit, while the lowest thickness (1.6 μm) was observed on the polished specimen. XRD analyses confirmed the formation of predominantly tetragonal ZrO2 phase in all coatings and verified that the structure was crystallised. In corrosion tests, compared to the uncoated Ti-6Al-4V alloy, the #1000 grit ground specimen exhibited the best performance, showing an 86% reduction in corrosion rate. These results highlight the critical importance of surface preparation strategies, such as mechanical grinding, in achieving optimum corrosion resistance for biomedical implants.