Coating of titanium (TiAl6V4)) alloy by electrospun poly (ε-caprolactone) (PCL)

Abstract

Çalışmanın amacı, elekroeğirme mekanizması kullanılarak poli (ε-kaprolakton) (PCL) ile kaplanmış titanyum alaşımı TiAl6V4'ten oluşan bir biyomateryal implant üretmektir. Ayrıca, titanyum alaşımı için yüzey işleminin kaplama üzerindeki etkisi de incelenirken, kaplama kalınlığı bir mikrometre kullanılarak belirlenmiştir. Örneklerin morfolojik karakterizasyonu Taramalı Elektron Mikroskopisi (SEM) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Yüzey ıslanabilirliği, temas açısı (CA) kullanılarak tayin edilmiştir ve titanyum alaşımlı mikroyapının optik mikrografları, optik mikroskopi kullanılarak elde edilmiştir. Substratlarda kompozisyon ve elementlerin tayini Enerji dağılımlı spektroskopisi (EDS) ile yapılmıştır. Yüzey morfolojisinin daha detaylı nicel analizi ve implantların yüzeyindeki pürüzlülüğü değerlendirmek için AFM ve pürüzlülük ölçümleri kullanılmıştır. PCL'nin TiAl6V4'e yapışmasını belirlemek için yapışma testi yapılmıştır. EDS ile sonuçlarına göre elde edilen örneklerin işlendikten sonra diğer elementlerden arınmış olduğu görülmüştür. Optik mikroskopi, alaşımların ön işlemden geçirilmesinden sonra optik mikrograflar vasıtasıyla mikro yapıdaki değişiklikleri gözlemlemek için kullanılmıştır. SEM ile taşlama, parlatma ve dağlamadan sonra yüzey morfolojisindeki değişim de kaydedilmiştir. Pürüzlülük ölçümleri, 3 mikron parlatma TiAl6V4 numunesinde 0.005 mikrondan, 120 öğütme TiAl6V4 numunesinde 0.56 mikrona kadar olan ortalama pürüzlülük değerlerini kantitatif olarak göstermiştir. Ölçümlerden sonra, kaplamanın kalınlığı 0.01 mm olarak belirlenmiştir. Temas açısı ölçümleri sonucunda en iyi hidrofilikliğe sahip numunenin 58.63° temas açısı ile PCL ile kaplanmış kazınmış alaşım olduğu görüşmüştür. Ayrıca yapışma testi, kaplama yapışması için en iyi iki adayın kazınmış ve 1200 öğütme numuneleri olduğunu göstermiştir: kaplamanın %99'undan fazlası, bandın çıkarılmasından sonra kaplamadan çıkmaz. Anahtar kelimeler: Electrospinning, TiAl6V4 alloy, Poly (𝜀-caprolactone)

The goal of this study is to fabricate a biomaterial implant composed of Titanium alloy TiAl6V4 coated with poly (ε-caprolactone) (PCL) using electrospinning mechanism. Moreover, the effect of surface-treatment for the titanium alloy on the coating is also studied, whereas coating thickness is determined using a micrometer. Characterization of specimens' morphology is executed using Scanning Electron Microscopy (SEM). The wettability of the surface is performed using the contact angle (CA) and the optical micrographs of the Titanium alloy microstructure are carried out using optical microscopy. The detection of composition and elements in the substrates Energy dispersive spectroscopy (EDS) is also performed. For more quantitative analysis of surface morphology and to evaluate the roughness at the surface of implants, AFM and roughness measurements are used. To determine the adhesion of the PCL to the TiAl6V4 , adhesion test is conducted. EDS shows that the obtained specimens are free from any other elements after being treated. The optical microscopy is used to observe the changes in the microstructure through optical micrographs, after pre-treating the alloys. Through SEM, the change in the surface morphology after grinding, polishing, and etching is also recorded. The roughness measurements indicate the mean values of roughness quantitatively, which are gradients from 0.005 micron in 3 micron polishing TiAl6V4 sample to 0.56 micron in the 120 grinding TiAl6V4 sample. After measurement, the thickness of the coating is determined as 0.01 mm. The contact angle measurement shows that the best sample in hydrophilicity is the etched alloy after coating it with PCL, which is 58.63 °. The adhesion test also proves that the best two samples for coating adhesion are the etched and 1200 grinding: more than 99% of the coating do not stick out of the coating after the removal of the tape. Keywords: Electrospinning, TiAl6V4 alloy, Poly (𝜀-caprolactone)