Investigation of mechanical properties of Ti alloys developed for bone-tissue engineering applications

Bu çalışmada, geleneksel ortopedik implant malzemelerine alternatif olarak Ti–34Nb–25Zr, Ti–30Nb–32Zr, Ti–28Nb–35,4Zr ve Ti–24,8Nb–40,7Zr (ağ.%) nominal kompozisyona sahip, yüksek mekanik performans sergileyen yeni Ti-Nb-Zr (TNZ) alaşımları geliştirilmiştir. TNZ alaşımlarının mikroyapıları, mekanik özellikleri (çekme dayanımı, akma dayanımı, basma-akma dayanımı, elastisite modülü, elastik enerji, tokluk, esneklik katsayısı ve mikro-sertlik) ve sitokompatibiliteleri birbirleri ile kıyaslamalı olarak incelenmiştir. TNZ alaşımları basma testi sırasında kırılmaya uğramamış ve numunelerde herhangi bir çatlak oluşumu meydana gelmemiştir. Alaşımlar basma testi sırasında mükemmel plastik deformasyon kabiliyeti sergilemişlerdir. TNZ alaşımlarının çekme dayanımları 704–839 MPa, akma dayanımları 682-810 MPa, elastisite modülleri 62-65 GPa, kopma uzaması değerleri 9,9-14,8 (%), elastik enerjileri 5,02-6,74 MJ/m3 ve tokluk değerleri 60,44-112,85 MJ/m3 arasındadır. TNZ alaşımları içerisinde % 1,31 değerindeki esneklik katsayısı ile en iyi mekanik performansı sergileyen Ti–34Nb–25Zr alaşımının çekme dayanımı, akma dayanımı, elastisite modülü ve kopma uzaması değerleri sırasıyla 839,0 ± 31,8 MPa, 810,0 ± 48,0 MPa, 62,0 ± 3,6 GPa ve 14,8 ± 1,6 (%) olarak tespit edilmiştir. Sitokompatibilite testleri neticesinde, TNZ alaşımlarının mükemmel sitokompatibiliteye sahip oldukları doğrulanmıştır. TNZ alaşımları sahip olduğu tüm bu özellikler ile aday ortopedik implant malzemeleridir.In this study, as an alternative to conventional orthopedic implant materials, Ti-Nb-Zr (TNZ) alloys exhibiting superior mechanical performance with nominal compositions of Ti-34Nb-25Zr, Ti-30Nb-32Zr, Ti-28Nb-35.4Zr and Ti-24.8Nb-40.7Zr (wt.%) have been developed. Microstructure, mechanical property (tensile strength, yield strength, compressive yield strength, Young's modulus, elastic energy, toughness, elastic admissible strain and micro-hardness), and cytocompatibility of TNZ alloys were investigated in comparasion to each other. TNZ alloy specimens presenting superior plastic deformation ability during room-temperature compression test did not undergo fracture, and no crack formations occurred. The tensile strength, yield strength, Young's modulus, elongation at rupture, elastic energy and toughness of TNZ alloys were calculated between the values of 704–839 MPa, 682-810 MPa, 62-65 GPa, 9.9-14.8%, 5.02-6.74 MJ/m3 and 60.44-112.85 MJ/m3, respectively. The tensile strength, yield strength, Young's modulus and elongation at rupture value of Ti-34Nb-25Zr alloy, exhibiting the best mechanical performance with the elastic admissible strain value of 1.31%, were calculated as 839.0 ± 31.8 MPa, 810.0 ± 48.0 MPa, 62.0 ± 3.6 GPa and 14.8 ± 1.6 (%), respectively. By conducting cytocompatibilty test, it was confirmed that TNZ alloys have excellent cytocompatibility feature. By taking into consideration all these above mentioned properties, TNZ alloys are candidate for orthopedical implant applications