ساخت و مشخصهیابی پوشش شیشه زیستفعال- زیرکونیا به روش سل- ژل روی زیرلایه فولاد زنگنزن 316 ال و ارزیابی زیستسازگاری آن

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

سهراب راهپیما ¹ , محمدحسین فتحی ² , رضا ابراهیمی کهریزسنگی ³ , علی دوست محمدی ⁴

1 - کارشناس ارشد مهندسی مواد- خوردگی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجفآباد.
2 - - استاد، گروه پژوهشی بیومواد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان .
3 - دانشیار، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجفآباد .
4 - استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهرکرد.

تاریخ دریافت : 1394/10/07 تاریخ پذیرش : 1394/10/07 تاریخ انتشار : 1391/10/01

کلید واژه: سل- ژل, شیشه زیستفعال, زیرکونیا, فولاد زنگنزن 316 ال, لایهنشانی چرخشی,

چکیده مقاله :

 شیشه زیستفعال از جمله بیومواد مناسب و مـصرفی در درمـانهـای اسـتخوان (ارتوپـدی) و دندانپزشـکی اسـت. سـاخت پوششهای کامپوزیتی شیشه زیستفعال با اجزای نانومتری مثل زیرکونیا میتواند خاصیت زیستفعالی را مطلـوبتـر و باعـث بهبود خواص مکانیکی پوشش گردد و زیستسازگاری زیرلایه فلزی کاشتنی در بدن را بهبود بخـشد. هـدف از ایـن پـژوهش ، تهیه و مشخصهیابی پوشش شیشه زیستفعال- زیرکونیـا بـه روش سـل- ژل روی فـولاد زنـگنـزن 316 ال و ارزیـابی رفتـار خوردگی زیرلایه فلزی با پوشش و بدون پوشش است. مواد پیشساز اولیه اصلی شامل تترااتیلاورتوسیلیکات، تریاتیلفـسفات، نیتراتکلسیم و نانوذرات زیرکونیاست. پوشش به وسیله روش سل- ژل در فرایند لایهنشانی چرخشی روی فولاد زنگ نزن 316 ال اعمال شد. ریختشناسی و ریزساختار سطح نمونههای پوشش داده شده به کمک میکروسـکوپ الکترونـی روبـشی (SEM) بررسی گردید. از روش پراش پرتوی ایکس (XRD) و آنالیز عنصری با طیفسنجی توزیع انرژی پرتوی ایکس(EDS) نیز بـرای مشخص کردن ترکیب فازها و شناسایی عناصر موجود در پوشش استفاده شد. سختی پوشـشهـا بـا دسـتگاه ریزسـختیسـنج اندازهگیری شد. آزمونهای الکتروشیمیایی پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی در دو محلول فیزیولوژیکی گوناگون و بمنظور مقایسه رفتار خوردگی نمونههای فولادی با پوشش شیشه زیستفعال- زیرکونیا و بدون پوشـش انجـام گرفـت. نتـایج نـشانگر حـصول پوشش تقریباً یکنواخت و بدون عیب و نواقص ظاهری قابل توجه روی زیرلایه فولاد زنـگنـزن 316 ال اسـت. پوشـش شیـشه زیستفعال- زیرکونیا مقاومت خوردگی زیرلایه را بهبود داد. به گونهای که چگالی جریان خـوردگی در نمونـههـای پوشـشدار کمتر از نمونههای بدون پوشش بود. جمعبندی نتایج حاکی از آن بود که پوشش شیشه زیستفعال- زیرکونیای اعمال شده بـه روش سل- ژل میتواند رفتار خوردگی و در نتیجه، زیستسازگاری کاشتنی فلزی مصرفی در پزشکی را بهبود بخشد.  

منابع و مأخذ:

1- N. ,QingJie, and S. Zhu, RuodingWang,"Preparation and characterizationofmacroporous sol–gel bioglass", Ceramics

International,Vol. 31, pp. 641–646, 2005.

2- C. Garcia, S. Cere, and A. Duran,"Bioactive coatings prepared by sol–gel onstainless steel316L", Journal of NonCrystalline

Solids, vol. 348, pp. 218-224,2004.

3- P. Galliano, J. J. De Damborenea, M. J.Pascual, and A. Duran, "Sol-gel coatings on316Lsteel for clinical applications", Journal ofsol-gel science and technology,vol. 13, pp.529-

534, 1998.

4- R. Ramachandra and T.S. Kannan,"Synthesis andSintering of Hydroxyapatite–Zirconia Composites", Materials Science andEngineering,vol. 20, pp. 187–193, 2002.

5- A. Balamurugan, G. Balossier, S. Kannan, J.Michel, J. Faure and S. Rajeswari,"Electrochemical and Structural

Characterisation of Zirconia ReinforcedHydroxyapatite Bioceramic Sol–Gel Coatingson Surgical Grade 316L SS for BiomedicalApplications",Ceramics International,vol. 33,pp. 605–614, 2007.

6- Y. Xie, X. Liu, Ch. Ding,and P.K. Chu,"Bioconductivity and mechanical properties ofplasma-sprayed dicalcium silicate/zirconiacomposite coating" Materials Science andEngineering, vol.25 ,pp. 509–515, 2005.

7- S. Salehi, and M.H. Fathi "Fabrication andcharacterization of sol–gel derivedhydroxyapatite-zirconia compositenanopowders with various yttria contents"Ceramics International, Vol. 36, pp. 1659–1667, 2010.

8- T. Kasuga, M. Yoshida, T. Uno and K.Nakajima "Preparation of zirconia-toughenedbioactive glass-ceramics", Vo. 23, pp. 2255-2258,1988.

9- T. Kasuga and K. Nakajima "NewlyDeveloped Bioactive Glass-Ceramic CompositToughened by Tetragonal Zirconia"

Clinical Materials, Vol. 4, pp 285-294, 1989.

10- E. Verne, R. Defilippi, G Carl, C. VitaleBrovarone, and P. Appendino, "Viscous flowsintering of bioactive glass-ceramiccomposites toughened by zirconia particles",Journal of the European Ceramic Society,Vol.23, pp. 675–683, 2003.

11- S. Radice, P. Kern, G. Bu¨ rki, J. Michler,and M. Textor "Electrophoretic deposition of

zirconia-Bioglass composite coatings forbiomedical implants" Journal of BiomedicalMaterials Research Part A, Vol. 82 , pp. 436–444, 2003.

12- م. مختـاریمهـر، م.ح. شـریعت و م. پـاکشـیر، " بررسـیخاصیت فتوکاتالیستی لایه نازک V doped TiO2تهیه شـدهبا روش سل-ژل"مجله مواد نوین، جلد2، شـماره3، ص25-21،بهار 1391.

13- ا. نکوبین، ا. انصاری پور جرم افشاری و هومن چویلیـان، "ساخت حسگر گاز CO2/O2 بااستفاده از لایه نازک اکسید رویسنتز شده به روش سل- ژل"مجله مواد نوین، جلد 2، شماره4،.1391تابستان ،66-59 ص

14- L.L. Hench and J. Wilson, "AnIntroduction to Bioceramics", World ScientificPublishing Co., 1993.

15- P. Galliano, J. José, D. Damborenea, M.JesúsPascual and A. Durán "Sol-Gel Coatingson 316L Steel for Clinical Applications"Journal of Sol-Gel Science and Technology,Vol. 13, pp. 723–727, 1998.

16- Available from: URL:http://www.usnano.com

 

17- M.H. Fathi, and A. Doostmohammadi,"Bioactive glass nanopowder and bioglasscoating for biocompatibility improvement ofmetallic implant", journal of materialsprocessing technology, Vol.209 , pp. 1385–1391, 2009.

18- M.M. Sebdani, and M.H. Fathi "Novelhydroxyapatite – forsterite–bioglassnanocomposite coatings with

improved mechanical properties" Journal oAlloys and Compounds, Vol. 509, pp. 2273–

2276, 2011.19- M. Simões, B.G. Odı́lio, L. Assis, and A.Avaca, “Some properties of protective sol–gelglass coatings on sintered stainless steels”Vol273, pp. 159–163, 2000.

20-M. Menning, C. Schelle, A. Duran, J.J.Damborena, M. Guglielmi and G.Brusatin“Investigation of Glass-Like Sol-Gel

Coatings for Corrosion Protection of StainlessSteel Against Liquid and Gaseous Attack”Journal of Sol-Gel Science and Technology,Vo 13, pp.717-722, 1998.

21- M. Fallet, H. Mahdjub, and B. Gautier,“Electrochemical behavior of ceramic sol-gelcoating on mild steel”, Journal of NonCrystallineSolids, Vol. 294, pp. 527-533,2001.

22- D.C.L. Vasconcelos, J.A.N. Carvalho, M.Mantel, and W.L. Vasconcelos, “Corrosion

resistance of stainless steel coated with sol-gelsilica”, Journal of Non-Crystalline Solids, Vol.273, pp. 135-139, 2000.

23- L.L. Hench, R.J. Jones, and P. Sepulveda“Bioactive Materials for Tissue Engineering

Scaffolds“, Biomedical Materials Research,Vol. 28, pp. 685-695, 2000.

24- M.H. Fathi, and F. Azam "Novelhydroxyapatite-tantalum surface coating for

metallic dental implant" Materials Letters, Vol.61, pp.1238–1241, 2007.

25- M.H. Fathi, E. MohammadiZahrani, andA. Zomorodian "Novel fluorapatite/niobium

composite coating for metallic human bodyimplants" Materials Letters, Vol. 63, pp. 1195–1198, 2009.

26- M. Razavi, M.H. Fathi, and M. Meratian"Bio-corrosion behavior of magnesiumfluorapatitenanocomposite

for biomedicalapplications" Materials Letters, Vol. 64,pp.2487–2490, 2010.