بهبود عملکرد زیست سازگاری آلیاژ Ti-6Al-4V با پوشش دهی گرادیانی کلسیم فسفات دو فازی به روش اسپری پلاسما

محورهای موضوعی : بیومواد

فهیمه ساجی ¹ (کارشناس ارشد، پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، البرز، ایران.)
ایمان مباشرپور ² (استادیار، پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، البرز، ایران.)
لیلا نیکزاد ³ (استادیار، پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، البرز، ایران.)

تاریخ دریافت : 1399/12/22 تاریخ پذیرش : 1400/03/09 تاریخ انتشار : 1400/12/01

کلید واژه: زیست سازگاری, پلاسما اسپری, پوشش گرادیانی, کلسیم فسفات دوفازی, آلیاژ Ti6Al4V,

چکیده مقاله :

با توجه به مشکلات کاشتنی‌های فلزی، مشاهده می‌شود که یکی از تکنیک‌های اصلی در حل این مشکلات، بهبود خواص پوشش دهی کاشتنی می‌باشد. از پوشش‌هایی که در دهه‌ی اخیر مورد توجه بوده است، پوشش‌های گرادیانی کلسیم فسفات دو فازی می‌باشد. از روش پاشش پلاسما جهت پوشش دهی ایمپلنت‌ها استفاده شده و سه لایه پوشش به ترتیب شامل HAp، TCP%50-HAp%50 و TCP به صورت گرادیانی بر روی زیر لایه تیتانیومی اعمال شد. جهت شناسایی فازها از آزمون پراش پرتوایکس استفاده شد. بررسی خوردگی لایه‌های اعمال شده با استفاده از محلول شبیه‌ساز بدن انجام شد و برای بررسی میزان خوردگی پوشش اعمالی از آزمون‌های الکتروشیمیایی پتانسیل مدار باز استفاده شد. جهت مشاهده مورفولوژی و ضخامت لایه‌ها قبل و بعد از قرار گرفتن در محلول شبیه‌ساز بدن از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی استفاده شد. با توجه به نتایج آزمون خوردگی پتانسیل مدار باز ولتاژ خوردگی به ترتیب 07/0-، 09/0-و 19/0- ولت مربوط به نمونه‌ی دارای یک لایه پوشش HAp، نمونه‌ی بدون پوشش و نمونه دارای سه لایه پوشش HAp، TCP%50-HAp%50 و TCP به دست آمد. با قرارگیری پوشش سه لایه در محلول SBF تری کلسیم فسفات در لایه سوم و دوم به‌طور کامل حل شده و با حضور یون‌های کلسیم و فسفر به صورت اشباع در محلول SBF هیدروکسی آپاتیت ثانویه درون پوشش تشکیل شده است.

چکیده انگلیسی:

Due to the problems of metal implants, it is observed that one of the main techniques in solving these problems is to improve the properties of implant coatings. One of the coatings that has been considered in the last decade is biphasic calcium phosphate gradient coating. Plasma spraying method was used to coating the implants and three coating layers including HAp, TCP 50%-HAp 50% and TCP were applied gradient on the titanium substrate, respectively. X-ray diffraction test was used to identify the phases. Corrosion of the applied layers was performed using body simulation solution and open circuit potential electrochemical tests were used to evaluate the corrosion of coating. Field emission scanning electron microscopy was used to observe the morphology and thickness of the layers before and after being placed in the body simulation solution. According to the results of open circuit corrosion potential test, the corrosion voltage is -0.07, -0.09 and -0.19 V for the sample with one layer of HAp coating, the sample without coating and the sample with three layers of coating HAp, TCP 50%-HAp 50% and TCP were obtained respectively. By placing the three-layer coating in SBF solution, tricalcium phosphate in the third and second layers is completely dissolved and with the presence of calcium and phosphorus ions in the form of saturated secondary hydroxyapatite is formed inside the coating.

منابع و مأخذ:

[1] L. L. Hench, "Bioceramics", Journal of the American Ceramic Society, vol. 81, no. 7, pp. 1705-1727, 1998.

 

[2] L. L., Hench & J. Wilson, "An introduction to bioceramics," World Scientific, 1993.

 

[3] R. Palanivelu, S. Kalainathan & A. R. Kumar, "Characterization studies on plasma sprayed (AT/HA) bi-layered nano ceramics coating on biomedical commercially pure titanium dental implant", Ceramics International, vol. 40, pp.7745-7751, 2014.

 

[4] T. Hanawa, "Functionalization of Metallic Surfaces for Biomedical Applications", Woodhead Publishing, 2015.

 

[5] F. Zhang, E. Kang, K. Neoh, P. Wang & K. Tan, "Surface modification of stainless steel by grafting of poly (ethylene glycol) for reduction in protein adsorption," Biomaterials, vol. 22, pp.1541-1548, 2001.

 

[6] C. Leyens & M. Peters, "Titanium and titanium alloys: fundamentals and applications", John Wiley & Sons, 2003.

 

[7] م. ج. هادیان، ع. عراقی، ط. طلایی و م. ثانی، "بررسی خواص پوشش با ساختار تغییرات تدریجی اکسید تیتانیوم/هیدروکسی اپتایت، اعمال شده به روش الکتروفورتیک بر روی آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V"، صلنامه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 10، شماره 2، 1395.

 

[8] S. V. Dorozhkin, "Nanodimensional and nanocrystalline apatites and other calcium orthophosphates in biomedical engineering, biology and medicine" Materials, vol. 2, pp.1975-2045, 2009.

 

[9] K. Prem Ananth, A. Joseph Nathanael, S. P. Jose, T. Hwan Oh, D. Mangalaraja & A. M. Ballamurugan, "Controlled electrophoretic deposition of HAp/TCP composite coatings on piranha treated 316L SS for enhanced mechanical and biological properties", Applied Surface Science, vol. 353, pp.189-199, 2015.

 

[10] P. Tshepo Ntsoane, M. Topic, M. Härting, R. B. Heimann & C. Theron, "Spatial and depth-resolved studies of air plasma-sprayed hydroxyapatite coatings by means of diffraction techniques: Part I", Surface & Coatings Technology, vol. 294, pp.153–163, 2016.

 

[11] N. Ebrahimi, M. Vaezi, A. Sedaghat & M. Mozaffari, "Study of corrosion resistance and biocompatibility of alumina-silica / hydroxyapatite nanocomposite coating on titanium substrate by plasma spray method", M.Sc. Thesis, Materials and Energy Research Institute, 2016. [In Persian].

[12] A. Rezaei, R. Behjat Golenji, F. Alipour, M. M. Hadavi & I. Mobasherpour, "Hydroxyapatite/hydroxyapatite-magnesium double-layer coatings as potential candidates for surface modification of 316 LVM stainless steel implants", Ceramics International, vol. 46, pp. 25374-25381, 2020.