ایجاد پوشش‌های حاوی تیتانیا و هیدروکسی آپاتیت روی آلیاژTi-6Al-4V توسط فرآیندPEO و عملیات تکمیلی هیدروترمال و بررسی خواص خوردگی آن در محیط شبیه‌سازی شده بدن
محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین
چنگیز دهقانیان
1
,
مهدی شکوه فر
2
,
علی برادران گورانی
3
,
مانی منتظری
4
1 - نویسنده
2 - نویسنده
3 - نویسنده
4 - نویسنده
کلید واژه: هیدروکسی آپاتیت, اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی, عملیات گرمابی, Ti-6Al-4V, خواص خوردگی,
چکیده مقاله :
پوشش های بیوسرامیکی حاوی تیتانیای متخلخل در کنار سطح پوشیده از هیدروکسی آپاتیت باعث افزایش چشم گیر مقاومت به خوردگی و زیست سازگاری آلیاژهای تیتانیم می شود. در این پژوهش ابتدا از فرآیند اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی (PEO) در زمان ها و ولتاژهای گوناگون جهت ایجاد تیتانیای حاوی کلسیم و فسفر روی آلیاژ Ti-6Al-4V استفاده شد. سپس نمونه ی بهینه، در زمان های گوناگون مورد عملیات گرمابی قرار گرفت، تا کریستال های هیدروکسی آپاتیت در تخلخل های تیتانیا جوانه زند. ریخت شناسی و سطح مقطع پوشش ها به وسیله ی میکروسکوپی الکترونی روبشی، ترکیب شیمیایی به وسیله ی تجزیه ی پراش پرتو ایکس، پستی و بلندی به وسیله ی میکروسکوپی نیروی اتمی و سختی به وسیله ی نانوسختی سنجی تعیین شدند. هم چنین، رفتار خوردگی پوشش ها به وسیله ی آزمایش های پلاریزاسیون و طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی ها نشان دادند که عملیات گرمابی روی نمونه ی بهینه، به تشکیل فاز کریستالی هیدروکسی آپاتیت روی تخلخل های تیتانیا منجر می شود. کریستال های ایجاد شده دارای شکل کلوخه ای و ابعاد نانومتری هستند. هم چنین، پوشش های ایجاد شده مقاومت به خوردگی زیرلایه ی تیتانیمی را در محیط شبیه سازی شده بدن به مقدار شایان توجهی افزایش می دهند
Titania porous bioceramic coating covered by hydroxyapatite causes the substrate to be more corrosion resistant and biocompatible. In this study, Ca and P contained titania was coated on Ti-6Al-4V alloy substrate by applying plasma electrolytic oxidation (PEO) with changing parameters such as time and voltages. After obtaining optimized sample, then it was treated hydrothermally at different time intervals until hydroxyapatite crystals were nucleated on titania porosities. Morphology and cross section, chemical composition, topography and hardness of the coating were investigated by scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD), Atomic force microscope (AFM) and nano indentation test, respectively. Also, the corrosion behaviors of the coating were studied by polarization and electrochemical impedance spectroscopy. According to the obtained results, hydrothermal treatment on optimized sample causes the formation of hydroxyapatite crystals in Titania porosities. These crystals are in nanometric dimensions and lumped shape. In addition, the coating on the substrate caused an increase in corrosion resistance of the sample in simulated body environment considerably
1- Anita, V., Saito, N. and Takai, O. 2006. Micro-arc plasma treatment of titanium and aluminum surfaces in electrolytes. Thin Solid Films. 506-507: 364-368.
2- Barchiche, C.E., Rocca, E. and Hazan, J. 2008. Corrosion behaviour of Sn-containing oxide layer on AZ91D alloy formed by plasma electrolytic oxidation. Surface and Coatings Technology. 202:4145-4152.
3- Gu, W.C., Lv, G.H., Chen, H., Chen, G.L., Feng, W.R., Zhang, G.L. and Yang, S.Z. 2007. Investigation of morphology and composition of plasma electrolytic oxidation coatings in systems of Na2SiO3–NaOH and (NaPO3)6–NaOH. Journal of Materials Processing Technology. 182: 28-33.
4- Kasuga, T., Kondo, H. and Nogami, M. 2002. Apatite formation on TiO2 in simulated body fluid. Journal of Crystal Growth. 235: 235–240.
5- Liu, D.M. 1996. Fabrication and characterization of porous hydroxyapatite granules. Biomnteriols. 17:1955-1957.
6- Liu, F., Wang, F., Shimizuc, T., Igarashic, K. and Zhao, L. 2005. Formation of hydroxyapatite on Ti–6Al–4V alloy by microarc oxidation and hydrothermal treatment. Surface & Coatings Technology. 199:220–224.
7- Manoa, T., Ueyamab, Y., Ishikawac, K., Matsumuraa, T. and Suzukic, K. 2002. Initial tissue response to a titanium implant coated with apatite at room temperature using a blast coating method. Biomaterials. 23:1931–1936.
8- Oshida, Y. 2007. Bioscience and Bioengineering of Titanium Materials. Elsevier BV. First edition.
9- Sun, J., Han, Y. and Huang, X. 2007. Hydroxyapatite coatings prepared by micro-arc oxidation in Ca- and P-containing electrolyte. Surface & Coatings Technology. 201:5655–5658.
10- Yang, X., Yu, S. and Li, W. 2009. Preparation of bioceramic films containing hydroxyapatites on Ti–6Al–4V alloy surfaces by the micro-arc oxidation technique. Materials Research Bulletin. 44: 947– 949.
_||_