چکیده

آزادسازي یونهاي Ni3+ از آلیاژ NiTi در محیط بدن و سطح زیست خنثاي آن یکی از مسائل نگرانکننده در کاربردهاي زیست پزشکی آلیاژ NiTi است. در این مطالعه، پوشش کامپوزیتی هیدروکسیآپاتیت-سیلیکون-نانولولهي کربنی با استفاده از ترکیب رسوبدهی الکتروفورتیک و فرایند اتصال واکنشی بـر روي زیرلایـهي NiTi پوششدهی شد. قبل از رسوبدهی الکتروفورتیک، هیدروکسی آپاتیت و سیلیکون با آسیابکاري به یکدیگر متصل شدند. پس از پوششدهی و تفجوشی نمونهها، XRD و SEM براي مشخصهیابی مورداستفاده قرار گرفتند. در نهایت، رفتار الکتروشیمیایی پوششها در محیط شبیه سازي بدن، توسط طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی بررسی شد. نتایج نشان میدهد که آسیابکاري ذرات هیدروکسیآپاتیت و سـیلیکون (عامـل اتصال واکنشی) قبل از رسوبدهی الکتروفورتیک، باعث ایجاد رسوب یکنواختی از ذرات در حین پوششدهی میشود. تصاویر SEM پوشش کامپوزیتی، پوششی متراکم و یکنواخت را به علت حضور سیلیکون به عنوان عامل واکنشی و شکلگیري SiO2،CaSiO3 و Ca3SiO5 نشان میدهند. بررسیهاي الکتروشیمیایی نشان داد که حضور نانولولهي کربنی در پوشش کامپوزیتی، مسیر نفوذ عوامل خورنده را بسـته و سـبب افـزایش مقاومـت خوردگی در محیط شبیهسازي بدن میشود.

واژههاي کلیدي: آلیاژ NiTi؛ روش رسوب دهی الکتروفورتیک؛ پوشش کامپوزیتی HA-Si-CNTs؛ فرایند اتصال واکنشی.

۱٫ Vida.khalili@gmail.com

ایجاد پوشش کامپوزیتی … HA-Si-CNT s

مقدمه

در این میان آلیاژهاي حافظهدار نیکل -تیتانیم (NiTi) به علت ویژگیهاي مکانیکی عالی، مقاومت به خوردگی و شکست خوب کاربرد گستردهاي در زیست مواد دارند. آلیاژهاي NiTi دو ویژگی مکانیکی مشابه زیست مواد طبیعی مانند استخوان دارند. ویژگی اول؛ آلیاژ NiTi داراي کرنش بازیابی شونده به میزان ۸ درصد است که بالاتر از بافت استخوانی است ۲) درصد). در حالیکه کرنش بازیابی شونده در فولاد زنگ نزن فقط حدود ۰/۸ درصد است. ویژگی دوم؛ آلیاژ NiTi مدول الاستیسیتهي نزدیک به مدول الاستیسیتهي استخوان کورتیکال (زیر (۲۰ GPa دارد. در حالیکه مدول الاستیسیتهي فولاد زنگ نزن ۲۱۰ GPa، آلیاژهاي تیتانیم ۱۱۰ GPa و آلیاژ NiTi به صورت بالک ۴۸ GPa است. این شباهتهاي موجود بین استخوان و آلیاژ NiTi باعث توزیع مناسب بار در کاشتنی و بافت اطراف آن میشود که به نوبهي خود رشد استخوان و درمان کامل را تسریع میکند .[۱]

به منظور کاهش آزاد سازي یونهاي Ni3+ و افزایش زیست سازگاري و زیست فعالی سطح، پوششهاي سرامیکی بطور گسترده بر روي کاشتنی فلزي به عنوان لایهي محافظ براي جلوگیري از آزاد سازي یونهاي ناخواسته مانند Ni3+ بکار میروند. بخصوص هیدروکسی آپاتیت (HA) به علت شباهت زیاد با بافت استخوان طبیعی و زیستسازگاري بالا براي این منظور مورد استفاده قرار میگیرد HA .[2]، سرامیک زیست فعال بوده و داراي خاصیت هدایت استخوانی است. بنابراین HA قادر است یک پیوند شیمیایی محکم با بافت استخوانی ایجاد کند و رشد استخوان را بر روي سطح خود توسعه دهد .[۳] اما چقرمگی شکست و مقاومت سایشی آن براي بسیاري از کاربردها خیلی پایین است. یک راهکار براي بهبود ویژگیهاي پوششهاي HA، استفاده از فازهاي ثانویهي زیست سازگار و زیست فعال در زمینهي پوشش HA است. پوششهاي کامپوزیتی HA در مقایسه با پوششهاي HA خالص، خواص مناسبتري دارند .[۴] نانولولهي کربنی CNTs یکی از موادي است که به عنوان تقویت کننده در پوشش HA بکار میرود و خواص مکانیکی، زیستسازگاري و پایداري عالی در SBF دارد. مورفولوژي و ابعاد CNTs مشابه نانو فیبرهاي کلاژن موجود در بافت استخوان طبیعی است .[۵] حضور CNTs در پوشش HA باعث تشکیل TiC در فصل مشترك شده و چسبندگی پوشش را افزایش میدهد .[۶] روشهاي مختلفی براي ایجاد پوشش HA و کامپوزیتهاي آن بر روي سطح کاشتنیهاي فلزي وجود دارد که تعدادي از آنها عبارتند از: غوطهوري [۷]، عملیات شیمیایی [۸]، پلاسما اسپري [۹]، سنتز دما بالاي خود احتراقی [۱۰]، رسوبدهی همانند سازي شدهي زیستی [۱۱]، رسوبدهی الکترو شیمیایی [۱۲]، کندوپاش مگنترونی [۱۳] و رسوبدهی الکتروفورتیک .[۱۴] (EPD)

هر یک از روشهاي ذکر شده در بالا به غیر از EPD، پرهزینه و زمانبر هستند. از جمله مزایاي اصلی روش

چه اردهمین سمینار ملی مهن دسی سطح

EPD که آن را براي کاربردهاي پزشکی مناسب میکند، عبارتند از: هزینهي پایین تجهیزات، سادگی فرایند، کنترل ضخامت پوشش، ایجاد پوششهاي یکنواخت، امکان پوششدهی زیر لایه با اشکال پیچیده، زمان کوتاه و دماي پایین فرایند .[۱۵] لایه سست ایجاد شده با EPD تحت تاثیر فرایند تفجوشی میتواند پیوند شیمیایی محکمی با زیرلایه ایجاد کند و به صورت متراکم درآید .[۱۶] ذرات سرامیکی معمولا در محدودهي دمایی بالایی که زیرلایهي فلزي ذوب میشود، تفجوشی میگردند .[۱۷] دماي بالاي مورد نیاز در فرایند تفجوشی، یکی از معایب عمدهي کاربرد EPD براي ایجاد پوششهاي سرامیکی بر روي کاشتنیهاي فلزي است.

به منظور غلبه بر مشکل دماي بالاي تفجوشی و کاهش نسبی دما، اتصال واکنشی در حین تفجوشی مورد مطالعه قرار گرفته است. استفاده از عامل اتصال واکنشی نه تنها باعث متراکم شدن پوشش در دماي پایین میشود بلکه باعث ایجاد پوششهاي عاري از ترك نیز میشود.

کلاوسن و همکارانش [۱۸] در سال ۱۹۸۹ توانستند بالک محکمی از Al2O3 با انقباض کمتر از ۱ درصد تهیه کنند و بجاي استفاده از پودر خالص Al2O3، از مخلوط پودري Al و Al2O3 استفاده کردند. که در آن، پس از فشردن و در حین تفجوشی در دماي بالا، انبساط حجمی ناشی از واکنش Al→Al2O3 انقباض ناشی از تف-جوشی را جبران میکند. با استفاده از این ایده و ترکیب دو فرایند EPD و اتصال واکنشی Al، هوانگ و همکارنش [۱۹] پوششهاي گرادیانی HA متراکم و عاري از ترك را ایجاد کردند و دماي تفجوشی را تا ۸۵۰ºC کاهش دادند. در حین فرایند تفجوشی تا حدودي اختلاف ضریب انبساط حرارتی پوشش با زیرلایه-هاي Ti و آلیاژهاي آن کاهش مییابد و از طرف دیگر انسباط حجمی ناشی از آن در تراکم پوشش موثر است. از طرف دیگر، رسوب همزمان دو یا چند جزء از یک سوسپانسیون خیلی پیچیدهتر از رسوب تک جزیی است و باید پارامترهایی مانند بار یونی، دانسیتهي بار اطراف هر جزء و نرخ رسوب اجزاء مختلف در نظر گرفته شود. علاوه بر اینها اختلاط یکنواخت مابین اجزاء مختلف نیز در بدست آوردن پوشش یکنواخت موثر است. یک راهحل ممکن براي غلبه بر این معایب، تشکیل کمپلکسی از اجزاء با عملیات پیشمونتاژ و سپس پراکنده کردن آن در یک سوسپانسیون است .[۲۰]