ساخت و مشخصه یابی پوشش شیشه زیست فعال- زیرکونیا به روش سل- ژل روی زیرلایه فولاد زنگ نزن 316 ال و ارزیابی زیست سازگاری آن

نویسندگان

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

چکیده

شیشه زیست فعال از جمله بیومواد مناسب و مصرفی در درمان های استخوان (ارتوپدی) و دندانپزشکی است. ساخت پوشش‌های کامپوزیتی شیشه زیست فعال با اجزای نانومتری مثل زیرکونیا می تواند خاصیت زیست فعالی را مطلوب تر و باعث بهبود خواص مکانیکی پوشش گردد و زیست سازگاری زیرلایه فلزی کاشتنی در بدن را بهبود بخشد. هدف از این پژوهش ، تهیه و مشخصه یابی پوشش شیشه زیست فعال- زیرکونیا به روش سل- ژل روی فولاد زنگ نزن 316 ال و ارزیابی رفتار خوردگی زیرلایه فلزی با پوشش و بدون پوشش است. مواد پیش‌ساز اولیه اصلی شامل تترا اتیل اورتوسیلیکات، تری اتیل فسفات، نیترات کلسیم و نانوذرات زیرکونیاست. پوشش به وسیله روش سل- ژل در فرایند لایه نشانی چرخشی روی فولاد زنگ نزن 316 ال اعمال شد. ریخت‌شناسی و ریزساختار سطح نمونه های پوشش داده شده به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی گردید. از روش پراش پرتوی ایکس (XRD) و آنالیز عنصری با طیف سنجی توزیع انرژی پرتوی ایکس(EDS) نیز برای مشخص کردن ترکیب فازها و شناسایی عناصر موجود در پوشش استفاده شد. سختی پوشش ها با دستگاه ریزسختی-سنج اندازه گیری شد. آزمون های الکتروشیمیایی پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی در دو محلول فیزیولوژیکی گوناگون و بمنظور مقایسه رفتار خوردگی نمونه های فولادی با پوشش شیشه زیست فعال- زیرکونیا و بدون پوشش انجام گرفت. نتایج نشانگر حصول پوشش تقریباً یکنواخت و بدون عیب و نواقص ظاهری قابل توجه روی زیرلایه فولاد زنگ نزن 316 ال است. پوشش شیشه زیست فعال- زیرکونیا مقاومت خوردگی زیرلایه را بهبود داد. به گونه ای که چگالی جریان خوردگی در نمونه های پوشش دار کم‌تر از نمونه های بدون پوشش بود. جمع بندی نتایج حاکی از آن بود که پوشش شیشه زیست فعال- زیرکونیای اعمال شده به روش سل- ژل می تواند رفتار خوردگی و در نتیجه، زیست سازگاری کاشتنی فلزی مصرفی در پزشکی را بهبود بخشد.
 

کلیدواژه‌ها


1- N. ,QingJie, and S. Zhu, RuodingWang,"Preparation and characterization
ofmacroporous sol–gel bioglass", CeramicsInternational,Vol. 31, pp. 641–646, 2005.
2- C. Garcia, S. Cere, and A. Duran,"Bioactive coatings prepared by sol–gel on
stainless steel316L", Journal of NonCrystallineSolids, vol. 348, pp. 218-224,
2004.
3- P. Galliano, J. J. De Damborenea, M. J.Pascual, and A. Duran, "Sol-gel coatings on
316Lsteel 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 StructuralCharacterisation of Zirconia Reinforced
Hydroxyapatite Bioceramic Sol–Gel Coatingson Surgical Grade 316L SS for Biomedical
Applications",Ceramics International,vol. 33,pp. 605–614, 2007.
6- Y. Xie, X. Liu, Ch. Ding,and P.K. Chu,"Bioconductivity and mechanical properties of
plasma-sprayed dicalcium silicate/zirconiacomposite coating" Materials Science and
Engineering, vol.25 ,pp. 509–515, 2005.
7- S. Salehi, and M.H. Fathi "Fabrication andcharacterization of sol–gel derived
hydroxyapatite-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-toughened
bioactive 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 flow
sintering 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 Biomedical
Materials 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 شـده
با 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 روی
سنتز 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 Scientific
Publishing Co., 1993.
15- P. Galliano, J. José, D. Damborenea, M.JesúsPascual and A. Durán "Sol-Gel Coatings
on 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 bioglass
coating for biocompatibility improvement ofmetallic implant", journal of materials
processing technology, Vol.209 , pp. 1385–1391, 2009.
18- M.M. Sebdani, and M.H. Fathi "Novelhydroxyapatite – forsterite–
bioglassnanocomposite coatings withimproved mechanical properties" Journal of
Alloys and Compounds, Vol. 509, pp. 2273–2276, 2011.
19- M. Simões, B.G. Odı́lio, L. Assis, and A.Avaca, “Some properties of protective sol–gel
glass 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-GelCoatings for Corrosion Protection of Stainless
Steel 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-gel
coating 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, and. 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 magnesiumfluorapatitenanocompositefor biomedical
applications" Materials Letters, Vol. 64,pp.2487–2490, 2010.