ارزيابي پوشش هاي نانومقياس چندلايه CrN/TiN و CrN/ZrN به روش رسوب فيزيكي بخار قوس كاتدي براي كاربردهاي پزشكي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

دكتري

مقاومت پايين آلياژهاي تيتانيوم به سايش و خراش باعث تضعيف عملكردشان در كاربردهاي ارتوپدي و دنداني مي‌شود. چندين دهه است كه پوشش‌هاي نانو ساختار نيتريدي به دليل زيست¬سازگاري، زيست¬فعالي، سختي، مقاومت به خوردگي و مقاومت به خراش بالا، بسيار مورد توجه قرارگرفته‌اند. در اين پژوهش، پوشش‌هاي نانومقياس چندلايه CrN/TiN وCrN/ZrN به همراه دو پوشش تك-لايه TiN و ZrN در ضخامت يكسان با روش CAE-PVD روي زيرلايه Ti6Al4V اعمال شدند. مشخصات فيزيكي-شيميايي آن‌ها با استفاده از آناليزهاي FE-SEM، EDS و XRD مورد ارزيابي قرار گرفت. همچنين توپوگرافي سطح و ترشوندگي آن¬ها نيز مورد مطالعه قرار گرفت. سختي و استحكام چسبندگي پوشش‌ها با استفاده از سختي¬سنجي نوپ و آزمون خراش بررسي شد. توانايي سطح پوشش‌ها براي تشكيل آپاتيت حين غوطه‌وري 14 روزه نمونه‌ها در محلول SBF از طريق آزمون‌هاي SEM، EDS، FT-IR، ICP و XRD سنجيده شد. مقاومت به خوردگي پوشش‌ها با آناليز امپدانس الكتروشيميايي طي يك دوره غوطه‌وري 28 روزه در محلول SBF بررسي شد. همچنين تركيب سطح نمونه‌ها بعد از يك دوره 30 روزه غوطه‌وري در محلول PBS با آزمون XPS مورد مطالعه قرار گرفت. با توجه به نتايج، مشخص شد كه پوشش‌هاي چندلايه نسبت به زيرلايه بدون پوشش و پوشش داده شده با فيلم¬هاي تك¬لايه، سختي و مقاومت به خراش بالاتري دارند. در اين بررسي، كندگي پوشش چندلايه CrN/TiN در بار بحراني برابر 39.6 نيوتن و پوشش CrN/ZrN در باري برابر39.3 نيوتن رخ داد. درحالي‌كه اين مقادير براي پوشش‌هاي تك¬لايه TiN و ZrN به ترتيب بارهاي 22.1و 23.9 نيوتن بود. ارزيابي زيست فعالي نمونه‌ها نشان داد كه همه پوشش‌ها جزء مواد زيست فعال دسته‌بندي مي‌شوند چراكه سطح آن‌ها بعد از 14 روز غوطه‌وري، به‌طور كامل با رسوبات آپاتيت پوشيده شده بود. ارزيابي ميزان مقاومت به خوردگي نمونه‌ها نشان داد كه مورفولوژي سطح و ريزساختار پوشش در ميزان مقاومت آن به خوردگي بسيار مؤثر است. به همين علت هم بالاترين ميزان مقاومت به خوردگي حين 28 روز غوطه‌وري در SBF براي پوشش CrN/ZrN با مقاومت پلاريزاسيون برابر با 〖Ω.cm〗^2 2.02×10^6 ثبت شد. ارزيابي سازگاري سلولي با استفاده از كاشت مستقيم سلول‌هاي بنيادي مزانشيمي مشتق شده از مغز استخوان روي سطح نمونه‌ها انجام شد. نتايج حاصل از آناليز هيچ تفاوت معناداري را در ميزان فعاليت متابوليكي و مورفولوژي سلول‌ها روي سطح نمونه‌هاي پوشش‌دار نشان نداد. ميزان اثر آنتي¬باكتريال نمونه‌ها در برابر باكتري استوفيلوكوك اورئوس مقاوم به متي¬سيلين مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج، مؤيد كاهش فعاليت متابوليكي باكتري‌ها در حدود 44% و 56% به ترتيب روي سطح پوشش‌هاي CrN/TiN و CrN/ZrN در مقايسه با نمونه Ti6Al4V بدون پوشش به‌عنوان نمونه كنترل بود. علاوه بر آن شمارش واحد تشكيل¬دهنده كلوني(CFU) روي سطح پوشش‌هاي CrN/TiN و CrN/ZrN به ترتيب كاهشي در حدود 2Log و 1Log را نسبت به نمونه كنترل نشان داد.

226960

مهندس مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان