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

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 8، دوره 3، شماره 10، بهمن و اسفند 1391، صفحه 93-104   

نویسندگان

سهراب راه پیما^{* 1}؛ محمدحسین فتحی²؛ رضا ابراهیمی کهریزسنگی³؛ علی دوست محمدی⁴

¹کارشناس ارشد مهندسی مواد- خوردگی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجفآباد

²- استاد، گروه پژوهشی بیومواد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان

³دانشیار، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجفآباد

⁴استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهرکرد

تاریخ دریافت: 09 دی 1394،  تاریخ پذیرش: 09 دی 1394 

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

شیشه زیست فعال؛ زیرکونیا؛ فولاد زنگ نزن 316 ال؛ سل- ژل؛ لایه نشانی چرخشی

مراجع

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.