اصلاح سطح نانو ذرات TiO2 به‌وسيله SiO2 و فرآيند الكتروفورتيك آن‌ها روي فولاد زنگ نزن 316L

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

فولاد‌هاي زنگ نزن به‌طور گسترده‌اي به‌عنوان ايمپلنت‌هاي موقت براي آسيب‌هاي استخواني استفاده مي‌شوند، ليكن استعداد رهايش يون در آن‌ها استفاده از پوشش را الزامي مي‌كند. پوشش تيتانيا علاوه بر قابليت افزايش تكثير و چسبندگي سلول‌هاي استخواني مي‌تواند از رهايش يون‌‌ جلوگيري كند. در اين پژوهش، نانو ذرات كامپوزيتي TiO2-SiO2از طريق روش سل-ژل-سونوشيميايي سنتز شدند. نانو ذرات حاصل كه از هسته‌هاي دي‌اكسيد تيتانيوم (ميله‌هايي به طول 4/4 ± 54/35 نانومتر) احاطه‌شده توسط ذرات سيليكا بسيار ريز (كره‌هاي 63/0 ± 22/3 نانومتر) به‌صورت پوسته‌اي نازك تشكيل‌شده بودند و نيز دي‌اكسيد تيتانيوم خالص به روش الكتروفورتيك روي زير لايه فولاد زنگ نزن L316 آندايز شده پوشش دهي و اثر پارامترهاي مهم الكتروفورتيك مانند ولتاژ، زمان پوشش دهي، غلظت اصلاح‌‌كننده بار سطحي (دوپامين) و چسباننده (پلي‌‌اتيلن‌‌ايمين) بر كيفيت پوشش‌هاي‌‌ حاصل بررسي شد. از مشاهدات ميكروسكوپي الكتروني روبشي و عبوري جهت بررسي ذرات استفاده شد. آزمون‌هاي اسپكتروسكوپي مادون‌قرمز تبديل فوريه، طيف‌سنجي رامان و تفرق اشعه ايكس جهت بررسي ساختار ذرات بكار گرفته شدند. مورفولوژي سطح و ساختار مقطع پوشش‌هاي حاصل توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني مجهز به طيف‌سنج پراش انرژي الكترون و ساختار فازي آن‌ها توسط آزمون تفرق اشعه ايكس بررسي شدند. از پروفيل سنج ليزري و گونيومتر جهت اندازه‌گيري زبري و زاويه ترشوندگي سطح پوشش‌ها استفاده شد. خواص سدي پوشش‌ها با تكنيك طيف‌سنجي امپدانس الكتروشيميايي به‌صورت بلندمدت مطالعه شد. بر اساس نتايج به‌دست‌آمده، پوشش بهينه حاصل از نانو ذرات TiO2-SiO2 (ولتاژ 10 ولت، زمان 15دقيقه، غلظت دوپامين و پلي-اتيلن¬ايمين به ترتيب برابر 5/7 و 8/1 درصد وزني) بدون ترك بود درحالي‌كه پوشش تشكيل‌شده از نانو ذراتTiO2 (ولتاژ 10 ولت، زمان 10 دقيقه، غلظت دوپامين و پلي¬اتيلن¬ايمين به ترتيب برابر با 5/7 و9/0 درصد وزني) داراي ترك¬هاي متعدد بود. پوشش‌هاي ايجادشده در دماي 1100 درجه سانتي‌گراد سينتر شدند. پوشش TiO2 يك تركيب فاز روتيل را نشان داد كه شامل يك سطح ترك‌خورده با يك منطقه نفوذي گسترده غني از عنصر كروم در نزديكي زير لايه بود، درحالي‌كه پوشش كامپوزيتي TiO2-SiO2 يك سطح بدون ترك با فاز آناتاز شامل يك لايه مياني متراكم و پيوسته را نشان داد. تشكيل لايه مياني متراكم از نفوذ عناصر زير لايه به سمت پوشش در طي عمليات سينترينگ جلوگيري كرد. بر اساس مطالعات طيف‌سنجي امپدانس الكتروشيميايي، مقادير مقاومت كل فاراديك براي پوشش TiO2-SiO2 پس از يك روز غوطه‌ور شدن نمونه‌ها در محلول بافر فسفات (MΩ cm-2 10)، 2/1 % بيشتر از TiO2(MΩ cm-2 8) بود. همچنين پس از عمليات سينترينگ، بالاترين عملكرد سدي با مقاومت كل فاراديك MΩ cm-2 84 براي پوشش كامپوزيتي TiO2-SiO2 به دست آمد كه 1500 برابر بيشتر از پوششTiO2 (MΩ cm-2 056/0) و 6/5 برابر بيشتر از زير لايه آندايز شده (MΩ cm-2 15) در روز اول غوطه‌وري بود. در طي 28 روز غوطه‌وري، مقاومت كل فاراديك پوشش كامپوزيتي TiO2-SiO2 (در مرتبه Ω cm-2107-106) به‌طور قابل‌توجهي بيشتر از پوشش TiO2 (در مرتبه Ω cm-2104) بود. به دليل تأثير زيست فعالي پوسته سيليكا، پوشش كامپوزيتي TiO2-SiO2 در مقايسه با پوشش TiO2 يا زير لايه آندايز شده داراي زيست فعالي بالاتري به‌واسطه ترويج تشكيل هيدروكسي آپاتيت در محلول شبيه‌سازي‌شده بدن بود.

224222

خوردگي و حفاظت از مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان