بهبود خواص چسبندگی نانوپوشش با استفاده از فرآیند برسکاری

پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر موفق شدند خواص چسبندگی و خوردگی پوشش‌های نانو هیدروکسی آپاتیت را به وسیله اصلاح زیرلایه، به روش برسکاری (wire brushing) بهبود بخشند. این طرح می‌تواند به صورت مستقیم و غیر مستقیم در صنایع مهندسی پزشکی و بیومواد مورد استفاده قرار بگیرد.

پوشش هیدروکسی آپاتیت بر زیرلایه تیتانیومی به دلیل وجود مشکلاتی فاقد استحکام چسبندگی کافی جهت استفاده در مصارف پزشکی است. مشکل اصلی به هنگام سینتر کردن هیدروکسی‌ آپاتیت (HA) به وجود می‌آید. دمای بالای سینتر (بالاتر از۱۲۰۰^oC ) موجب فرسایش فلز زیرلایه و همچنین تجزیه هیدروکسی آپاتیت می‌شود و از طرفی در اثر سینتر HA در دمای کمتر از ۱۰۰۰^oC به سختی چگالش کامل صورت می‌گیرد. از نقطه نظر دیگر، ضریب انبساط حرارتی زیرلایه تیتانیومی کمتر از پوشش هیدروکسی آپاتیت است و این اختلاف در ضریب انبساط حرارتی منجر به ایجاد ترک در پوشش به هنگام سینتر کردن و سرد شدن از دمای بالا می‌شود.

روش ارائه شده در این پژوهش تا حدودی باعث بهبود خواص چسبندگی و خوردگی پوشش‌های نانو هیدروکسی می‌شود و مشکلات را کاهش می‌دهد. مهمترین هدف این پژوهش بهبود خواص چسبندگی و خوردگی پوشش‌های نانو هیدروکسی آپاتیت به وسیله اصلاح زیرلایه‌های Ti-6Al-4V به روش برسکاری است.

شایان ذکر است که ایجاد زیرلایه اصلاح شده Ti-6Al-4V به روش برسکاری با تعیین پارامترهای بهینه (سرعت و مدت زمان) و مطالعه توپوگرافی سطح، بهبود خواص چسبندگی پوشش الکتروفورتیک نانوذرات هیدروکسی آپاتیت بر زیرلایه اصلاح شده Ti-6Al-4V و بهبود خواص خوردگی در محلول شبیه سازی شده بدن برای پوشش الکتروفورتیک نانوذرات هیدروکسی آپاتیت بر زیرلایه اصلاح شده Ti-6Al-4V از دیگر ویژگی‌های این طرح است.

حمیدرضا فرنوش، دانشجوی دکترای مهندسی متالورژی و مواد، مراحل انجام این کار تحقیقاتی را این گونه توضیح داد: «در این تحقیق از روش لایه نشانی الکتروفورتیک برای ایجاد پوشش نانو ذرات هیدروکسی آپاتیت بر زیرلایه اصلاح شده Ti-6Al-4V استفاده شده است. طی این پژوهش ابتدا نانوذرات هیدروکسی آپاتیت به روش رسوب دهی شیمیایی سنتز شد. در ادامه برای مشخصه‌یابی نانوذرات سنتز شده از روش‌های FT-IR ،XRD و DLS استفاده شد. همچنین مورفولوژی و اندازه ذرات نانوپودر به دست آمده به وسیله FE-SEM مشاهده شد. سپس به منظور بهبود خواص چسبندگی پوشش، فرآیند برسکاری بر سطح زیرلایه‌های Ti-6Al-4V در سرعت‌ها و مدت زمان‌های مختلف به کار رفت. در این پژوهش بهترین پارامترهای برسکاری (سرعت  ۱۶۰۰۰rpm و زمان ۶۰s ) باتوجه به پروفیل میکروسختی، مطالعه توپوگرافی و زبری سطح انتخاب شد و در پایان نیزخواص چسبندگی و آزمون خوردگی پوشش‌ها در محلول شبیه سازی شده محیط بدن، مورد بررسی قرار گرفت.»

حمیدرضا فرنوش با همکاری دکتر جمشید آقازاده مهندسی، دکتر داود حق شناس فتمه سری و دکتر فتح اله مضطرزاده از دانشگاه صنعتی امیرکبیر به منظور رفع مشکلات مذکور برای پوشش هیدروکسی آپاتیت، از نانوذرات HA که زیست فعالی بهتری نسبت به ذرات درشت دارند، استفاده کردند و همچنین با استفاده از نانوذرات مواد پوشش که سطح ویژه بالایی دارند؛ دمای چگالش پوشش را چند صد درجه کاهش دادند و سینترپذیری را بهبود بخشیدند.

حمیدرضا فرنوش در رابطه با نتایج این کار تحقیقاتی افزود: «در این تحقیق نانوذرات هیدروکسی آپاتیت با اندازه ذرات متوسط  ۶۵nm به روش رسوب دهی شیمیایی سنتز شد. پارامترهای بهینه برسکاری (سرعت  ۱۶۰۰۰rpm و زمان ۶۰s ) با مطالعه پروفیل میکروسختی، توپوگرافی و زبری سطح به دست آمد. استحکام چسبندگی برای پوشش الکتروفورتیک نانوذرات هیدروکسی آپاتیت بر زیرلایه اصلاح شده Ti-6Al-4V، حدود ۲۴MPa به دست آمد که مقدار آن در مقایسه با نمونه بدون پیش عملیات برسکاری تقریبا دو برابر است. نتایج به دست آمده از آزمون خوردگی نمونه پوشش داده شده بر سطح برسکاری شده، نشان دهنده کاهش محسوس چگالی جریان خوردگی، سرعت خوردگی و افزایش پتانسیل خوردگی و مقاومت پلاریزاسیون است.»

نتایج این کار تحقیقاتی در مجله Ceramics international (جلد ۳۸، شماره ۶، آگوست سال ۲۰۱۲) منتشر شده است. علاقمندان می‌توانند متن این مقاله را در صفحات ۴۸۸۵ الی ۴۸۹۳ همین شماره مشاهده نمایند.