توصيفگر ها :
پوشش دهي الكتروفورتيك , فولاد زنگ نزن 316L , پوشش TiO2 , پوشش كامپوزيتي TiO2-SiO2 , لايه مياني , زيست فعالي , خوردگي
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
Stainless steels are specifically used as temporary implants for bony injuries, but their propensity to release necessitates the use of a coating. In addition to increasing the proliferation and adhesion of bone cells, titania coating can prevent the release of ions. In this research, TiO2-SiO2 composite nanoparticles were synthesized through the sol-gel-sonochemical method. The resulting nanoparticles are formed from titanium dioxide cores (35.54 ± 4.4 nm long rods) surrounded by very fine silica particles (3.22 ± 0.63 nm spheres) in the form of thin shells and can also be out Pure titanium is electrophoretically anodized on the stainless steel 316 L substrate, and the effect of important electrophoretic parameters such as voltage, coating, surface modifier (dopamine) and adhesive (polyethyleneimine) on the quality of coatings is investigated. Scanning and transmission electron microscopy observations are used. Fourier transform infrared spectroscopy; Raman spectroscopy and X-ray diffraction tests were used to determine the structure of the particles. The surface morphology and structure of the resulting coatings were determined by a field emission scanning electron microscope equipped with an electronic energy diffraction spectrometer and their structure by X-ray diffraction test. A laser profiler and goniometer are used to measure the roughness and wetting angle of the coating surface. The barrier properties of the coatings were studied with the electrochemical impedance spectroscopy technique. Based on the obtained results, the optimal coating obtained from TiO2-SiO2 nanoparticles (voltage 10 V, time 15 min, dopamine and poly-ethyleneimine equal to 7.5 Wt % and 1.8 Wt %, respectively) without existing cracks that cover. Consisting of TiO2 nanoparticles (voltage 10 V, time 10 min, containing dopamine and polyethyleneimine equal to 7.5 Wt % and 0.9 Wt %, respectively) had numerous cracks. The created coatings were sintered at 1100 degrees Celsius. The TiO2 coating gave a rutile phase composition consisting of a cracked surface with an infiltration zone located in the substrate, while the TiO2-SiO2 composite coating gave a crack-free surface with an anatase phase and a dense interlayer. showed continuous dense intermediate formation prevented the surfaces of the substrate elements towards the coating during the sintering operation. Based on the electrochemical impedance measurement studies, the total faradic resistance for the TiO2-SiO2 coating after a day of immersion of the samples in phosphate buffer solution (10 MΩ cm-2), is 25-26% higher than that of TiO2 (8 MΩ cm-2). Was. Also, after the sintering operation, the highest barrier performance with a total faradic resistance of 5 MΩ cm-2 was obtained for the TiO2-SiO2 composite coating, which is 89 times higher than the TiO2 coating (0.056 MΩ cm-2) and 1.3 times higher than the substrate. Is. It was anodized (3.9 MΩ cm-2) on the first day of immersion. During 28 days of immersion, the total faradic resistance of the TiO2-SiO2 composite coating (in the order of 106 Ω cm-2) was significantly higher than that of the TiO2 coating (in the order of 104 Ω cm-2). Due to the bioactivity effect of the silica shell, the TiO2-SiO2 composite coating has a higher bioactivity compared to the TiO2 coating or the anodized substrate by promoting the formation of hydroxyapatite in the body-like solution.
