توصيفگر ها :
كاشتني ارتوپدي , آلياژ تيتانيم , هيدروكسي آپاتيت , تيتانيا , آلومينا
چكيده فارسي :
امروزه با توجه به صنعتي شدن زندگي ها، افزايش جمعيت افراد مسن، كارايي كمتر پروتز ها و قطع عضو در اثر عوامل مختلف استفاده از كاشتني هاي ارتوپدي افزايش يافته است. چالش هاي موجود در كاشتني هاي ارتوپدي منجر به توليد كاشتني هايي كه هم از لحاظ بيولوژيكي و هم از لحاظ تريبولوژيكي رفتار مناسب داشته باشند، شده است. آلياژ تيتانيم Ti6Al4V از جمله مواد زيستي است كه به واسطه مدول يانگ نزديك به استخوان طبيعي و زيست سازگاري عالي از اهميت بالايي براي ساخت كاشتني هاي ارتوپدي برخوردار است. هدف از پژوهش حاضر، ساخت و مشخصه يابي پوشش هيدروكسي آپاتيت-تيتانيا-آلومينا بر تيتانيم توسط فرآيند اسپري حرارتي براي كاشتني هاي ارتوپدي است. در اين راستا، ابتدا پودر هيدروكسي آپاتيت –تيتانيا-آلومينا با مقاديرمختلف تيتانيا (20،15،0) درصد وزني توسط فرآيند آسياكاري مخلوط و همگن سازي شد. با استفاده از الگوي پراش پرتوايكس، طيف سنجي تفكيك انرژي پرتوايكس حضور تيتانيا و آلومينا در پودر هيدروكسي آپاتيت-تيتانيا-آلومينا تاييد شد . مورفولوژي ذرات با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي بررسي شد و مشاهده شد كه حضور تيتانيا بر مورفولوژي هيدروكسي آپاتيت بي تاثير است. در ادامه پودر هيدروكسي آپاتيت، هيدروكسي آپاتيت-تيتانيا، هيدروكسي آپاتيت-تيتانيا –آلومينا تحت پارامترهاي مختلف بر زيرلايه تيتانيم پوشش داده شد. به منظور بررسي تاثير آلومينا بر خواص پوشش، پوشش هيدروكسي آپاتيت و هيدروكسي آپاتيت-تيتانيا با پارامترهاي بهينه بر زيرلايه تيتانيم پوشش داده شد. خواص زبري، چسبندگي، ترشوندگي، ريزسختي و زيست فعالي آنها بررسي شد، همچنين به منظور بهبود خواص مكانيكي و تقويت پيوند پوشش با زيرلايه، عمليات ذوب سطحي ليزري بر سطح پوشش بهينه هيدروكسي آپاتيت-تيتانيا-آلومينا انجام گرفت. حضور آلومينا باعث افزايش ريزسختي از 317 به 345 ويكرز در مورد پوشش اسپري حرارتي و 552 ويكرز در مورد نمونه ذوب مجدد ليزري، كاهش زبري از0/06± 8/13به0/2±7/6 ميكرومتر و كاهش زاويه تماس با آب از3±51 به 2±40 درجه در پوشش اسپري حرارتي و در نمونه ذوب مجدد ليزري 1±56 درجه شده است. نتايج نشان داد كه فرآيند ذوب سطحي ليزري به ميزان قابل توجهي در بهبود چسبندگي، كاهش تخلخل و كاهش زبري سطحي پوشش تاثيرگذاراست، در اين فرآيند نيمي از عمق پوشش ذوب مجدد شده، علاوه بر حذف نسبتا كامل تخلخل هاي ساختاري، ناهمگوني هاي سطحي در ساختار حذف و ساختاري نسبتا متراكم حاصل شده است. همچنين نتايج آزمون زيست فعالي نشان داد كه بعد از 14 روز غوطه وري در محلول شبيه سازي شده بدن، يك لايه متراكم هيدروكسي آپاتيت تشكيل شد كه تاييد كننده قابليت زيست فعالي پوشش هاي هيدروكسي آپاتيت، هيدروكسي آپاتيت- تيتانيا، هيدروكسي آپاتيت- تيتانيا-آلومينا بود. همچنين بررسي هاي تريبولوژيكي پوشش ها نشان داد كه حضور آلومينا باعث بهبود مقاومت به سايش پوشش هيدروكسي آپاتيت-تيتانيا-آلومينا وكاهش وزن درآزمون سايش از 17/7 به 4/3 ميلي گرم شده است. مكانيزم سايش در دو نوع پوشش تغيير يافت و شدت سايش نيزكاهش يافت. نتايج كشت سلول هاي MG63 پس از هفت روز نشان داد كه پوشش هيدروكسي آپاتيت – تيتانيا – آلومينا داراي زيست پذيري (10±195 درصد كنترل) بالاتري نسبت به تيتانيم (6±87 درصد كنترل ) بود. به طور كلي پوشش هيدروكسي آپاتيت –تيتانيا-آلومينا بر زيرلايه تيتانيم باعث بهبود رفتار تريبولوژيكي و بيولوژيكي آن مي شود كه مي تواند براي كاشتني هاي ارتوپدي مطلوب باشد.
چكيده انگليسي :
Prostheses and amputation due to various factors, the use of Today, due to the industrialization of lives, the increase in the population of elderly people, the lower efficiency of implants has increased both biologically and orthopedically. The challenges in orthopedic implants have led to the production of implants that are biomaterials that have appropriate behavior due to Young's modulus close to tribological Ti6Al4V bone. titanium alloy and excellent biocompatibility are of great importance for the manufacture of orthopedic implants. The purpose of this research is to make and characterize the coating of hydroxyapatite-titania-alumina on titanium by thermal spray process for orthopedic implants. In the regard, first hydroxyapatit-titania-alumina Powder with different concentrations of titania (0,15,20) weight percent was mixed and homogenized by the grinding process. Using the template Morphology The presence of titania and alumina in hydroxyapatite-titania-alumina powder was confirmed by XRD, EDS. It was observed that the presence of titania has no effect on the morphology of hydroxyapatite. It was investigated in the particles using a SEM parameters. In order to investigate Hydroxyapatite powder, hydroxyapatite-titania, hydroxyapatite-titania-alumina powder were coated on the titanium substrate under differentthe effect of alumina on the coating properties, hydroxyapatite and hydroxyapatite-titania coating with optimal parameters on the titanium substrate, their roughness, adhesion,wettability, microhardness and bioactivity properties were investigated, also in order to improve the mechanical properties and strengthen the coating. Bonding of the coating with the substrate, laser surface melting operation was performed on the optimal hydroxyapatite-titania-alumina coating surface. The presence of alumina increases the microhardness from 317 to 345 Vickers in the case of the thermal spray coating and to 552 in the case of the laser remelting sample, reducing the roughness from 8.13±0/06 to 7.6±0/2 micrometers and reducing the water contact angle from 51±3 to 40±2 degrees in thermal spray coating. The results showed that the laser surface melting process is significantly effective in improving adhesion, reducing porosity and reducing the surface roughness of the coating. In this process, half of the depth of the coating is relatively completely removed is almost dense. It has been remelted, it is in addition. structural Also, porosity, the results surface of the inhomogeneities bioactivity test inshowed the structure that after are 14 removed days of and immersion the resulting in thestructure simulated body solution, a dense layer of hydroxyapatite was formed, which confirmed the bioactivity of hydroxyapatite, hydroxyapatite-titania, hydroxyapatite-titania-alumina coatings. Also, the tribological investigations of the coatings showed that the presence of alumina improved the wear resistance and reduced the wear from 17.7 to 4.3 mg. The wear mechanism was change in two types of coating and the wear intensity decreased. The results of cell culture MG63 of the coating after seven days showed that the hydroxyapatite-titania-alumina coating had a higher viability (195±10% of the control) than titanium (87±6% of the control). In general, the hydroxyapatite-titania-alumina coating on the titanium substrate improves the behavior Its tribological and biological properties can be favorable for orthopedic implants.
