بخشی از مقاله
چکیده
از عمده دلایل کاهش عمرکاشتنی ها می توان به سایش، عدم تثبیت مناسب بیولوژیکی، عدم استخوان سازی اطراف کاشتنی، عدم پایداری مکانیکی و شکست کاشتنی اشاره کرد. در این بین هدف اصلی، توسعه و تأمین تکنولوژی پوشش دهی این کاشتنی ها به منظور کاهش نرخ سایش و افزایش عمر کاشتنی بوده است. یکی از روش هایی که به تازگی برای اعمال این پوشش مورد استفاده قرار گرفته است روش آلیاژسازی مکانیکی است. در این پژوهش به بررسی طراحی جدید محفظه جهت پوشش دهی اکسید تیتانیم بر روی فولاد 316 به روش فعالسازی مکانیکی پرداخته شده است که نتایج تست XRD و SEMنشان دهنده امکان ایجاد پوشش مناسب بر روی زیرلایه مورد نظر می باشد.
مقدمه
در سالیان اخیر برای یافتن ماده جایگزین بافت سخت بدن نظیر استخوان و یا دندان تلاشهای زیادی انجام گرفته است .این مواد در دسته مواد زیستی قرار گرفته و به منظور بهبود کارایی بافت زنده، درون بدن و در تماس با بافت زنده بدن قرار می گیرند.[1] این مواد کاشتنی در بدن ممکن است باعث واکنش زایی سیستم ایمنی بدن، خوردگی و اتصال نامناسب گردند. بنابراین برای اتصال، چسبندگی بیشتر و رفع این عوارض از روش هایی مانند پوشش کاشتنی ها استفاده می شود و نانو مواد استفاده شده در پوشش دهی کاشتنی ها می تواند باعث افزایش زیست سازگاری، چسبندگی، ماندگاری و دوام آنها شوند
علاوه بر این با توجه به این که یکی از مشکلات در بحث پوشش دهی استحکام اتصال پوشش به فلز پایه می باشد، وجود لایه دی اکسید تیتانیم می تواند به عنوان لایه واسط در پوشش های کامپوزیتی علاوه بر جلوگیری از آزاد سازی یون های مزاحم در حین تماس با بافت زنده، موجب افزایش استحکام چسبندگی لایه های بعدی به سطح کاشتنی فلزی گردد
اگر عمر استفاده مفید این کاشتنی ها افزایش یابد مقدار زیادی از هزینه های درمان افزایش پیدا می کند.عمده معایب مواد سرامیکی شامل تردی و شکست ناگهانی است. این محدودیت های فیزیکی ساخت مفضل ران سرامیکی را بسیار مشکل وساخت مفضل زانو را غیرممکن ساخته است. در این بین هدف اصلی، توسعه و تأمین تکنولوژی پوشش دهی این کاشتنی ها با سرامیک ها به منظور کاهش نرخ سایش و افزایش عمر کاشتنی بوده است
به دلیل مشکلاتی که تشریح شد طراحی، تهیه و استفاده از پوشش بر روی کاشنتی مورد نظر نظیر پوشش های های بیوسرامیکی نانوساختار در دستور کار قرار گرفته است که از جمله مهمترین پوشش های نانوساختاری می توان به پوشش هیدروکسی آپاتیت نانوساختار و پوشش فلزی- سرامیکی نانوساختار اشاره کرد.
به عنوان مثال برای جایگزینی بافت سخت بدن از پوشش هیدروکسی آپاتیت بر روی زمینه فلزی استفاده می گردد[ 6-8 ] که از لحاظ ساختاری شبیه به آپاتیت موجود در استخوان می باشد و توانایی ایجاد پیوند بیولوژیکی با سلول های استخوانی موجود زنده را دارد.[ 9 ] به همین دلیل از این ماده در پرکردن استخوان آسیب دیده، ساخت داربست استخوان و پوشش ایمپلنت های فلزی استفاده می شود
همچنین استفاده از پوشش دی اکسید تیتانیم بر روی کاشتنی های فلزی مانند استنت های قلبی- عروقی، دریچه های مصنوعی قلب و به طور کلی نواحی که کاشتنی در تماس مستقیم و یا غیر مستقیم با خون می باشد به هدف افزایش مقاومت به خوردگی، افزایش خون سازگاری و بهبود خواص سایشی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است.
روش های مختلفی برای اعمال پوشش بر روی کاشتنی ها ، ازجمله روش پاشش پلاسمایی، سل - ژل، پوشش دهی با پرتو یونی و چند روش دیگر وجود دارد
از جمله مهمترین این روش ها می توان آلیاژسازی مکانیکی ، پاشش حرارتی، رسوب دهی فیزیکی و شیمیایی فاز بخار و غوطه وری گرم را نام برد
یکی از روش هایی که به تازگی برای اعمال این پوشش مورد استفاده قرار گرفته است روش آلیاژسازی مکانیکی است. این روش برای ساخت ترکیب ها و نانوکامپوزیت ها با استفاده از واکنش های مکانیکی-شیمیایی مناسب می باشد و به دلیل اینکه کامپوزیت ها ماهیتاً نانوکریستال بوده خواص بهتری را نسبت به اندازه بزرگ معمولی نشان می دهند
-1-1 آشنایی با پوشش دهی به روش فعالسازی مکانیکی
روش فعالسازی مکانیکی مکانیکی روشی نوین و کارا جهت تولید پوشش هایی با ضخامت میکرونی برروی زیرلایه ی جامد و یکی از روشهای سنتز مواد پایدار و نیمهپایدار در دمای اتاق است، که ترکیبات بین فلزی، مواد آمورف از جمله این مواد هستند.
در عملیات آسیاکاری همیشه مقداری از مخلوط پودر مورد نظر روی گلولهها و دیواره داخلی ظرف باقی میماند که نسبتا چسبندگی بالایی نیز دارد، از آنجایی که در حین عملیات آسیاکاری مقدار تنش زیادی به پودر توسط گلولهها وارد میشود بدین ترتیب حتی ممکن است که پوشش ایجاد شده به صورت نانوساختار باشد
امروزه براساس این پدیده به کمک آسیاکاری پوششهایی روی سطوح زیرلایههای فلزی ایجاد کردهاند. زیرلایه میتواند به صورت ورقی متصل به دیواره ظرف و یا تکهای همراه با گلولهها آسیاکاری شود. انرژی برخورد گلولهها میتواند منجر به واکنش بین لایه سطحی زیرلایه و مخلوط پودری شود.
در برخی مواقع گرمازایی واکنش-های انجام شده در حین آسیاکاری منجر به ذوب موضعی زیرلایه شده و بدین ترتیب فصل مشترک با استحکام بالا تشکیل خواهد شد. همچنین اگر زیرلایه به اندازه کافی نرم باشد ذرات پودری سخت در سطح زیرلایه فرو رفته و پوشش مورد نظر به کمک پدیده جوش سرد به سطح زیرلایه متصل شوند
پوششهایی که به روش مکانوشیمیایی ایجاد میشوند به دلیل گرمازا بودن واکنشهایی که در حین عملیات آسیاکاری صورت میگیرد اتصال بین پوشش و زیرلایه را افزایش داده و فصل مشترک با مقاومت و یکپارچگی بالایی را ایجاد میکند.در این روش برای کاهش فیزیکی اندازه ذرات از انرژی آسیاب کردن برای آغاز واکنش های شیمیایی بین موادی که آسیاب می شوند استفاده می شود.این فرآیند مستلزم حضور دو یا چند واکنش دهنده جامد و بعد اعمال حرارت است.
فرآیند فعالسازی مکانیکی با مخلوط کردن پودرهای اولیه با نسبت مناسب و وارد کردن آنها به داخل آسیاب حاوی گلوله های مقاوم به سایش - فولاد سخت یا سرامیک - آغاز می شود. در این فرآیند، ذرات پودر به طور پیوسته مسطح ،شکسته و دوباره جوش می خورند.
