بخشی از مقاله
چکیده
امروزه منیزیم بهدلیل خواص ویژهای نظیر دانسیته پایین، انعطافپذیری، استحکام مطلوب،غیرسمیبودن و زیستتخریبپذیربودن توجه ویژه ای را به عنوان کاشتنیهای موقت در محیط بدن، به خود جلب کردهاست. باوجوداین، مقاومت بهخوردگی کم منیزیم یکی از مهمترین مشکلات این فلز است که سبب محدودیت در کاربرد آن میشود. روشهای گوناگونی به منظور بهبود رفتار منیزیم دنبال شده که از جمله آن می توان به آلیاژ سازی و انواع فرآیندهای پوششدهی و اصلاح سطح اشاره کرد. هدف از پژوهش حاضر بهبود رفتار خوردگی آلیاژ منیزیم از طریق ترکیبی از فرآیند اصلاح سطحی با کمک آندایزینگ و پوشش پلیمری است. بدین منظور نمونه های آلیاژ AZ91 تحت عملیات آندایز در ولتاژو زمانهای مختلف قرار گرفتند و بعد از بهینهسازی پارامترهای فرایند آندایزینگ، نانو پوششی از پلیمرهای زیست سازگار و غیرسمی پلیاترایمید و کاپاکاراگناین به روش خودآرایی بر روی آنها ، ایجاد شد. نتایج حاصل به کمک آزمون خوردگی و میکروسکوپ الکترونی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشانداد که دو مرحله پوششدهی سبب بهبود قابل توجه مقاومت در برابر خوردگی آلیاژ AZ91 شد.
کلمات کلیدی: آلیاژAZ91، آندایزینگ، نانوپوشش پلیمری، پلیاترایمید ،کاپاکاراگناین
مقدمه
فلزات دستهای از مواد مصرفی در بدن هستند که به عنوان داربست یا ایمپلنت مورداستفاده قرار میگیرند. فلزاتی که میتوانند در این دسته واقع شوند باید زیستسازگار بوده و اثرات سمی از خود در بدن برجای نگذارند. امروزه منیزیم و آلیاژهای آن به عنوان دستهای از فلزات بسیار سبک کاربردهای فراوانی به عنوان بیومواد یافتهاند. از مزایای استفاده از منیزیم به عنوان بیومواد میتوان به دانسیته پایین، استحکام ویژه بالا، انعطافپذیری بالا، زیستسازگاری، زیستتخریبپذیری، قابلیت ریختهگری عالی و قابلیت ماشینکاری اشاره کرد. [5-1]با اینحال منیزیم بهطور ذاتی فلز بسیار فعالی است و آلیاژهای آن به طور معمول مقاومت به خوردگی ضعیفی دارند که کاربرد آنها را محدود میکند.
مقاومت به خوردگی کم منیزیم منجر به کاهش سریع خواص مکانیکی آن و همچنین منجر به تصاعد سریع گاز هیدروژن در داخل بدن میشود.[8-6] به این دلایل، فلز منیزیم تغییر داده نشده وخالص، یک ماده ایدهآل برای کاربرد در بدن نیست. بنابریان با کمک عملیات سطحی مناسب میتوان خوردگی آلیاژ را کنترل کرد و همچنین یکپارچگی مکانیکی برای مدت زمانی که مورد نیاز است را حفظ نمود. پس عملیات پوششدهی سطح برای حفاظت آلیاژهای منیزیمی از خوردگی، شکست، سایش و افزایش زیست-سازگاری لازم است. روشهای عملیات سطحی مختلفی مانند الکترولس، آندایزینگ، نفوذ جامد و لیزر وجود دارد که میتوانند موجب اصلاح خواص سطح آلیاژ شوند.[10 ,9]
چنین اصلاحاتی باید از لحاظ بیولوژیکی سازگار و همچنین در محیطهای خورنده نیز محافظ باشند. بسیاری از فلزات به اکسید شدن تمایل دارند و لایهی نسبتاً پایداری ازاکسید، روی آنها تشکیل میشود. در شرایط معینی این لایهی اکسید محافظت کننده است و از خوردگی سطح فلز جلوگیری میکند. در عمل، به منظور افزایش مقاومت بهخوردگی، با استفاده از این خاصیت، لایهی اکسیدی یا هیدروکسیدی موجود بر روی فلزات را تقویت میکنند و یا باعث ایجاد این لایه میشوند که یکی از روشهای آن آندایزینگ میباشد.[11] در سالهای اخیر فرآیند آندایزینگ1 به منظور بهبود مشکلات سطحی منیزیم و آلیاژهایش مورد استفاده وسیعی قرار گرفتهاست.
آندایز یک فرآیند الکتروشیمیایی است که برای افزایش ضخامت لایهی اکسیدی که به صورت طبیعی روی سطح فلزات تشکیل میشود، مورد استفاده قرار میگیرد. در این فرآیند لایهی اکسیدی، به وسیله ی عبور جریان از محلول الکترولیت، رشد میکند. قطعهی فلز مورد آزمایش،بهعنوان آند عمل میکند. جریان، هیدروژن را در کاتد - الکترود منفی - و اکسیژن را در سطح آند - الکترود مثبت - آزاد نموده و منجر به رشد لایهی اکسیدی میگردد. مطالعات حاکی از افزایش چشمگیر مقاومت بهخوردگی آلیاژهای منیزیم به کمک فرآیند آندایزینگ می باشد.[13 ,12] با اینوجود، شکلگیری میکروترکها و میکرو-تخلخل ها در این روش پوششدهی اجتنابناپذیر است، که منجر به کاهش مقاومت به خورردگی پوشش میشود. بنابراین ایجاد پوششی به منظور آببندی تخلخلها میتواند بهطور چشمگیری منجر به افزایش مقاومت بهخوردگی شود.
پوششهای پلیمری زیستسازگار یکی از بهترین گزینهها بدین منظور میباشند که با پرکردن منافذ، تخلخل-ها و ترکها میتوانند موجب بهبود مقاومت بهخوردگی شوند.[15 ,14] یکی از روشهای ایجاد پوششهای پلیمری بر سطح خودآرایی میباشد.ا ین روش روشی فراگیر، موثر ،آسان، قدرتمند، قابل تکثیر، انعطافپذیر و کارآمد برای اصلاح سطح و ایجاد پوششهای نانومتری با ساختار بسیار منظم و ضخامت، ترکیب، ساختار و خواص قابل تنظیم میباشد. بهطور کلی، این روش براساس رسوبهای متوالی خودبهخود پلیآنیونها و پلیکاتیونها میباشد که منجر به تشکیل چند لایههای پلی الکترولیتی1 میشود به عبارت دیگر با این روش چندلایه های ترکیبی پلی الکترولیت می توانند روی سطوح جامد با جذب متوالی پلی آنیون و پلی کاتیونها با جاذبه الکتروستاتیک، شکل گیرند.[16]هدف از پژوهش حاضر، بهبود رفتار خوردگی منیزیم در محیط بدن ، به کمک فرآیند آندایزینگ و ایجاد نانوپوششهای پلیمری خودآرا است.
مواد و روش تحقیق
در این پژوهش از آلیاژ AZ91 به ابعاد 20*10*3 میلیمترمکعب به عنوان زیرلایه استفاده شد. آمادهسازی سطح نقش به سزایی در بهبود خواص پوشش ایجاد شده خواهدداشت. بههمین منظور عملیات سنبادهزنی با سنبادههای 80، 600،1200و 2400 انجام شد و به منظور رفع آلودگیها و چربیزدایی، نمونهها به مدت 15 دقیقه در حمام آلتروسونیک در محیط استون شستوشو داده شدند و پس از خشک شدن در هوا آماده پوششدهی شدند.
