پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر موفق شدند خواص چسبندگی و خوردگی پوشش‌های نانو هیدروکسی آپاتیت را به وسیله اصلاح زیرلایه، به روش برسکاری (wire brushin g) بهبود بخشند.

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 از۱۲۰۰oC ) موجب فرسایش فلز زیرلایه و همچنین تجزیه هیدروکسی آپاتیت می‌شود و از طرفی در اثر سینتر HA در دمای کمتر از ۱۰۰۰oC 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-۶Al-۴V به روش برسکاری است. این طرح می‌تواند به صورت مستقیم و غیرمستقیم در صنایع مهندسی پزشکی و بیومواد مورد استفاده قرار بگیرد.

ایجاد زیرلایه اصلاح شده Ti-۶Al-۴V 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-۶Al-۴V و بهبود خواص خوردگی در محلول شبیه سازی شده بدن برای پوشش الکتروفورتیک نانوذرات هیدروکسی آپاتیت بر زیرلایه اصلاح شده Ti-۶Al-۴V از دیگر ویژگی‌های این طرح است.

حمیدرضا فرنوش، دانشجوی دکترای مهندسی متالورژی و مواد، در مورد مراحل انجام این کار تحقیقاتی گفت: در این تحقیق از روش لایه نشانی الکتروفورتیک برای ایجاد پوشش نانوذرات هیدروکسی آپاتیت بر زیرلایه اصلاح شده Ti-۶Al-۴V 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 بدست آمده به وسیله FE-SEM مشاهده شد. سپس به منظور بهبود خواص چسبندگی پوشش، فرایند برسکاری بر سطح زیرلایه‌های Ti-۶Al-۴V در سرعت‌ها و مدت زمان‌های مختلف به کار رفت.

وی افزود: در این پژوهش بهترین پارامترهای برسکاری (سرعت ۱۶۰۰۰rpm و زمان ۶۰s) با توجه به پروفیل میکروسختی، مطالعه توپوگرافی و زبری سطح انتخاب شد و در پایان نیز خواص 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 داوود حق شناس فتمه سری و دکتر فتح‌الله 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.

فرنوش در رابطه با نتایج این کار تحقیقاتی تصریح كرد: 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-۶Al-۴V، حدود ۲۴MPa به دست آمد که مقدار آن در مقایسه با نمونه بدون پیش عملیات برسکاری تقریبا دو برابر است.

وی افزود: 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» منتشر شده است.