فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده
فصل اول:کلیات
1-مقدمه ............................................................... 2
فصل دوم :تئوری
2-1- کاشتنی‌های فلزی و آلیاژی.................................. 7
2-2- بیوسرامیک‌ها................................................... 9
2-3- تاریخچه و گسترۀ بیوسرامیک‌ها............................... 10
2-4- معرفی زیرکونیا................................................ 14
2-4-1- خواص ریزساختاری زیرکونیا ............................... 19
2-4-2- ترکیب و خواص زیرکونیا ............................................. 16
2-4-3- سازگاری زیستی زیرکونیا ................................................. 17
2-4-4- کاربرد زیرکونیا در پزشکی .................................................. 18
2-4-5- پوشش زیرکونیا برای کاشتنی بدن ...................................... 20
2-5- معرفی هیدروکسی آپاتیت ............................................... 23
2-5-2- خواص هیدروکسی آپاتیت ............................................... 24
2-5-3- کاربرد هیدروکسی آپاتیت در پزشکی.................................. 26
2-5-4- تهیه هیدروکسی آپاتیت .................................................. 27
2-6-1- پوشش‌دهی به روش پاشش پلاسمایی........................................ 28
2-6-2- پوشش‌دهی به روش رسوب دهی الکتریکی تعلیقی ........................... 28
2-6-3- پوشش‌دهی به روش فشردن گرم(HIP)........................... 29
عنوان صفحه
2-6-4- پوشش‌دهی به روش پراکنش پرتویونی و پراکنش فرکانس رادیویی................... 29
2-6-5- پوشش‌دهی به روش پاشش پرسرعت سوخت اکسیژن ......................................... 29
2-6-6-پوشش‌دهی به روش سل-ژل................................................... 30
2-7- عملیات پوشش‌دهی پلاسمایی الکترولیتی ......................................... 30
2-7-1- تاریخچه ............................................................. 30
2-7-2- اصول فیزیکی و شیمیایی الکترولیزپلاسمایی.......................................... 31
2-7-3- خصوصیات جریان- ولتاژ....................................................................... 33
2-7-4- مکانیزمهای فرآیند EPT........................................................................... 35
فصل سوم:روش تحقیق
3-1- تجهیزات و مواد مصرفی مورد نیاز ............................. 39
3-2- آماده‌سازی نمونه‌ها............................................ 39
3-3- تهیه هیدروکسی آپاتیت ......................................... 40
3-4- عملیات پوشش‌دهی به روش پلاسمای الکترولیتی کاتدی (PET)........................ 40
3-5-تست ها و آنالیزهای پس از پوشش دهی................................. 43
3-5-1- بررسی مورفولوژی و ریز ساختارها ......................................... 43
3-5-2- تست سایش ......................................................... 43
3-5-3-تست ریز سختی...................................................... 44
3-5-4- تست زبری ................................................... 45
3-5-5- بررسی رفتار خوردگی ............................................... 45
عنوان صفحه
فصل چهارم: :بحث و نتیجه‌گیری
4-1- بهینه سازی محلول الکترولیت ..................................................... 49
4-2-عملیات پلاسمای الکترولیتی کاتدی (PET) به منظور ایجاد پوشش Zro2......... 51
4-2-عملیات پلاسمای الکترولیتی کاتدی (PET) به منظور ایجاد پوشش zro2-HA 52
4-4-بررسی‌های ریزساختار و مورفولوژی سطح............................................. 54
4-4-1-بررسی مورفولوژی سطح فولاد ضد زنگ 316ال و تیتانیوم با پوشش زیرکونیا. 54
4-4-2- بررسی ریزساختار فولاد ضد زنگ 316ال و تیتانیوم با پوشش زیرکونیا............ 56
4-4-3-بررسی مورفولوژی سطح فولاد ضد زنگ 316ال و تیتانیوم با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت 59
4-4-4- بررسی ریز ساختار فولاد ضد زنگ 316ال و تیتانیوم با پوشش زیرکونیا-
هیدروکسی آپاتیت .......................................... 62
4-5-خواص مکانیکی ......................... 65
4-5-1- سختی سطح ..................................... 65
4-5-2-زبری .............................................. 66
4-6-خواص سایشی و اصطحکاک.................................. 67
4-6-1- خواص سایشی و اصطحکاک فولاد ضد زنگ 316ال با پوشش زیرکونیا در
هوا.................................................... 67
4-6-2- خواص سایشی و اصطکاک تیتانیوم با پوشش زیرکونیا در هوا............................. 70
4-6-3- خواص سایشی و اصطکاک فولاد ضد زنگ 316ال با پوشش زیر کونیا و زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت در محلول رینگر .................................................................. 73
4-6-4- خواص سایشی و اصطکاک تیتانیوم با پوشش زیرکونیا و زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت در محلول رینگر 78
عنوان صفحه
4-6-5- مقایسه بین فولاد ضد زنگ 316 ال تیتانیوم با پوشش زیرکونیا و زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت 83
4-6-6- خواص سایشی و اصطکاک فولاد ضد زنگ 316 ال با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت در محلول بزاق مصنوعی 84
4-6-7- خواص سایشی و اصطکاک تیتانیوم بدون پوشش و تیتانیوم با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت در محلول بزاق مصنوعی................................. 86
4-6-8- مقایسه بین فولاد ضدزنگ 316ال و تیتانیوم با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی
آپاتیت .......................... 90
4-7-بررسی رفتار خوردگی................................. 90
4-7-1- بررسی خوردگی در نمونه های فولاد ضد زنگ 316 ال بدون پوشش، با پوشش زیرکونیا و با پوشش زیرکونیا-هیدروکسی آپاتیت در محلول رینگر ............................................... 90
4-7-2- بررسی خوردگی در نمونه های تیتانیوم بدون پوشش، با پوشش زیرکونیا و با پوشش زیرکونیا-هیدروکسی آپاتیت در محلول رینگر ............................................. 91
4-7-3- مقایسه خوردگی نمونه‌های تیتانیوم بدون پوشش و با پوشش زیرکونیا با نمونه فولاد ضد زنگ 316ال با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت در محلول رینگر............................................... 92
4-7-4- بررسی خوردگی در نمونه های تیتانیوم بدون پوشش و تیتانیوم و فولاد ضد زنگ 316ال با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت در محلول بزاق مصنوعی................................... 93
فصل پنجم:نتیجه‌گیری
5-1-نتیجه‌گیری............................................. 95
5-2-پیشنهادات........................................... 96
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1- ترکیب شیمیایی فولاد ضد زنگ 316ال............................... 2
جدول2-1- انواع تماس بافت و بیوسرامیک‌ها........................ 12
جدول2-2- نتایج ارزیابی بیولوژیکی زیرکونیا................. 17
جدول 2-3- تأثیر نوع بیوماده بر نوع پیوند فصل مشترک ماده استخوان ........................ 25
جدول2-4- مقایسه خواص بیومواد مختلف................................ 25
جدول3- 1-ترکیب شیمیایی فولاد ضد زنگ 316ال (درصد وزنی).................................... 39
جدول3-2-ترکیب شیمیایی تیتانیوم خالص تجاری گرید دو (درصد وزنی)..................... 39
جدول 3-3-ترکیب شیمیایی حمام الکترولیت (درصد وزنی)............................................... 41
جدول3-4-ترکیب شیمیایی محیط مشابه بدن- محلول رینگر (درصد وزنی).................. 47
جدول3-5- ترکیب شیمیایی محیط مشابه دهان- محلول بزاق مصنوعی......................... 47
جدول 4-1- بیشترین ولتاژ و ترکیب شیمیایی حمام الکترولیت......................................... 49
جدول 4-2- بیشترین ولتاژ و ترکیب شیمیایی حمام الکترولیت......................................... 49
جدول 4-3- بیشترین ولتاژ و ترکیب شیمیایی حمام الکترولیت......................................... 50
جدول 4-4- بیشترین ولتاژ و ترکیب شیمیایی حمام الکترولیت......................................... 50
فهرست اشکال
شکل 2-1- ساختار بلوری هیدروکسی آپاتیت................... 24
شکل 2-3-منحنی مشخصه جریان-ولتاژ نمونه برای فرآیند هایEPT در روش کاتدی33
شکل 2-4- تصویر شماتیک از مکانیزمهای تولیدی در فرآیند EPT................................. 37
شکل 3-1- منبع تغذیه سه فاز تولید کننده ولتاژ.................................. 42
شکل 3-2-تشکیل پلاسمای پایدار به رنگ نارنجی روشن...................................................... 42
شکل 3-3- دستگاه تست سایش پین روی دیسک چرخان................................................... 43
شکل 3-4- دستگاه تست ریز سخت ............................ 45
شکل 3-5- دستگاه زبری سنج................................................... 45
شکل 3-6- دستگاه پتانسیواستات ............................. 46
شکل 3-7- سلول پلاریزاسیون و الکترودها...................... 46
شکل4-1-نمودار خصوصیت جریان- ولتاژ برای عملیات پلاسمای الکترولیتی کاتدی... 52
شکل4-2- تصویر SEM از مورفولوژی سطح نمونه پوشش داده شده (پوشش زیرکونیا)
به روش پلاسمای الکترولیتی کاتدی الف) بر روی فولاد ضد زنگ 316 ال ب) بر روی تیتانیوم 55
شکل4-3-تصویر SEMاز سطح مقطع نمونه های پوشش داده شده (پوشش زیرکونیا) الف) بر روی فولاد ضد زنگ 316 ال و ب) بر روی تیتانیوم............................................................ 57
شکل4-4-نمودار XRD پوشش زیرکونیا بر روی الف) فولاد 316 ال و ب) تیتانیوم.. 58
شکل4-5- تصویر SEM از مورفولوژی سطح نمونه پوشش داده شده (پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت) به روش پلاسمای الکترولیتی کاتدی الف وب) بر روی فولاد 316 ال ج و د) بر روی تیتانیوم....................... 61
شکل4-6-تصویر SEMاز سطح مقطع نمونه های پوشش داده شده (پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت) الف) بر روی فولاد ضد زنگ 316 ال و ب) بر روی تیتانیوم............................................ 63
شکل4-7-نمودار XRD پوشش زیرکونیا – هیدروکسی آپاتیت بر روی الف) فولاد 316 ال و ب) تیتانیوم 64
شکل4-8- .نمودار ستونی مربوط به زبری نمونه فولاد ضد زنگ 316 ال بدون پوشش با پوشش زیرکونیا و با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت.................................................... 66
شکل4-9- .نمودار ستونی مربوط به زبری تیتانیوم بدون پوشش با پوشش زیرکونیا و با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت 67
شکل4-10- تصاویرSEM از مکانیزم سایش در هوا در الف) فولاد ضد زنگ 316 ال و
ب) فولاد ضد زنگ 316 ال با پوشش زیرکونیا............................................. 69
شکل4-11- تصویر SEMاز پر شدن فرورفتگی های سطح فولاد ضد زنگ 316 ال با پوشش زیرکونیاتوسط ذرات سایشی پس از انجام تست سایش....................................... 69
شکل4-12- نمودار ضریب اصطکاک بر حسب مسافت طی شده در تست سایش در هوا
الف) فولاد ضد زنگ 316 ال و ب) فولاد ضد زنگ 316 ال با پوشش زیرکونیا.............. 70
شکل4-13- تصاویرSEM از مکانیزم سایش در هوا در الف) تیتانیوم و ب) تیتانیوم با پوشش زیرکونیا 72
شکل4-14.نمودار ضریب اصطکاک بر حسب مسافت طی شده در تست سایش در هوا
الف) تیتانیوم و ب) تیتانیوم با پوشش زیرکونیا.................... 73
شکل4-15- تصاویرSEM از مکانیزم سایش درمحلول رینگر الف) الف) فولاد ضد زنگ 316 ال ب و ج) فولاد ضد زنگ 316 ال با پوشش زیرکونیا د و ه) فولاد ضد زنگ 316 ال با پوشش زیرکونیا – هیدروکسی آپاتیت 76
شکل4-16-. نمودار ضریب اصطکاک بر حسب مسافت طی شده در تست سایش در محلول رینگر الف) فولادضد زنگ 316 ال ب) فولادضد زنگ 316 ال با پوشش زیرکونیا و ج) فولادضد زنگ 316 ال با پوشش زیر کونیا-هیدروکسی آپاتیت 77
شکل4-17- تصاویرSEM از مکانیزم سایش درمحلول رینگر الف و ب) تیتانیوم ج
و د) تیتانیوم با پوشش زیرکونیا ه و و)تیتانیوم با پوشش زیرکونیا – هیدروکسی آپاتیت 81
شکل4-18-. نمودار ضریب اصطکاک بر حسب مسافت طی شده در تست سایش در محلول رینگر الف) تیتانیوم ب) تیتانیوم با پوشش زیرکونیا و ج) تیتانیوم با پوشش زیر کونیا-هیدروکسی آپاتیت............................... 83
شکل4-19- تصاویرSEM از مکانیزم سایش فولاد ضد زنگ 316 ال با پوشش زیرکونیا – هیدروکسی آپاتیت درمحلول بزاق مصنوعی........................................................... 85
شکل4-20-. نمودار ضریب اصطکاک بر حسب مسافت طی شده در تست سایش در محلول بزاق مصنوعی برای نمونه فولادضد زنگ 316 ال با پوشش زیر کونیا-هیدروکسی آپاتیت86.............
شکل4-21- تصاویرSEM از مکانیزم سایش درمحلول بزاق مصنوعی الف و ب) تیتانیوم ج ود) تیتانیوم با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت................................... 88
شکل4-22-. نمودار ضریب اصطکاک بر حسب مسافت طی شده در تست سایش در محلول بزاق مصنوعی الف) تیتانیوم و ب) تیتانیوم با پوشش زیر کونیا-هیدروکسی آپاتیت......... 89
شکل4-23-رفتار خوردگی در محلول رینگر برای نمونه های فولادضد زنگ 316 ال بدون پوشش با پوشش زیر کونیا و زیرکونیا-هیدروکسی آپاتیت.................................. 91
شکل4-24-رفتار خوردگی در محلول رینگر برای نمونه های تیتانیوم بدون پوشش با پوشش زیر کونیا و زیرکونیا-هیدروکسی آپاتیت.............................................. 92
شکل4-25-رفتار خوردگی در محلول رینگر برای نمونه های تیتانیوم بدون پوشش و با پوشش زیر کونیا و نمونه فولاد ضد زنگ316ال با پوشش زیرکونیا-هیدروکسی آپاتیت........................... 92
شکل4-26-رفتار خوردگی در محلول بزاق مصنوعی برای نمونه های تیتانیوم بدون پوشش و با پوشش زیر کونیا -هیدروکسی آپاتیت و نمونه فولاد ضد زنگ316ال با پوشش زیرکونیا-هیدروکسی آپاتیت................... 93
فصل اول
