تشكيل پوشش نانومتخلخل هيدروكسي‌آپاتيت- تيتانيا با روش اكسيداسيون جرقه ميكروني و رابطه پارامترهاي رشد با خواص پوشش

Preparation of Nano-porous Hydroxyapatite-Titania Coatings by Micro Arc Oxidation: Effect of Process Parameters

لايه هاي كامپوزيتي نانوساختار هيدروكسي‌آپاتيت- تيتانيا به كمك فرآيند اكسيداسيون جرقه ميكروني در الكتروليت حاوي نمك-هاي استات كلسيم و بتا گليسرو فسفات با غلظت هاي متفاوت و تحت زمان هاي متفاوت ايجاد شدند. تاثير اين دو پارامتر متغير بر روي ريزساختار، زبري سطح، ساختار فازي و تركيب شيميايي لايه ها بررسي گرديد. مطالعه بر روي تركيب لايه ها بر مبناي تكنيك هاي XRD و XPS نشان داد كه آنها شامل فازهاي هيدروكسي‌آپاتيت، آناتاز، تيتانات كلسيم و آلفا تري ‌كلسيم فسفات هستند. مشاهده شد كه درصد نسبي هيدروكسي‌آپاتيت، در غلظت الكتروليت كم تحت زمان هاي رشد پايين، اما در غلظت الكتروليت زياد تحت زمان هاي رشد متوسط به بيشترين مقدار خود مي رسد. طبق مشاهدات SEM و AFM لايه هايي با ريزساختار متخلخل و سطحي زبر بدست آمد كه اندازه تخلخل هاي آنها با زمان افزايش يافت. بيشترين ميزان زبري مربوط به لايه‌هاي رشد يافته در غلظت الكتروليت بيشتر و زمان فرآيند متوسط بود كه اين لايه ها بهترين خواص فيزيكي و شيميايي را جهت كاربرد به عنوان بايوپوشش‌ها ارايه مي دهند. بر اساس الگوي XRD، اندازه كريستالي هيدروكسي‌آپاتيت براي همه لايه ها كمتر از 100 نانومتر تعيين شد و براي لايه هاي رشد يافته در غلظت الكتروليت بيشتر، اعداد بزرگ‌تري بدست داد.

In the present work, TiO2/HAp nano-porous composite layers have been made by micro arc oxidation process in the electrolyte containing calcium acetate salts and B-glycerol phosphate with different concentrations and in various periods. Then the effects of these two variable parameters on phase structure, chemical composition, microstructures, and surface roughness of layers have been investigated. Studying the layers composition based on XRD and XPS techniques showed that they contain HAp phases, anatase, calcium titanate and ?-tri-calcium phosphate. It was observed that the relative percentage of HAp reaches to its maximum amount in low levels of electrolyte concentration in small growth times but in high levels of electrolyte concentration in medium growth times. According to the observations of SEM and AFM, the layers with porous microstructures and rough surfaces were obtained whose pores sizes increased with time. Maximum amount of roughness was associated with the layers grown in higher concentrated electrolytes and medium process time, the layers presenting the best physical and chemical properties in order to be employed as bio-coatings. Based on XRD pattern, the average crystalline size of HAp was determined as < 100 nm for all layers and larger numbers were obtained for layers grown in more concentrated electrolytes.