بررسي رفتار خوردگي و زيست سازگاري آلياژ تيتانيوم پوشش دهي شده با نانولايه كاربيد تانتالوم براي كاربردهاي ارتوپدي

Corrosion Behavior and Biocompatibility of Tantalum Carbide Nanolayer Coated Ti-6Al-4V for Orthopedic Applications

در اين تحقيق، نانولايه كاربيد تانتالوم با ضخامت 500 نانومتر بر روي سطح آلياژ Ti-6Al-4V با روش رسوب دهي فيزيكي از فاز بخار با پرتو الكتروني به منظور اصلاح سطح زيرلايه، پوشش داده شد. با ارزيابي سختي سطح نمونه ها، سختي سطح نمونه اصلاح شده با پوشش كاربيد تانتالوم (Ti-6Al-4V/Ta2C) نسبت به نمونه بدون پوشش (Ti-6Al-4V) به عنوان شاهد از HV346 به HV640 افزايش يافت. هم چنين با انجام آزمون خوردگي در محلول فيزيولوژيكي هنكس مشاهده گرديد كه چگالي جريان خوردگي در نمونه ها در مقايسه با نمونه شاهد از 2 به 5/1 كاهش مي يابد كه بيانگر بهبود مقاومت به خوردگي نمونه اصلاح شده مي باشد. پس از آزمون خوردگي با بررسي ميزان رهايش يون هاي V، Al و Ti، غلظت عناصر آزاد شده پس از پوشش دهي به بيش از نصف ميزان آنها در قبل از پوشش دهي كاهش مي يابد. هم چنين افزايش رشد و تكثير سلول هاي MG-67(استيوبلاست) و چسبيدن و پهن شدن آنها بر روي سطح نمونه هاي پوشش دهي شده نسبت به نمونه شاهد توسط آزمون هاي برون تني و سميت سلولي مشاهده گرديد. نهايتاً، آزمون هاي پراش پرتو ايكس، بررسي هاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي و آناليز عنصري به ترتيب براي شناسايي فازها، بررسي مورفولوژي و تعيين در صد عناصر نمونه ها انجام گرفت. بنابراين نتايج اين مطالعه نشان داد كه آلياژ Ti-6Al-4V پوشش داده شده با كاربيد تانتالوم با توجه به مقاومت خوردگي و خواص سطحي عالي، گزينه مناسبي براي كاربرد در ايمپلنت هاي ارتوپدي مي باشد.

In the present study, tantalum carbide nanolayer with 500 nm thickness was coated on with Ti-6Al-4V alloy surface by using physical vapor deposition technique with electron beam in order to modify the substrate surface. The surface hardness of the modified samples surface with tantalum carbide coating (Ti-6Al-4V/Ta2C) compared to uncoated sample (Ti-6Al-4V) was increased from 346 HV to 640 HV. Also, the corrosion test in Hankʹs solution revealed that the corrosion current density of Ti-6Al-4V/ Ta2C decreased from 2 µA/cm2 to. 1.5 µA/cm2 for uncoated sample, which reflects improvements in corrosion resistance of modified sample. After the corrosion test, by investigating the release rate of Al, V and Ti ions, released elements concentration after coating reduced to loss them 50 pencil yallelantnts . Increase in the growth and proliferation of MG-67 cells (osteoblast) and their adhesion and spreading on the surface of coated samples observed compared to uncoated sample in the in vitro and cytotoxicity (MTT) tests. Finally, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and elemental analysis (EDXA) tests were carried out in order to identify the phases, morphological assessment and percentage of elements in the samples, respectively. the results indicated that Ti-6Al-4V coated with tantalum carbide in terms of corrosion resistance and excellent surface properties, is a betten choice for use in orthopedic implants.