پوشش دو لايه HA/TiO2 بر روي زيرلايه Ti-6Al-4V به روش كند و پاش مگنترون RF

Applying and Characterization of Physical – Chemical Properties of HA and TiO2 Coatings on Ti-6Al-4V Alloy

در تحقيق حاضر، لايه هايي از HA ، TiO2 و HA/TiO2 با روش كند و پاش مگنترون AC و DC بر روي زيرلايه Ti-6Al-4V پوشش داده شدند. در اين جا با تعيين پارامترهاي بهينه پوشش دهي كه براي هيدروكسي آپاتيت توان W 175 و براي تك لايه تيتانيا نسبت آرگون به اكسيژن Ar/O2) 30/70) بود، نمونه دو لايه HA/TiO2 پوشش دهي گرديد. به منظور بررسي فازهاي تشكيل شده، مورفولوژي و زبري سطح به ترتيب از پراش اشعه ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM) بهره گرفته شد. همچنين اثر دما در عمليات حرارتي بر رشد لايه هيدروكسي آپاتيت مورد بررسي قرار گرفت. با غوطه وري نمونه ها درون مايع شبيه سازي بدن (SBF) آزمايش خوردگي نيز انجام شد. نتايج XRD وجود فازهاي HA و TiO2 را در پوشش هاي مربوطه تائيد مي كنند. ضمن اين كه مشاهده گرديد با انجام عمليات حرارتي بر روي نمونه چند لايه، پيك هاي مربوط به HA رشد داشته و نيز مقاومت به خوردگي بهبود يافته است؛ به طوري كه شاخص دانسيته جريان خوردگي از مقدار mA.cm-2 0/041 براي نمونه تك لايه هيدروكسي آپاتيت، به مقدار 0/015 ، 0/007 و 0/003 به ترتيب براي نمونه با پوشش چند لايه عمليات حرارتي نشده و نمونه هاي چند لايه عمليات حرارتي شده در °C 500 و °C 800 كاهش يافت. بدين ترتيب نمونه چند لايه عمليات حرارتي شده در °C 800 بهترين مقاومت به خوردگي را دارا بود. همچنين تصاوير SEM حاكي از تشكيل لايه نازكي از HA و TiO2 با ضخامتي در حدود nm 300 دارد. داده هاي AFM بيان مي دارند كه زبري سطح زيرلايه بدون پوشش با اعمال پوشش هاي تك لايه HA و TiO2 و چند لايه HA/TiO2 بهبود يافته است. طبق اين داده ها نمونه هاي تك لايه TiO2 و HA زبري سطح تقريباً يكسان (در حدود 64) داشتند. در مورد نمونه چند لايه عمليات حرارتي نشده، عدد 73/5 بهبود خوبي در زبري سطح را نشان مي دهد. براي چند لايه عمليات حرارتي شده در °C 800 اين عدد به شدت افزايش يافته و شاهد رشد شديدي بوده است كه نشان از اثر بسيار مثيت انجام عمليات حرارتي بر خواص سطحي پوشش هيدروكسي آپاتيت مي باشد..

In current research، single HA، single TiO2، and double layer HA/TiO2 coatings was applied on Ti-6Al-4V substrate by AC/DC magnetron sputtering method with obtained optimum parameters. The parameters were: power 175 W to coat single HA layer، optimum Ar/O2 ratio of 30/70 for coating TiO2 thin film، both which applied for HA/TiO2 multilayer coating sample. In addition، the effect of heat treatment temperature on hydroxyapatite layer growth was investigated. Phase formation، morphology، and roughness of coatings’ surface were investigated by X-Ray Diffraction (XRD)، Scanning Electron Microscopy (SEM)، and Atomic Force Microscope (AFM)، respectively. Also، the effect of exposing samples to simulated body fluid (SBF) was studied. SEM images confirmed the formation of calcium phosphate precipitations on the surface of coatings. The XRD patterns and EDS analysis results showed the precipitations formed on surface of coatings were calcium phosphate phases. The corrosion test showed that the corrosion resistance of heat-treated HA/TiO2 multilayer coating was improved، 0.041 A.cm-2 in comparison with 0.015، 0.007، and 0.003 for single HA، untreated multilayer، heat-treated multilayer at 500ºC and 800ºC، respectively. SEM micrographs showed that at same periods of soaking samples into SBF، more precipitation formed on HA/TiO2 coating in than HA coating which indicates the improvement of bioactivity of Ti implants with applying the HA coatings، also showing 300 nm thick layers of HA and TiO2 on the alloy surface. AFM results showed that surface roughness of uncoated Ti alloy was improved by applying coatings of single HA، single TiO2، and multilayer HA/TiO2. The results of AFM also demonstrates that the single HA and single TiO2 coatings had similar surface roughness ( 64 Å) while untreated multilayer coating had an improved roughness of 73.5Å. The surface roughness was increased drastically for heat-treated multilayer sample at 800ºC due to positive effect of heat treatment on hydroxyapatite coating’s surface properties.