بررسی تاثیر همزمان اصلاح سازی سطح و پوشش فورستریت نانوساختار بر رفتار خوردگی زیرلایه فلزی فولاد زنگ نزن

فولاد زنگ نزن آستنیتی 316 ال به دلیل خواص استحکامی، مکانیکی، زیست سازگاری و قیمت مناسب کاربرد گسترده ای در کاشتنی های پزشکی دارد. رفتار خوردگی این فولاد در شرایط بدن چندان مطلوب نیست و در اثر خوردگی موضعی، با آزادکردن یون های فلزی و محصولات خوردگی سبب التهاب، حساسیت و تخریب بافت مجاور می گردد. در این پژوهش برای بهبود خواص خوردگی، پوشش بیوسرامیکی فورستریت نانوساختار به روش لایه نشانی الکتروفورتیک بر روی زیرلایه زنگ نزن اعمال شد. برای این منظور، نانوذرات فورستریت به روش فعال سازی مکانوشیمیایی تولید شد و در محلول حاوی 5/0 درصد وزنی پلی وینیل الکل پوشش دهی انجام گردید تا بارپذیری مناسب بر سطح نانوذرات فورستریت ایجاد شود. سپس نانوذرات فورستریت پوشش دار با پلی وینیل الکل، در محیط متانول برای پوشش دهی روی زیرلایه های زنگ نزن در شرایط مختلفی از ولتاژ (10، 15، 20 و 25 ولت) و زمان (1، 3 و 5 دقیقه) پوشش دهی قرار گرفتند. بهترین پوشش با ظاهری یکنواخت و چسبنده به زیرلایه در شرایط پوشش دهی 25 ولت و زمان 5 دقیقه حاصل شد. سپس پوشش های تر، تحت عملیات تف جوشی قرار گرفتند. برای حفظ ابعاد نانوساختار پوشش فورستریت، فرایند تف جوشی دومرحله ای بر روی آن اعمال شد. پوشش های حاصل دارای کمترین ترک سطحی، یکنواخت و از چسبندگی خوبی برخوردار بودند و فاز ثانویه ای در حین فرایند پوشش دهی و پس از آن مشاهده نشد. آزمون pull-offو روش دندانه گذاری با فرورونده ویکرز برای بررسی خواص مکانیکی پوشش استفاده شد. خواص زیست فعالی پوشش ها توسط آزمون غوطه وری پوشش ها درون محلول شبیه سازی شده سیال بدن به مدت 28 روز انجام گرفت. زیرلایه های خام با زبری های مختلف (پولیش شده، سنباده کاری شده تا سنباده 400 و ماسه پاشی شده) و اصلاح سازی شیمیایی شده با نیتریک اسید 40درصد و سولفوریک اسید 20 و 15 درصد، پوشش دهی شدند و رفتار خوردگی عمومی و موضعی آن ها در محلول رینگر با آزمون پلاریزاسیون چرخه ای بررسی شد. با محاسبه ی طول ترک های شعاعی در روش فرورنده ویکرز، چقرمگی شکست پوشش mpa m0.5 18/1 به دست آمد. بیشترین استحکام پیوستگی مربوط به نمونه ماسه پاشی شده با mpa6/12 و کمترین استحکام پیوستگی مربوط به نمونه پولیش شده با mpa9/6 بود. نتایج آزمون های طیف سنجی فروسرخ با تبدیل فوریه، تفکیک انرژی پرتو ایکس و تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از رسوبات تشکیل شده روی سطح پوشش پس از غوطه وری، حاکی از ایجاد آپاتیت بر روی پوشش بود. نتایج آزمون های خوردگی نشان داد به طور کلی اعمال پوشش بیوسرامیکی فورستریت به عنوان یک سد بر روی زیرلایه، چگالی جریان خوردگی را کاهش و پتانسیل خوردگی زیرلایه را افزایش می بخشد. زیرلایه های سنباده کاری شده و رویین شده با نیتریک اسید 40 درصد و سولفوریک اسید 20 درصد که پوشش دهی فورستریت روی آن ها اعمال شده بود، به ترتیب دارای پتانسیل حفره دار شدن 652 و 518 میلی ولت بودند که نسبت به دیگر نمونه های اصلاح سازی سطح شده و نمونه ی بدون پوشش، بیشتر بودند و مقاومت به خوردگی حفره ای بهتری را از خود نشان دادند.