بررسي ساز و كار تشكيل پوشش سراميكي كامپوزيتي TiB/TiB2 روي تيتانيوم خالص تجاري و توانايي استخوان‌سازي آن

Study on Ceramic Composite TiB/TiB2 Coating Mechanism on Commercial Pure Titanium and Its Osteoconduction

تيتانيوم و آلياژهاي آن به دليل مقاومت به خوردگي و خواص مكانيكي بالا در ساخت كاشتني­هاي تحت بار استفاده مي­شوند. با اين وجود از لحاظ رفتارهاي سطحي و تريبولوژي دچار ضعف هستند. در اين پژوهش مكانيزم ايجاد پوشش محافظ كامپوزيتي TiB/TiB2 روي تيتانيوم خالص تجاري به روش نفوذي پك سمانتاسيون و توانايي استخوان­ سازي آن در آزمون­هاي in-vitro مطالعه شده اند. فرايند بوردهي در دماهاي مختلف (˚C 800 و ˚C 1000) به مدت 60 دقيقه انجام شد. بررسي تصاوير SEM از سطح مقطع نمونه­ها و مطالعه مدل­هاي نفوذي نشان داد كه در يك زمان مشخص با افزايش دما گراديان غلظتي از اتم­هاي بور در سطح تيتانيوم ايجاد مي­ شود كه منجر به تشكيل تركيب­هاي TiB2، Ti3B4 و TiB از سطح به عمق نمونه مي­ شود. نتايج فاز شناسي به كمك فن XRD مكانيزم را تائيد كرد. همچنين نتايج نشان داد كه بوردهي در دماي ˚C 800 منجر به تشكيل پوشش تك فاز TiB و بوردهي در دماي ˚C 1000 منجر به تشكيل پوشش كامپوزيت TiB/TiB2 مي­شود. نتايج آزمون in-vitro توانايي استخوان­ سازي طي دو هفته غوطه­ وري در محلول شبيه ساز بدن (SBF) براي نمونه­ هاي بدون و با پوشش نشان داد كه پوشش كامپوزيت TiB/TiB2 قادر است سطح تيتانيوم خالص تجاري را از يك بيوماده خنثي به يك بيو ماده زيست فعال با قابليت استخوان­ سازي تبديل نمايد. تصوير SEM از سطح پوشش كامپوزيت TiB /TiB2 پس از دو هفته غوطه ­وري تشكيل رسوبات آپاتيت استخواني با ساختار متخلخل و مشابه بافت استخوان اسفنجي را نشان داد.

Titanium and its alloys are used as under-load implants due to the high corrosion resistant and mechanical properties. However, they show weakness in surface and tribology behavior. In this study, the protective composite TiB/TiB2 coating mechanism towards the diffusion pack cementation method and also their osteoconduction properties have been investigated via in-vitro experience. Boriding process was performed at the different temperatures (800 and 1000 ˚C) for certain soaking time (60 min). SEM micrographs showed a gradient B concentration regard to the formation of TiB2, Ti3B4, and TiB phases. XRD analysis also confirmed the formation mechanism and indicated that boriding at 800 ˚C tends to single phase TiB, while at 1000 ˚C tends to the formation of composite TiB/TiB2 coating. In-vitro study during two weeks immersion in simulated body fluid (SBF) showed that the TiB/TiB2 coating exchanges the bio-inert titanium surface to a bio-active surface resulting in an osteoconductive material formation. SEM image of TiB/TiB2 coating after two weeks immersion revealed that bone like apatite precipitants formed a porous structure like cancellous bone tissue on the titanium surface.