بهينه سازي حمام بمنظور كاهش ولتاژ در روش نيتروكربوره كردن الكتروليتي پلاسمايي فولاد ضد زنگ آستنيتي و بررسي زيست سازگاري آن در بدن خرگوش

Optimizing a Bath for Plasma Electrolytic Nitrocarburizing of Austenitic Stainless Steel to Reduce the Applied Voltage and Evaluation of the Bio-Compatibility of the Coating in Rabbit Tribia

بمنظور بهبود ويژگي هاي سطحي براي استفاده در كاشت هاي پزشكي، يك فرايند نيتروكربوره كردن الكتروليتي پلاسمايي روي فولاد ضد زنگ آستنيتي بكار گرفته شد. محلول پايه، اوره اي با 10 درصد كلريد آمونيوم و 3 درصد كربنات سديم به عنوان حمام الكتروليت آماده شد. سپس نمونه ها باجريان مستقيم و كم ترين ولتاژ (150 ولت) پوشش داده شدند. ريخت شناسي سطح و سطح مقطع نمونه ي پوشش داده شده به وسيله ي ميكروسكوپ الكتروني روبشي بررسي شد. ريز ساختار و تركيب شيميايي نمونه ها به وسيله ي آناليز تفرق اشعه ي ايكس (XRD) و پراكنش انرژي اشعه ي ايكس (EDX) مطالعه شد. ريز ساختار لايه ي بيروني پوشش شامل اكسيد هاي كروم و آهن مي شود. براي بررسي زيست سازگاري نمونه ي نيتروكربور شده و مقايسه ي آن با فولاد ضدزنگ آستنيتي، دو گروه نمونه شامل نمونه ي بدون پوشش و نمونه ي پوشش داده شده، در استخوان درشت ني خرگوش قرار گرفت. پس از 6 هفته پين ها از بدن خارج شدند و به وسيله ي ميكروسكوپ الكتروني روبشي و پراكنش انرژي اشعه ي ايكس (EDX) مطالعه شد. عكس ها نشان دهنده ي سطح نمونه هستند و با مقايسه ي آن با عكس هاي پيش از قرار گيري در بدن مي توان به وجود لايه اي از بافت پي برد. آناليز EDX نيز مقادير قابل ملاحظه اي از فسفر و كلسيم و توزيع نا يكنواخت آن ها را روي سطح نمونه نشان مي دهد كه نشان دهنده ي رشد بافت روي سطح به دليل ساختار متخلخل است.

A plasma electrolytic nitrocarburizing process was carried out on austenitic stainless steel in order to enhance surface properties in medical implants applications. An urea-based solution with 10 percent NH4Cl and 3 percent Na2CO3 was used as the electrolyte. The samples were coated using the least possible voltage (150 volts). Cross-section and surface morphology of the coated samples were studied using a scanning electron microscope. Microstructure and composition of the samples were investigated using X-Ray Diffraction analysis and Energy Dispersive X-Ray analysis. The microstructure of the outer layer of the coating consisted of iron and chromium oxides. In order to study the bio-compatibility of nitrocarburized samples and to compare the results with those of untreated samples, a group of each type of samples was placed inside rabbitsʹ tribia bones. After six weeks, the pins were removed from the body and were studied using X-Ray and EDX analyses, to obtain images of the samplesʹ surfaces, both post and prior to the implantation. Studying these images revealed the formation of a layer of tissue on the surface. EDX analysis also showed the presence of a significant amount of phosphorous and calcium with a non-homogenous distribution. These results indicated tissue growth on the surface due to the presence of a porous structure.