پوشش روی فسفات روی فولاد ضد زنگ نوع  316L با استفاده از روش هیدروترمال

مقدمه

فولاد ضدزنگ به علت مقاومت در برابر خوردگی خوب، کارایی گرم و سرد و خواص مکانیکی عالی، به طور گسترده ای در صنعت استفاده می شود. از میان آنها نوع فولاد ضد زنگ 316L (به عنوان 316L SS نامیده می شود) شناخته شده به عنوان مواد سازگار با محیط زیست است و آن را به عنوان پیچ و یا صفحات برای کاشت در ارتوپدی و دندانپزشکی استفاده می شود.

آهن به عنوان Fe²⁺ ، که ممکن است از  316L SS  زیر محیط بدنه حل شود، یک عنصر ردیابی  ضروری برای تقریبا تمام موجودات زنده است، با این حال، غلظت بالا یون Fe²⁺  منجر به اثر منفی بر بافت زنده می شود [1]. بنابراین پوشش سطح می تواند برای جلوگیری از آزاد شدن یون Fe²⁺  مفید باشد. با توجه به اصلاح سطح 316L SS، اخیرا تنها چند روش پوشش سطحی مانند اسپری پلاسما [2]، الکتروشیمیایی [3] و روش الکترولیزوئید [4] گزارش شده است که برای مواد بیولوژیکی مورد ، اما همچنین زمینه های مهندسی استفاده قرار می گیرند.

پوشش های زیست فعال اسپری شده توسط پلاسما ممکن است برای SS 316L مجاز باشد زیرا آنها در حال حاضر در ایمپلنت های ساخته شده از تیتانیوم و آلیاژ آن استفاده می شود؛ با این حال، ضریب چسبندگی ضخامت پوشش فلز و همچنین بی ثباتی فاز، ترک­ها و مشکل کنترل لایه های رسوب شده گزارش شده است [5]. روش پوشش وضعیت الکترود در راه اندازی و بررسی پردازش نسبتا پیچیده است [6].

از سوی دیگر، فسفاته شده یا فسفاتیزه کردن روی، یک نوع پوشش فسفات روی یکی از محبوب ترین روش هایی است که برای فولاد معتدل برای بدست آوردن یک لایه محافظ روی آن در برابر واکنش خوردگی استفاده می شود [7]. به طور کلی، چندین کاربرد برای فلزات فسفاته روی ، مانند دستگاه های مقاوم در برابر خوردگی [8]، قطعات خودروی مقاوم در برابر سایش مانند محور چرخ دنده و میل لنگ [9]، شکل گیری سرد فولاد [10]، روانکاری برای رسم عمیق [11]، پیش درمان نقاشی [12]، و اتصال مکانیکی [13] بین پلیمرها و سطح فلزات به خوبی شناخته شده است. ما انتظار داریم پوشش فسفات روی برای یک پوشش سرامیکی سازگار با زیست یک کاندیدا باشد، زیرا فسفات جزء اصلی رشد بافت سرامیک­های مشتق شده از فسفات کلسیم است. روی یکی از عناصر موثر برای افزایش کانی سازی زیستی است [14-16]. علاوه بر این، مقاومت اتصال لایه فسفات روی به سطح فولاد بسیار بالا است. در آزمایش اولیه ما، یک روش فسفاتیزه کردن سنتی (90 درجه سانتیگراد برای چند دقیقه]17-19[) به 316 L SS استفاده شد. با این وجود، پوشش فسفات روی از 316 L SS حتی بعد از 30 روز خیس خوردن نمی­توانست بدست آورده شود. بر اساس این نتیجه، ما فکر کردیم که دمای بالای بیش از 100 درجه سانتیگراد ممکن است برای بدست آوردن لایه پوشش فسفات بر روی 316  L SS لازم باشد. بدین ترتیب، برای درمان پوشش فسفات روی 316  L SS در این آزمایش، از روش هیدروترمال استفاده شد.

نمودار پراش پرتوی ایکس زینک فسفات روی استیل 316 در دمای 200 درجه در ساعات مختلف

تصویر SEM  فسفات روی استیل 316 در دمای 200 درجه در ساعات مختلف a: 6ساعت b: 18 ساعت c: 24 ساعت

References

[1] D. Bociaga, K. Mitura, Diamond Relat. Mater. 17 (7-10) (2008) 1410.

[2] M.H. Enayati, M.H. Fathi, A. Zomorodian, Surf. Eng. 25 (4) (2009) 338.

[3] G. Shustak, Y. Shaulov, A.J. Domb, D. Mandler, Chem. Eur. J. 13 (22) (2007) 6402.

[4] E. Setare, K. Raeissi, M.A. Golozar, M.H. Fathi, Corros. Sci. 51 (8) (2009) 1802.

[5] J.L. Ong, M. Appleford, S. Oh, Y. Yang, W.H. Chen, J.D. Bunigardner, W.O. Haggard,

JOM 58 (7) (2006) 67.

[6] N.P. Pham, E. Boellaard, J.N. Burghartz, P.M. Sarro, J. Microelectromech. Syst. 13 (3)

(2004) 491.

[7] K. Ravichandran, T.S.N.S. Narayanan, Trans. Inst. Met. Finish. 79 (2001) 143.

[8] T. Sugama, L.E. Kukacka, N. Carciello, J.B. Warren, J. Mater. Sci. 26 (4) (1991) 1045.

[9] J.K. Yang, J.G. Kim, J.S. Chun, Thin Solid Films 101 (3) (1983) 193.

[10] H. Saiki, G. Ngaile, L.Q. Ruan, J. Mater. Process. Technol. 63 (1-3) (1997) 238.

[11] V. Burokas, A. Martusiene, G. Bikulcius, Surf. Coat. Technol. 102 (3) (1998) 233.

[12] P.J. Gardner, I.W. Mcarn, V. Barton, G.M. Seydt, J. Oil Colour Chem. Assoc. 73 (1) (1990) 16.

[13] T. Sugama, N.R. Carciello, J. Appl. Polym. Sci. 45 (7) (1992) 1291.

[14] M. Yamaguchi, H. Oishi, Y. Suketa, Biochem. Pharmacol. 36 (22) (1987) 4007.

[15] J. Eberle, S. Schmidmayer, R.G. Erben, M. Stangassinger, H.P. Roth, J. Trace Elem.

Med. Biol. 13 (1-2) (1999) 21.

[16] D. Chen, L.C. Waite, W.M. Pierce Jr., Biol. Trace Elem. Res. 68 (3) (1999) 225.

[17] G.Y. Li, L.Y. Niu, J.S. Lian, Z.H. Jiang, Surf. Coat. Technol. 176 (2) (2004) 215.

فسفاته تیتانیوم

در نتیجه مسائل بهداشتی و زیست محیطی مرتبط با پوشش های کرومات و کادمیوم فسفات، علاقه به پوشش های تبدیل بر اساس فسفاته روی افزایش می یابد.

تیتانیوم و آلیاژهای آن با استفاده از قدرت ویژه خاص خود، مقاومت در برابر خوردگی و پایداری حرارتی به طور گسترده ای در زمینه های مهندسی و بیومدیکال مورد استفاده قرار گرفته اند1-5. با این حال، تیتانیوم و آلیاژهای آن ممکن است در محلول یا جو حاوی کلرید کاهش مقاومت سایش و مقاومت در برابر خوردگی را نشان دهند6-8.

به منظور بهبود عملکرد الکتروشیمیایی آن، لازم است که روی تیتانیوم و آلیاژهای آن اصلاح سطح انجام شود. تبدیل یا پوشش شیمیایی به علت کارایی اقتصادی آن، مقاومت ضد خوردگی عالی و مناسب بودن برای آماده سازی سطحی نامنظم به طور گسترده ای در اصلاح سطح مواد فلزی استفاده می شود9-10. به خوبی شناخته شده است که فلزات آهنی در معرض تبدیل شیمیایی می توانند پوشش های با کیفیت بالا تولید کنند، در حالی که بر روی فلزات غیر آهنی مانند تیتانیوم و آلیاژهای آن تبدیل شیمیایی بسیار آهسته و حتی متوقف می­شود 11.

معمولا برای تهیه پوشش های شیمیایی فسفات (PCC) روی تیتانیوم، از دمای بالا یا زمینه کمکی مورد استفاده قرار گرفته است. Valanezhad et al یک روش هیدروترمال بالا برای تهیه پوشش شیمیایی فسفاته روی روی سطح تیتانیوم خالص ارائه دادند و دریافتند که پوشش زینک فسفات با فعالیت بیولوژیکی خوب می تواند در دمای 250 درجه سانتیگراد برای 10 ساعت در حمام PCC آماده شود. ژائو و همکارانش دریافتند که اولتراسونیک می تواند شکل گیری پوشش PCC روی تیتانیوم را تحریک می کند، در حالی که دمای بالا و فشار بالا ناشی از میدان اولتراسونیک می تواند منجر به بی ثباتی و ناکارآمدی حمام PCC و همچنین شکل گیری slummage شود. بنابراین، یک پوشش فسفات با کیفیت بالا بر روی تیتانیوم و آلیاژهای آن با روش اصلاح شده به جای روش تبدیل شیمیایی سنتی در دمای اتاق (25 ℃) شکل گرفت. فاز کامپوزیت روی و روی فسفات پوشش را با مقاومت به خوردگی بهتر در دی اکسید گوگرد، سولفید هیدروژن و فضای دریایی به علت حفاظت دو برابر پوشش داده و بنابراین در کاربرد عملی آلیاژهای تیتانیوم قابل توجه بود 12-13.

نمودار پراش پرتوی ایکس فسفاته روی بر سطح تیتانیوم

تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از فسفاته روی بر سطح تیتانیوم

References

1. C. K. Lee, TRIBOL INT, 2012, 55, 7-14

2. M. Geetha, A. K. Singh, R. Asokamani and A. K. Gogia, PROG MATER SCI, 2009, 54, 397- 425.

3. C. Hu, M. Aindow and M. Wei, SURF COAT TECH, 2017, 313, 255-262.

4. I. V. Pylypchuk, P. P. Gorbyk, A. L. Petranovska, O. M. Korduban, P. E. Markovsky and O. M. Ivasyshyn, Surface Chemistry of Nanobiomaterials, 2016, 193-229.

5. M. V. Diamanti, S. Codeluppi, A. Cordioli and M. P. Pedeferri, J EXP NANOSCI, 2009, 4, 365-372.

6. N. Schiff, B. Grosgogeat, M. Lissac and F. Dalard, BIOMATERIALS, 2002, 23, 1995-2002.

7. H. H. Huang, BIOMATERIALS, 2002, 23, 59-63.

8. G. Mabilleau, S. Bourdon, M. L. Jolyguillou, R. Filmon, M. F. Basle and D. Chappard, ACTA BIOMATER, 2006, 2, 121.

9. M. Nakagawa, S. Matsuya, T. Shiraishi and M. Ohta, J DENT RES, 1999, 78, 1568.

10. A. S. Akhtar, D. Susac, P. Glaze, K. C. Wong, P. C. Wong and K. A. R. Mitchell, SURF COAT TECH, 2004, 187, 208-215.

11. S. E. Doyle, K. J. Roberts, A. H. Nahle, J. Robinson and F. C. Walsh, Transactions of the IMF, 1994, 72, 63-65.

12. D. B. Freeman, D. B. Freeman, Woodhead-Faulkner, Cambridge, 1986, 229, 1986, 30.

13. Y. Totik, Surface and Coatings Technology, 2006, 200, 2711-2717.

14. M. Arthanareeswari, T. S. N. S. Narayanan, P. Kamaraj and M. Tamilselvi, Journal of Coatings Technology & Research, 2012, 9, 39-46.

"خدمات پوشش فسفاته تیتانیوم در شرکت جلاپردازان پرشیا طبق استانداردها ارائه می گردد"

جهت کسب اطلاعات بیشتر با شماره های تماس زیر تماس حاصل فرمایید:

021.65734701-3