Preliminary characteristic of composite coatings C/HAp produced respectively by RF PACDV and sol-gel methods

• Autorzy: Gawroński J. , Pietrzyk B.

Warianty tytułu

PL

Wstępna charakterystyka kompozytowych powłok C/HAp wytworzonych odpowiednio metodami RF PACVD oraz zol-żel

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The required high mechanical strength and the reliability of implants on one side and a lack of toxic elements in those materials, on the other side, causes restrictions in use of metal alloys for austenitic steel, alloys of cobalt matrix and even titanium alloys. However, elements harmful to human body structure such as chromium, nickel and vanadium could not have been eliminated so far. An attempt to reduce detrimental effects of above elements on the living organism are surface modifications of materials predicted for implants through the deposition of protective layers. The C/HAp composite coating was prerared by deposition of carbon layer directly on surgical steel with RF PACVD method and manufacturing of hydroxyapatite layer by sol-gel method. It was proved that carbon film significantly increases adhesion of the composite C/HAp coating. It is due to the diffusive character of bonding between carbon layer and metallic substrate not only by adhesion as in the case with hydroxyapatite deposited directly on metal base. Adhesion of both synthesized coatings was determined using nanoindentation technique. X-Ray diffraction was used for phase composition evaluation. Atomic Force Microscope revealed topography of raw, carbon and C/HAp surfaces. Elemental composition of carbon and composite layers was investigated by scanning electron microscope equipped with x-ray energy dispersive spectroscopy detector.

PL

Wymagana wysoka wytrzymałość mechaniczna i niezawodność implantów z jednej strony i nie stosowanie w materiałach pierwiastków toksycznych (alergizujących) z drugiej strony, powoduje ograniczenia w stosowaniu stopów metalicznych, przeznaczonych na implanty, do stali austenitycznej, stopów na osnowie kobaltu i stopów tytanu. Mimo starań, nie udało się jednak z materiałów tych całkowicie wyeliminowac pierwiatków szkodliwych dla organizmu jak choćby chromu, niklu i wanadu. Próbą ograniczenia złego wpływu pierwiastków na żywy organizm są modyfikacje powierzchni materiałów przeznaczonych na implanty poprzez wytwarzanie na nich warstw ochronnych. Kompozytowa powłoka węgiel/hydroxyapatyt została otrzymana przez naniesienie w pierwszej kolejności warstwy węglowej bezpośrednio na stal AISI 316L metodą RF PACVD a następnie warstwy hydroxyapatytu metodą zol-żel. Zostało udowodnione, że warstwa węglowa w sposób znaczący zwiększa adhezje kompozytu C/HAp do zastosowanego podłoża. Jest to wynikiem dyfuzyjnego charakteru połączenia pomiędzy warstwą węglową a podłożem a nie jak w przypadku bezpośredniego naniesienia powłoki HAp na podłoże gdzie połączenie takie ma charakter adhezyjny. Adhezja obu wytworzonych powłok (C, C/HAp) została określona po użyciu nanoindentera F-MY MTS Instruments Nano G-200 metodą scratch test. Analizę składu fazowego podłoża oraz uzyskanej powłoki kompozytowej dokonano metodą dyfrakcji rentgenowskiej. Badania topografii powierzchni z wytworzonymi warstwami węglową oraz węglowo/hydroxyapatytowa przeprowadzono przy użyciu mikroskopu sił atomowych (AFM) F-my Veeco Multimode z kontrolerem NanoScoper. Chropowatość warstwy wierzchniej określono przy pomocy parametru Ra. Mikroanalizę rentgenowską wykonano przy pomocy przystawki Thermo-Noran zainstalowanej w mikroskopie scaningowym HITACHI S-3000N. Zastosowano technikę analizy liniowej (EDS).

Słowa kluczowe

EN

hydroxyapatite; sol-gel; adhesion; carbon; implant

PL

hydroksyapatyt; zol-żel; przyczepność; węgiel; implant

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 58, iss. 2
• Strony: 569--572
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Gawroński J.

• Department of Materials Engineeringand Production Systems, Technical University of Łódź, Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź, Poland

autor

Pietrzyk B.

• Institute of Material Science and Engineering, Technical University of Łódź, ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź, Poland

Bibliografia

• [1] S. Rodil, Properties of carbon films and their biocompatibility using in-vitro tests. Diamond and Related Materials 12, 931-937 (2003).
• [2] R. J. Narayan, Nanostructured diamondlike carbon thin films for medical applications. Materials Science & Engineering 25, 405-416 (2005).
• [3] A. Grill, Diamond-like carbon coatings as biocompatible materials - an overview. Diamond and Related Materials 12, 166-170 (2003).
• [4] R. Hauert, Areview of modifield DLCcoatings for biological applications. Diamond & Related Materials 12, 583-589 (2003).
• [5] Ning Cao, Jianwen Dong, Qiangxiu Wang, Quansheng Ma, Chengqian Xue, Musen Li, An experimental bone defect healing with hydroxyapatite coating plasma sprayed on carbon/carbon composite implants, Surface & Coatings Technology 205, 1150-1156 (2010).
• [6] Huanxin Wanga, Shaokang Guana, Yisheng Wang, Hongjian Liuc, Haitao Wang, Liguo Wang, Chenxing Ren, Shijie Zhu, Kuisheng Chen, In vivo degradation behavior of Ca-deficient hydroxyapatite coated Mg-Zn-Ca alloy for bone implant application, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 88, 254-259 (2011).
• [7] S. Błażewicz, L. Stoch, Biomateriały, tom 4, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa, 2003.
• [8] P. Christel, A. Meunier, A. J. C. Lee, Biological and Biomechanical Performance of Biomaterials. Amsterdam, Elsevier 1986, p. 9.
• [9] R. J. Narayan, Hydroxyapatite-diamondlike carbon nanocomposite films. Materials Science and Engineering, C 25, 398-404 (2005).
• [10] D. Batory, J. Gawroński, W. Kaczorowski, A. Niedzielska, C-HAp composite layers deposited onto AISI 316Laustenitic steel, Surface & Coatings Technology 206, 2110-2114 (2012).
• [11] D. J. Blackwood, K. H. W. Seah, Electrochemical cathodic deposition of hydroxyapatite: Improvements in adhesion and crystallinity. Materials Science and Engineering C 29, 1233-1238 (2009).
• [12] Sen Yang, H. C. Man, Wen Xing, Xuebin Zheng, Adhesion strength of plasma-sprayed hydroxyapatite coatings on laser gas-nitrided pure titanium. Surface & Coatings Technology 203, 3116-3122 (2009).
• [13] D. J. Blackwood, K. H. W. Seah, Galvanostatic pulse deposition of hydroxyapatite for adhesion to titanium for biomedical purposes, Materials Science and Engineering C 30, 561-565 (2010).
• [14] Onder Albayrak, Osman El-Atwani, Sabri Altintas, Hydroxyapatite coating on titanium substrate by electrophoretic deposition method: Effects of titanium dioxide inner layer on adhesion strength and hydroxyapatite decomposition. Surface & Coatings technology 202, 2482-2487 (2008).
• [15] S. Mitura, P. Niedzielski, D. Jachowicz, M. Langer, J. Marciniak, A. Stanishevsky, E. Tochitsky, P. Louda, P. Couvrat, M. Denis, P. Loudin, Influence of carbon coatings origin on the properties important for biomedical application. Diamond and Related Materials 5, 1185-1188 (1996).
• [16] B. Pietrzyk, J. Gawroński, T. Błaszczyk, Effect of carbon interlayer on protective properties of hydroxyapatite coating deposited on 316L stainless steel by sol-gel method. Powder Metallurgy and Metal Ceramics 49, 7-8 (2010).