Recubrimientos de cerámica y vidrio nanoestructurados para aplicaciones ortopédicas, parte 2

Las vitrocerámicas que consisten en fases tanto amorfas como cristalinas han atraído un gran interés en el

Campo de biomateriales. Una de sus ventajas sobre el bioglass es que ofrecen grandes posibilidades para manipular sus propiedades, incluida la resistencia, la resistencia a la abrasión y el coeficiente de expansión térmica [26]. Su velocidad de degradación o su comportamiento de liberación de iones se pueden adaptar controlando la extensión de la cristalización mediante tratamientos post-calor [26,27]. La técnica de pulverización de plasma tiene ventajas para la producción de vitrocerámica. En primer lugar, produce temperaturas de hasta 12 000 K en la región central de un chorro de plasma. En segundo lugar, la velocidad de enfriamiento del proceso de pulverización de plasma es superior a 10 6 –10 7 8 -1 s -1 [3]. En estas condiciones térmicas, los polvos de alimentación se funden total o parcialmente en el chorro de plasma, según las propiedades del polvo y los parámetros de procesamiento. Los polvos fundidos experimentan una rápida solidificación bajo esta alta velocidad de enfriamiento. Como la alta velocidad de enfriamiento puede suprimir la nucleación de las masas fundidas y el crecimiento de los cristalitos, el control adecuado de la condición de procesamiento puede mantener ambos

Cristal y fases cristalinas en los recubrimientos, formando así recubrimientos vitrocerámicos. Además, es

vale la pena señalar que el ajuste adecuado de los parámetros de procesamiento puede dotar a los recubrimientos rociados con plasma de nanoestructuras [28,29], que han demostrado ser beneficiosos para su biocompatibilidad [30-33].

En el presente estudio, los recubrimientos vitrocerámicos HT y SP con superficie nanoestructurada se depositaron sobre

Aleación de Ti-6Al-4V utilizando la técnica de pulverización de plasma. Su uso potencial como recubrimientos biomédicos para aplicaciones ortopédicas se exploró en este trabajo.


2. MATERIAL Y MÉTODOS


2.1. Síntesis de polvos y fabricación de revestimientos.


Los polvos de HT (Ca 2 ZnSi 2 O 7 ) y SP (CaTiSiO 5 ) se sintetizaron mediante reacción sólida a alta temperatura. Brevemente, los polvos de CaCO3, ZnO y SiO2 de grado reactivo se mezclaron en una proporción molar de 2: 1: 2 para sintetizar polvos cerámicos de HT; Los polvos de CaCO 3, TiO 2 y SiO 2 se mezclaron en una proporción molar de 1: 1: 1 para sintetizar polvos de cerámica SP. Después del secado, los polvos mezclados se sinterizaron a 1200 durante 3 h (polvo HT) y a 1290 durante 6 h (polvo SP). Luego, los polvos sinterizados se molieron y se tamizaron. Los polvos con un tamaño de partícula inferior a 75 µm se hicieron más fluidos por reconstitución con una solución de poli (alcohol vinílico) (PVA) al 6% en peso para pulverización con plasma. El proceso de reconstitución de los polvos se puede describir brevemente de la siguiente manera: los polvos se colocaron en un mortero y la solución de PVA se añadió gota a gota a los polvos durante la molienda suave. Después de mezclar bien, los polvos se secaron a 80ºC durante 12 h. Los polvos reconstituidos se tamizaron finalmente utilizando tamices de malla 80. Los de malla inferior a 80 (menos de 177 μm ) se utilizaron para la pulverización con plasma.

Se aplicó un sistema de pulverización de plasma atmosférico (Sulzer Metco, Suiza) para depositar los recubrimientos HT y SP en discos comerciales de Ti-6Al-4V ( Baoji Junhang Metal Material Co., Ltd ) de 15 mm de diámetro y 1 mm de espesor . Antes de la pulverización con plasma, los discos se limpiaron por ultrasonidos en etanol absoluto y se pulieron con arenas de alúmina. Los parámetros de procesamiento, que fueron optimizados con respecto a la composición de fase de los recubrimientos, se describen a continuación: argón (40 lpm) e hidrógeno (12 lpm) como gases formadores de plasma primario y auxiliar, respectivamente. La velocidad de alimentación del polvo fue de aproximadamente 20 g min - 1 usando argón (3.5 slpm) como gas portador. La corriente y la tensión del arco de plasma fueron 600 A y 70 V, respectivamente. La distancia de pulverización se fijó en 100 mm. El diámetro del tubo de alimentación era de 1,8 mm, el ángulo de alimentación del polvo era de 90 °; la velocidad de la antorcha fue de 10 mms - 1, el intervalo de tiempo entre pases adyacentes fue de aproximadamente 5 s; el número total de ciclos fue 20. Después de la pulverización, las muestras de recubrimiento se cortaron en mitades y se montaron en resina epoxi con el nuevo plano de corte hacia abajo. La sección transversal se trituró con papeles abrasivos de SiC y se pulió usando pasta de pulido de Al 2 O 3 de 0.3 μm . La superficie de las muestras de recubrimiento utilizadas para las pruebas de micro-indentación también se rectificó y se pulió.

La morfología de la superficie y la sección transversal de los recubrimientos se examinaron mediante microscopía electrónica de barrido por emisión de campo (SEM, Zeiss EVO 50). La composición de las fases de los recubrimientos se analizó mediante difracción de rayos X (XRD, Siemens D6000, Alemania) con radiación Cu Ka1 a un tamaño de paso de 0,02 °. Los datos se obtuvieron de 15 a 75 ° (2) a una velocidad de escaneo de 4 ° min -1 . La rugosidad de la superficie (R a ) se midió con un perfilómetro de superficie (Hommelwerke T8000-C, Alemania). Se probaron tres muestras para cada tipo de revestimiento y se registraron los valores de rugosidad de cinco pistas diferentes en cada muestra. Los valores de Ra se expresaron como media + desviación estándar (sd) (n = 15).


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