ساخت شیشه فلزی Zr-Ti-Fe-Al با خواص خوردگی عالی در ایمپلنت های پزشکی
A combinatorially developed Zr-Ti-Fe-Al metallic glass with outstandingcorrosion resistance for implantable medical devices (23 November 2018)
شیشه‌های فلزی، به عنوان دسته‌ای از مواد نوین مهندسی، در حال یافتن کاربردهای گسترده هستند. آن‌ها مواد فلزی چند-عنصری هستند که از طریق انجماد سریع، به جای تبدیل به حالت کریستالی، به شیشه تبدیل می‌شوند. این مواد نوین دارای ساختار همگن شیمیایی هستند و خواص مکانیکی و الکتروشیمیایی عالی دارند که موجب شده در زمینه‌های بسیار گسترده‌ای مورد توجه قرار گیرند که یکی از این زمینه‌های چشمگیر، ایمپلنت‌های مورد استفاده در پزشکی است.
در زمینه ایمپلنت‌های پزشکی، بایومواد متداول چندین عیب دارند. برای نمونه، مدول یانگ بالا در فولاد ضدزنگ، آلیاژهای Co-Cr و آلیاژهای پایه تیتانیم موجب بروز پدیدۀ Stress Sheilding می‌شوند که به این معنی است که بار کم‌تری بر روی استخوان اعمال می‌شود که منجر به تضعیف استخوان بدن خواهد شد؛ نفوذ عناصر زیست-سمی کروم، کبالت و نیکل منجر به بیماری‌های تورمی می‌شود؛ و در نهایت، این مواد مقاومت به سایش پایینی دارند. در این بین، تیتانیم به صورت گسترده به عنوان ایمپلنت دندانی به کار می‌رود که با وجود مقاومت به خوردگی عالی آن، اخیرا گزارش شده است که آزاد شدن یون‌های تیتانیمی منجر به سمیت سلولی می‌شود. در نتیجه، گرچه بایومواد موجود دارای تنها یکی از خواص مطلوب هستند، آن‌ها بایستی تلفیقی از خواص مورد نیاز برای ایمپلنت‌های پزشکی را داشته باشند. این تنوع خواص در یک ماده، برای نمونه، در شیشه فلزی حجیم Zr-Ni-Cu-Al گزارش شده است که دارای خواص مکانیکی، زیست سازگاری و ایمنی زیستی عالی در مقایسه با تیتانیم، است که می‌تواند به عنوان یک بایومواد شاخص مورد توجه قرار گیرد. عمدتا گزارش شده است که شیشه‌های فلزی مقاومت به خوردگی بسیار خوبی دارند که علاوه بر آن، آزاد شدن یون‌ها در آن ا بسیار کم‌تر است؛ خواص مکانیکی بالایی دارند و امکان ساخت ابزار ایمپلنت نازک‌تر وجود دارد، سختی بالایی دارند و مدول الاستیک آن‌ها نیز پایین است.
در مقایسۀ بایومواد، خوردگی نقش تعیین کننده‌ای دارد که می‌تواند بر زیست سازگاری نیز اثر داشته باشد. شیشه‌های فلزی خواص مقاومت به خوردگی مورد نظر را فراهم می‌کنند، اما روش‌های پیچیدۀ تولید این مواد، توسعه ترکیب‌های شیشه فلزی جدید را محدود کرده است. با این وجود، یک روش قدرتمند که اخیرا توسعه یافته است، رشد ترکیبی از طریق اسپاترینگ همزمان می‌باشد که برای توسعه شیشه‌های فلزی مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله، شیشه فلزی Zr45Ti36Fe11Al8 از طریق روش ترکیبی اسپاترینگ همزمان ساخته شده است. این ترکیب، خواص مقاومت به خوردگی بسیار خوبی را در محلول نمک فسفات با خاصیت بافری نشان داده است. به این منظور، اهداف دوتایی Zr-Ti (ترکیب 50-50%) و Fe-Al (ترکیب 60-40%) به صورت تکی و همچنین به صورت همزمان، بر روی ویفرهای سیلیکونی اسپاتر (کند و پاش) شده‌اند. نتایج نشان داد که این شیشه آلیاژ فلزی در برابر خوردگی حفره‌ای آسیب پذیر نیست و مقاومت به خوردگی بسیار بهتری نسبت به تیتانیم خالص تجاری دارد و دانسیته جریان خوردگی و مقاومت به انتقال بار مربوط به آن، به مراتب بهتر از تیتانیم خالص هستند. گزارش شده است که این خواص عالی خوردگی به دلیل ساختار آمورف و همگن و همچنین لایه اکسیدی بسیار پایدار (از نظر شیمیایی) آن می‌باشد که عمدتا از ZrO2 و TiO2 تشکیل شده است. نتایج این مقاله در مجله Scripta Materialia منتشر شده است.
گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (MatRes)
