حمید اصفهانی

پس از مشخص شدن برخی نقاط ضعف فولادها و ترکیبات کبالت-کروم دار به عنوان کاشتنی استخوانی در دراز مدت، تیتانیوم و آلیاژهای آن به طور وسیعی در ساخت انواع کاشتنی استخوانی و پیچ و پین های پزشکی مورد استفاده قرار گرفتند. علی رغم خواص مکانیکی خوب، نسبت استحکام به وزن عالی، اما تیتانیوم و آلیاژهای آن از لحاظ رفتارهای سطحی دچار ضعف هستند. از این رو توجه مطالعات و پژوهش های اخیر به اصلاح سطح و بهبود خواص تریبولوژی آن ها است. هدف در این پژوهش اصلاح سطح تیتیانیوم خالص تجاری به گونه ای که قابلیت استفاده به عنوان یک کاشتنی استخوانی دارا باشد، است. علاوه بر تامین خواص بیولوژی (سمیت، زیست سازگاری، ...) بحث مقاومت به خوردگی نیز بسیار مهم است. از این رو علاوه بر مطالب فوق، ایجاد سطح مقاوم به خوردگی نیز هدف دیگر پژوهش حاضر است. بوردهی یک فرایند نفوذی شیمیایی ـ حرارتی (ترموشیمی) برای سخت کردن سطحی گسترۀ وسیعی از آلیاژهای آهنی، غیرآهنی و حتی مواد سرمت است. این علمیات شامل حرارت دادن قطعۀ کاملاً تمیز شده در گسترۀ دمایی 700 تا 1000 درجه سانتیگراد به مدت 1 تا 12 ساعت در محیطی که قادر باشد اتم های عنصر بور را آزاد کند است. محیط یاد شده می تواند پودر جامد، خمیر، مایع و یا محیط گازی باشد روشهای دیگر بوردهی شامل بوردهی توسط پلاسما و بستر سیال است. اتمهای عنصر بور که در محیط آزاد می-شوند، وبه داخل سطح قطعه نفوذ کرده و یک لایۀ نازک بوراید تیتانیوم (TiB-Ti3B4-TiB2) درسطح (معمولاً کمتر از 100 میکرون) با سختی زیاد (در گسترۀ 2000 تا 3000 ویکرز) به وجود می آوردند که نقطه ذوب بالا نیز دارند. حضور این لایۀ سرامیکی در سطح موجب می شود تا سختی، مقاومت به سایش، اکسیداسیون، خوردگی و همچنین استحکام خستگی تیتانیوم به طور قابل ملاحظه ای افزایش یابد. با توجه به اهداف متصور شده در این طرح، ایجاد رفتار رویین (پسیو) برای لایه بورایدی تیتانیوم بسیار اهمیت پیدا خواهد کرد. لایه رویین ساختاری دو لایه دارد و متشکل از یک لایه محافظ که به طور مستقیم بر روی سطح فلز تشکیل می شود و برای بیش تر فلزات دارای ضخامتی در حد چند نانومتر است و یک لایه خارجی با غلظت عیوب نقطه ای بسیار کم که از طریق هیدرولیز کاتیون های خارج شده از لایه داخلی تشکیل می شود، است. مشخص شده است که پایداری لایه های رویین می تواند در یک محدوده وسیعی با توجه