การพ่นเคลือบไฮดร็อกซี่อปาไทท์ด้วยเปลวพลาสมาสำหรับงานการแพทย์

Plasma Spray Coating of Hydroxyapatite for Medical Applications

Name: เอกฉัตร กิจพานิชวิเศษ

Organization : มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. คณะพลังงานและวัสดุ. สาขาวิชาเทคโนโลยีวัสดุ

Name: Aekgachart Kidpanidchavisase

Organization : King Mongkut's University of Technology Thonburi. School of Energy and Materials. Materials Technology

keyword: การพ่นเคลือบด้วยเปลวพลาสมา

; ไฮดร็อกซี่อปาไทท์

; การแพทย์

; Plasma Spraying

; Hydroxyapatite

; Medical Applications

Abstract: ประโยชน์ของการพ่นเคลือบไฮดร็อกซี่อปาไทท์ด้วยเปลวพลาสมาคือผิวเคลือบที่ได้จะมี การยึดเกาะกับกระดูกได้อย่างรวดเร็วและคงอยู่ได้เป็นเวลานานโดยไม่เป็นพิษ นอกจากนี้การ พ่นเคลือบด้วยเปลวพลาสมายังทำให้สามารถสร้างผิวเคลือบได้ง่ายและรวดเร็ว อย่างไรก็ตามการ ใช้เทคนิคดังกล่าวยังมีปัญหาอยู่หลายประการ เช่น การยึดเกาะระหว่างผิวเคลือบกับชิ้นงานที่เป็น โลหะมีค่าค่อนข้างต่ำ และความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์ที่ใช้ในการพ่นเคลือบกับผลทาง โครงสร้างและคุณสมบัติของผิวเคลือบยังไม่เป็นที่เข้าใจมากนักในปัจจุบัน งานวิจัยนี้มี วัตถุประสงค์เพื่อศึกษาอิทธิพลของพารามิเตอร์ที่ใช้ในการพ่นเคลือบต่อโครงสร้างและคุณสมบัติ ทางกลของผิวเคลือบรวมทั้งอิทธิพลของการเตรียมผิวชิ้นงานต่อความแข็งแรงในการยึดเกาะของ ผิวเคลือบ โดยพารามิเตอร์ของการพ่นเคลือบได้ศึกษาอิทธิพลของอัตราการไหลของก๊าซ ไฮโดรเจนที่ 2, 3 และ 4 ลูกบาศก์ฟุตต่อชั่วโมง และอัตราการไหลของผงที่ 25-30, 40-45 และ 75-80 กรัมต่อนาที จากนั้นจะตรวจสอบผลต่อโครงสร้าง ความหนา ความแข็ง และการเปลี่ยนเฟส ในการศึกาาอิทธิพลการเตรียมผิวชิ้นงานต่อความแข็งแรงในการยึดเกาะของผิงเคลือบได้ทำการ แปรค่าความหยาบผิวใน 3 ช่วงคือ 1.5-2.0, 4.5-5.0 และ 10.0-12.0 ไมครอน โดยการยิงผิวด้วย เม็ดกริตอลูมินาและเม็ดกริตเหล็กกล้า นอกจากนี้ยังได้เปรียบเทียบค่าการยึดเกาะระหว่างชิ้นงาน เหล็กกล้าไร้สนิมที่ถูกทำ/ไม่ทำ passivation และทำ/ไม่ทำ preheat ชิ้นงานก่อนการพ่นเคลือบ และ เปรียบเทียบค่าการยึดเกาะที่ได้จากชิ้นงานเหล็กกล้าไร้สนิมกับชิ้นงานโลหะผสมไทเทเนียม ผลการทดลองพบว่าเมื่ออัตราการไหลของก๊าซไฮโดรเจนสูงขึ้นอนุภาคผงไฮดร็อกซี่ อปาไทท์จะมีการหลอมตัวได้ดีขึ้นโดยพบว่ผิวเคลือบมีค่าความแข็งโดยเฉลี่ยสูงขึ้นและปริมาณ รูพรุนในผิวเคลือบลดลงโดยมีค่าเป็น 25-40, 20-35 และ 10-15 เปอร์เซนต์ที่อัตราการไหลของ ก๊าซไฮโดรเจน 2, 3 และ 4 ลูกบาศก์ฟุตต่อชั่วโมงตามลำดับ นอกจากนี้พบว่าที่อัตราการไหลของ ก๊าซไฮโดรเจน 3 ลูกบาศก์ฟุตต่อชั่วโมง ผิวเคลือบมีความหนามากที่สุดคืออยู่ในช่วง 300-600 ไมครอน ผลการตรวจสอบเฟสด้วยรังสีเอ็กซ์พบว่าในสภาวะที่ทำการทดลองไม่ทำให้เฟสของ ไฮดร็อกซี่อปาไทท์มีการเปลี่ยนแปลงโดยจะพบเพียง line-broadening เพิ่มขึ้นเท่านั้น ผลการศึกษา การเตรียมผิวชิ้นงานพบว่าชิ้นงานที่มีค่าความหยาบผิวมากที่สุดจะให้ค่าความแข็งแรงในการ ยึดเกาะของผิวเคลือบสูงที่สุดเมื่อใช้เม็ดกริตชนิดเดียวกันในการเตรียมผิวหยาบ และการเตรียม ผิวหยาบด้วยเม็ดกริตอลูมินาจะให้ค่าความแข็งแรงในการยึดเกาะสูงกว่าการเตรียมผิวหยาบด้วย เม็ดกริตเหล็กกล้า โดยในการทดลองนี้พบว่าค่าความหยาบผิวที่เตรียมได้มากที่สุดจากเม็ดกริต อลูมินาคือ 4.5-5.0 ไมครอน มีค่าความแข็งแรงในการยึดเกาะระหว่างผิวเคลือบกับชิ้นงาน เหล็กกล้าไร้สนิมโดยเฉลี่ยประมาณ 31.4 เมกกะปาสคาล และมีลักษณะการขาดเกิดขึ้นที่กาวทั้ง หมด ขณะที่เมื่อใช้ชิ้นงานโลหะผสมไทเทเนียมเป็น substarte โดยทำการเตรียมผิวแบบเดียวกัน พบว่ามีค่าความแข็งแรงในการยึดเกาะโดยเฉลี่ยประมาณ 31.4 เมกกะปาสคาล และมีลักษณะการ ขาดเกิดขึ้นที่บริเวณรอยต่อระหว่างผิวเคลือบกับชิ้นงานประมาณ 92 เปอร์เซนต์ ผลจากการ เปรียบเทียบการทำ/ไม่ทำ passivation พบว่าชิ้นงานเหล็กกล้าไร้สนิมที่ถูกทำ passivation จะใหค่า ความแข็งแรงในการยึดเกาะของผิวเคลือบเพิ่มมากขึ้นจาก 14.3 เมกกะปาสคาล โดยมีลักษณะการ ขาดเกิดขึ้นที่บริเวณรอยต่อระหว่างผิวเคลือบกับชิ้นงานประมาณ 79 เปอร์เซนต์ เป็น 31.4 เมกกะ ปาสคาล และมีลักษณะการขาดเกิดขึ้นที่การทั้งหมด ผลเปรียบเทียบการทำไม่ทำ preheat ให้กับ ชิ้นงานพบว่า ชิ้นงานเหล็กกล้าไร้สนิมที่ถูกทำ preheat จะทำให้ค่าความแข็งแรงในการยึดเกาะ ของผิวเคลือบลดลงจาก 31.4 เมกกะปาสคาล โดยมีลักษณะการขาดเกิดขึ้นที่กาวทั้งหมดเป็น 14.9 เมกกะปาสคาล และมีลักษณะการขาดเกิดขึ้นที่บริเวณรอยต่อระหว่างผิวเคลือบกับชิ้นงาน ประมาณ 82 เปอร์เซนต์

Abstract: The advantages of plasma sprayed hydroxyapatite coating of medical implants are rapid adhesion of the implants onto the bone with long term biocompatibility. In addition, plasma spraying techniques are the most convenient methods to easily and rapidly produce such coatings. However, there are some inherent problems such as weak bond strength between coatings and metal substrates. Moreover, the relationship between spray parameters and the resulting structures and properties are not well understood at present. The aim of this research is to study the effect of spray parameters on the structures and mechanical properties of the coatings. The parameters of the coatings studied include the effect of hydrogen flow rate at 2, 3 and 4 fe/hr and the powder feed rate at 25-30, 40-45 and 75-80 g/min. The influences of surface preparation techniques as well as surface roughness in the range 1.5-2.0, 4.5-5.0 and 10.0-12.0 um were also studied together with the influences ofpassivation treatment and preheating of substrates. The results showed that hydroxyapatite powder melt more easily when hydrogen flow rate was increased. This is evident from higher average hardness and 3 lower porosities III the coatings. At hydrogen flow rate of 3 ft3/hr, maxImum thickness was achieved in the range between 300 to 600 um. X-ray diffraction analysis showed that the phase of hydroxyapatite remained unchanged under our experimental conditions, only slight line-broadening was found. The results also showed that increasing surface roughness yielded higher bond strength. Surface preparation using alumina grit showed higher bond strength than those using steel grits at the same roughness. In this experiment, it was found that the highest bond strength of 31.4 MPa 'was achieved when the stainless steel surface was grit blasted using alumina to 4.5-5.0 um. Passivation of stainless steel substrate resulted in icrease in bond strength significantly from about 14.3 MPa for the non-passivated samples to about 31.4 MPa. Preheating of substrate led to lower bond strength.

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: ปัญญา ศรีจันทร์

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Name: Panya Srichandr

Role: Advisor

Created: 2540

Modified: 2554-12-09

Issued: 2551-12-18

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

ISBN: 9746241621

CallNumber: MT37

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: เทคโนโลยีวัสดุ

Grantor: มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

©copyrights มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	MT37.pdf	2.43 MB	112	2025-04-08 11:14:59
2	MT37ab.pdf	41.16 KB	34	2019-07-05 09:41:16
3	MT37abth.txt	3.62 KB	24	2018-05-10 20:18:51
4	MT37aben.txt	2.37 KB	17	2018-11-29 12:08:31

ใช้เวลา

0.035319 วินาที