Domieszkowane powłoki tlenkowe na tytanowych wydrukach 3D

Druk 3D w ostatnich latach stał się jednym z kluczowych kierunków rozwoju w inżynierii biomateriałów, szczególnie w obszarze implantologii, ze względu na możliwość wytwarzania elementów o złożonej geometrii i kontrolowanej porowatości. Elementy wykonane metodą selektywnego topienia laserowego (SLM) wymagają jednak odpowiedniej obróbki powierzchniowej w celu poprawy ich właściwości fizykochemicznych oraz zwiększenia potencjału bioaktywnego. Jedną z metod modyfikacji powierzchni stopów tytanu jest anodowanie elektrochemiczne, umożliwiające wytwarzanie funkcjonalnych powłok tlenkowych TiO₂.
Celem pracy było przeprowadzenie elektrochemicznej modyfikacji powierzchni próbek metalicznych oraz ocena wpływu procesu anodowania, w tym domieszkowania jonami wapnia, na właściwości fizykochemiczne wytworzonych powłok tlenkowych. Badania obejmowały próbki wytworzone metodą druku 3D w technologii SLM ze stopu Ti6Al4V oraz próbki lite ze stopu Ti-13Nb-13Zr, co umożliwiło porównanie efektów modyfikacji dla materiałów różniących się składem chemicznym i topografią powierzchni.
Modyfikację przeprowadzono metodą anodowania elektrochemicznego w roztworze kwasu siarkowego(VI), z dodatkiem azotanu wapnia w wybranych wariantach procesu. W ramach badań wykonano pomiary ubytku masy, analizę morfologii powierzchni przy użyciu mikroskopii optycznej i skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) wraz z analizą składu chemicznego metodą EDS, pomiary chropowatości powierzchni, ocenę zwilżalności metodą osadzanej kropli oraz badania zanurzeniowe w symulowanym płynie ustrojowym (SBF).
Wyniki potwierdziły, że proces anodowania ma charakter powierzchniowy i nie powoduje istotnego ubytku masy materiału. Anodowanie w czystym elektrolicie prowadziło do powstawania warstwy TiO₂ oraz zwiększenia hydrofilowości powierzchni. Zastosowanie elektrolitu zawierającego jony wapnia skutkowało skutecznym domieszkowaniem powłok wzrostem zawartości wapnia i tlenu w warstwie wierzchniej oraz zmianą morfologii powierzchni. Stwierdzono, że skład elektrolitu oraz parametry procesu umożliwiają kontrolowane kształtowanie właściwości fizykochemicznych powłok, istotnych z punktu widzenia zastosowań implantologicznych.

—