マグネトロンスパッタ化されたアモルファスカーボンコーティングの微細構造、トライボロジー性能、生体適合性に対するターゲットパワーの影響

SI（100）基質上のRFマグネトロンスプター化されたアモルファス炭素コーティングのトライボロジー特性と骨芽細胞前の挙動を評価しました。グラファイトターゲットの出力は、さまざまなコーティング構造を得るために200から500 Wまで変化しました。コーティングのアモルファスな性質は、ラマン分析によって確認されました。接触角も58ºから103ºに増加し、これにより、グラファイト標的出力が増加すると、疎水性から疎水性の性質へのA-C表面の変換が確認されました。約4.73×10-8 mm3/n*mmの最小摩耗率は、300 Wのターゲット電力で堆積したA-Cコーティングについて得られました。300 Wおよび400 Wのターゲットパワーコーティングは良好なトライボロジー特性を持ち、500 Wコーティングは基質上のより良い細胞生存率と接着を備えていました。結果は、A-Cコーティングの微細構造、濡れ性、トライボロジーの挙動、生体適合性がグラファイトのターゲットパワーに大きく依存していることを示唆しています。有限要素分析（FEA）は、メッシュサイズが減少するにつれて、フォンミーゼスストレスのかなりの増加を示しました。細胞の生存率とトライボロジー特性の両方を考慮すると、400 Wのターゲットパワーコーティングは、生体適合性と同様に最高のトライボロジー特性を持っていることが確認されました。

The tribological properties and preosteoblast behavior of an RF magnetron-sputtered amorphous carbon coating on a Si (100) substrate were evaluated. The graphite target power was varied from 200 to 500 W to obtain various coating structures. The amorphous nature of the coatings was confirmed via Raman analysis. The contact angle also increased from 58º to 103º, which confirmed the transformation of the a-C surface from a hydrophilic to hydrophobic nature with an increasing graphite target power. A minimum wear rate of about 4.73 × 10-8 mm3/N*mm was obtained for an a-C coating deposited at a 300 W target power. The 300 W and 400 W target power coatings possessed good tribological properties, and the 500 W coating possessed better cell viability and adhesion on the substrate. The results suggest that the microstructure, wettability, tribological behavior and biocompatibility of the a-C coating were highly dependent on the target power of the graphite. A Finite Element Analysis (FEA) showed a considerable increase in the Von Mises stress as the mesh size decreased. Considering both the cell viability and tribological properties, the 400 W target power coating was identified to have the best tribological property as well as biocompatibility.