Faqih, Mu'adz Abdullah (2025) Rekayasa Permukaan Paduan Magnesium AZ31 Dengan Metode Plasma Electrolytic Oxidation dan Hydrothermal Treatment Untuk Aplikasi Biodegradable Implant. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
![[thumbnail of 6011231005-Master_Thesis.pdf]](http://repository.its.ac.id/style/images/fileicons/text.png) |
Text
6011231005-Master_Thesis.pdf Restricted to Repository staff only Download (10MB) | Request a copy |
Abstract
Paduan magnesium AZ31 merupakan kandidat material biodegradable implant yang menjanjikan karena densitas dan modulus elastisitasnya mendekati tulang manusia, namun laju degradasi yang terlalu cepat dan keterbatasan biokompatibilitas masih menjadi kendala utama. Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan ketahanan degradasi, sifat mekanik, dan biokompatibilitas AZ31 melalui rekayasa permukaan menggunakan kombinasi Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) dan Hydrothermal Treatment (HT). Proses PEO digunakan untuk membentuk lapisan oksida keramik berpori yang terdiri dari MgO dan Mg₂SiO₄ sebagai lapisan dasar, sedangkan HT dilakukan menggunakan larutan Al(NO₃)₃ dengan variasi temperatur (120, 150, dan 180 °C) dan waktu (1, 3, dan 5 jam) untuk menumbuhkan lapisan bioaktif Layered Double Hydroxide (LDH) dan hidroksiapatit (HA). Karakterisasi dilakukan menggunakan XRD, SEM-EDX, uji densitas, kekerasan mikro, kekuatan tekan, uji Tafel, dan uji viabilitas sel. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perlakuan PEO dapat menurunkan laju degradasi dari 3,693 mmpy menjadi 0,279 mmpy dan meningkatkan kekerasan permukaan dari 72,2 HV menjadi 182,3 HV. Perlakuan HT menghasilkan lapisan LDH/HA yang lebih homogen dan fungsional, dengan kondisi optimum pada HT 180 °C selama 5 jam yang menghasilkan ketebalan lapisan tertinggi (4,29 μm), porositas terendah (23,49%), serta peningkatan kandungan Ca hingga 1,16%. Kondisi ini juga menghasilkan laju degradasi terendah (0,021 mmpy), viabilitas sel tertinggi (120,17%), dan kekuatan tekan sebesar 288,78 MPa, yang masih berada di atas kisaran kekuatan tekan tulang manusia (131–224 MPa). Estimasi pelepasan ion Mg, Al, dan Ca menunjukkan nilai di bawah batas aman asupan harian, menunjukkan keamanan biokimia material. Secara keseluruhan, kombinasi PEO dan HT terbukti efektif menghasilkan lapisan fungsional yang menyeimbangkan ketahanan degradasi, sifat mekanik, dan bioaktivitas, sehingga berpotensi untuk aplikasi biodegradable implant berbasis paduan magnesium AZ31.
=================================================================================================================================
AZ31 magnesium alloy is a promising candidate for biodegradable implant applications due to its density and elastic modulus close to the human bone; however, its excessively high degradation rate and limited biocompatibility remain major challenges. This study aims to enhance the degradation resistance, mechanical properties, and biocompatibility of AZ31 through surface engineering using a combination of Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) and Hydrothermal Treatment (HT). The PEO process was employed to form a porous ceramic oxide layer composed of MgO and Mg₂SiO₄ as a base layer, while HT was carried out using an Al(NO₃)₃ solution with varying temperatures (120, 150, and 180 °C) and durations (1, 3, and 5 h) to promote the growth of bioactive Layered Double Hydroxide (LDH) and hydroxyapatite (HA) layers. Surface and structural characterizations were conducted using XRD, SEM-EDX, density measurement, microhardness, compressive strength, Tafel polarization, and viability cell. The results showed that the PEO treatment reduced the degradation rate from 3.693 mmpy to 0.279 mmpy and increased surface hardness from 72.2 HV to 182.3 HV. Subsequent HT resulted in a more homogeneous and functional LDH/HA layer, with the optimal condition achieved at 180 °C for 5 h, producing the highest coating thickness (4.29 μm), the lowest porosity (23.49%), and an increased Ca content up to 1.16%. This condition also exhibited the lowest degradation rate (0.021 mmpy), the highest cell viability (120.17%), and a compressive strength of 288.78 MPa, which remains above the range of human bone (131–224 MPa). Estimation of Mg Al, and Ca ion release revealed values well below the recommended daily intake limits, confirming the biochemical safety of the material. Overall, the combination of PEO and HT effectively produced a multifunctional surface that balances degradation resistance, mechanical integrity, and bioactivity, demonstrating strong potential for biodegradable implant applications based on AZ31 magnesium alloy.
Actions (login required)
 |
View Item |