• Tidak ada hasil yang ditemukan

Data uji korosi dan data uji kultur sel endotel

Sampel Laju korosi (mpy)

CoCrMo 0,0149

CoCrMo+TiN 0,0424

CoCrMo+TiN+Hap-kitosan 0,0035 b. Data uji kultur sel endotel

Sampel Viabilitas sel Rerata % Inhibisi

Simplo Duplo (104) CoCrMo 22 21 21.5 17,30 CoCrMo+TiN 23 24 23,5 9,61 CoCrMo+TiN+HAp+kitosan 2 0 1,0 96,15 HAP 0 0 0,0 100,00 Logam Cu 0 0 0,0 100,00 Kontrol negatif 26 26 26,0 0.00

Contoh perhitungan sampel CoCrMo

Jumlah sel sampel = viabilitas sel rerata × Pengenceran × Luas hemositometer Jumlah kotak pengamatan

= 21,5 × 2 × 104

2

= 21,5 × 104 sel/ ml

Jumlah sel kontrol = viabilitas sel rerata × Pengenceran × Luas hemositometer Jumlah kotak pengamatan

= 26 × 2 × 104

2

= 26 × 104 sel/ ml

% Inhibisi = Jumlah sel kontrol – Jumlah sel sampel × 100 % Jumlah sel kontrol

= 26 × 104 – 21,5×104 × 100 % 26 × 104

ABSTRAK

DANANG ADI PRIHANTOKO. Karakterisasi paduan CoCrMo dengan pelapisan

titanium nitrida dan hidroksiapatit-kitosan. Dibimbing oleh IRMA HERAWATI

SUPARTO dan SULISTIOSO GIAT SUKARYO.

Endoprostetik merupakan alat gerak untuk implan dalam tubuh yang terbuat

dari logam atau polimer. Material logam yang digunakan sebagai alat implan

berupa logam baja tahan karat, titanium (Ti), dan paduan logam berbasis Co.

Paduan Co yang digunakan adalah CoCrMo dengan kelebihan memiliki sifat

biokompatibilitas yang baik, ketahanan terhadap korosi, sifat mekanik seperti

kekerasan, kekuatan, dan ketahanan aus yang tinggi, sehingga baik digunakan

sebagai material implan. Sintesis paduan CoCrMo menggunakan tri arc furnace

dengan suhu pemanasan mencapai 3000 °C. Pelapisan TiN menggunakan metode

plasma

sputtering dan

nitriding, dicirikan dengan lapisan berwarna emas.

Kandungan Ti pada lapisan sebesar 3.85% (b/b), sedangkan kandungan N sulit

ditentukan kadarnya. Sintesis hidroksiapatit (HAp) dengan metode basah

menggunakan sumber Ca dari cangkang telur ayam dan sumber P dari H3PO4

80%. Pelapisan komposit HAp-kitosan bertujuan meningkatkan biokompatibilitas

dan ketahanan korosi CoCrMo. Hasil uji in vitro menunjukkan paduan CoCrMo

dengan pelapisan TiN dan HAp-kitosan memiliki ketahanan korosi sangat baik

pada media cairan infus, sedangkan sampel HAp dan CoCrMo dengan pelapisan

TiN dan HAp-kitosan memiliki tingkat toksisitas yang tinggi pada uji kultur sel

endotel.

ABSTRACT

DANANG ADI PRIHANTOKO. Characterization of CoCrMo alloy with titanium

nitride and hydroxyapatite-chitosan coating. Supervised by IRMA HERAWATI

SUPARTO and SULISTIOSO GIAT SUKARYO.

Endoprosthetic is moving tool for implant in the body, made of metals or

polymers. Stainless steel, Co-based alloys, and Ti materials are widely used for

implant materials. Co alloy used is CoCrMo which has excellent properties such

as good biocompatibility, corrosion resistant, good mechanical properties such as

hardness, strength, and high wear resistance, supporting its utilization as an

implant material. CoCrMo alloy was synthesized using tri arc furnace with

heating temperature of 3000 °C. TiN coating using plasma sputtering and nitriding

method, characterized by a layer of gold. The content of Ti in the layer was 3.85%

(w/w), whereas the content N was difficult to determine. Hydroxyapatite (HAp)

was synthesized using wet method with Ca source of chicken eggshell and P

source of H3PO4 80%. HAp-chitosan composite coating aimed at improving the

biocompatibility and corrosion resistance of CoCrMo. In vitro test showed that

CoCrMo with TiN and HAp-chitosan coating had excellent corrosion resistance in

liquid medium infusion, whereas samples HAp and CoCrMo with TiN coatings

and HAp-chitosan had high level of toxicity in endothelial cell culture tests.

PENDAHULUAN

Kasus operasi bedah tulang di Indonesia meningkat seiring dengan banyaknya masyarakat usia lanjut, penyakit osteoporosis, osteoartritis, dan tingginya tingkat kecelakaan. Kerusakan tulang khususnya tulang rawan sendi dapat digantikan dengan endoprostetik. Endoprostetik merupakan alat gerak yang ditanam (implan) dalam tubuh terbuat dari logam atau polimer (Gambar 1). Endoprostetik dapat digunakan selama 15 sampai 20 tahun hingga permukaan tulang yang berada pada endoprostetik mengalami keropos sehingga diperlukan penanganan lanjutan (Permanasari 2011).

Pemakaian alat implan di dalam tubuh harus memenuhi syarat mekanis dan non mekanis. Syarat mekanis berupa daya pakai yang lama dan kekuatan bahan implan, sedangkan syarat non mekanis, yaitu memiliki ketahanan korosi, ketahanan aus dan biokompatibilitas yang baik (Nasab & Hassan 2010). Penggunaan alat implan yang berupa logam di dalam tubuh memiliki efek samping, yaitu menyebabkan pembengkakkan dan rasa sakit di sekitar tulang. Hal ini disebabkan oleh reaksi korosi logam dalam cairan tubuh. (Septiarini 2009). Logam yang memiliki sifat biokompatibilitas adalah logam implan dalam tubuh tidak ditolak tubuh, tidak menimbulkan alergi, dan dapat menyatu dengan jaringan, seperti jaringan tulang (Yuswono 2005).

Material yang digunakan sebagai alat implan berupa logam stainless steel, titanium (Ti), dan paduan logam berbasis kobalt (Co). Logam stainless steel yang biasa digunakan sebagai material implan memiliki kelemahan, yaitu tingkat biokompatibilitas yang rendah karena dapat melepaskan ion-ion penyusunnya, seperti besi (Fe), mangan (Mn), nikel (Ni), dan kromium (Cr). Logam Ti merupakan material yang sangat baik untuk material implan, karena memiliki sifat biokompatibilitas dan ketahanan korosi sangat baik. Secara klinis, toksisitas Ti sangat rendah dan dapat ditoleransi baik oleh tulang maupun

jaringan lunak. Kelemahan logam Ti, yaitu memiliki harga yang sangat mahal sehingga logam ini jarang digunakan untuk pasien yang kurang mampu (Goaenharto & Sjafei 2005; Bombač et al. 2007). Kondisi ini memicu penggunaan material pensubstitusi logam

stainless steel dan Ti, yaitu paduan Co sebagai alat implan.

Paduan Co merupakan material yang memiliki tingkat biokompatibilitas yang lebih baik daripada stainless steel, meskipun tidak sebaik paduan Ti. Paduan Co yang digunakan adalah CoCrMo dengan kelebihan memiliki ketahanan terhadap korosi, sifat mekanik seperti kekerasan, kekuatan, dan ketahanan aus yang tinggi, sehingga baik dipergunakan sebagai material implan. Namun menurut Turkan et al. (2006), pada uji in vivo paduan CoCrMo menunjukkan terlepasnya ion Co, Cr, dan Mo. Oleh karena itu, perlu suatu material yang dapat mencegah pelepasan ion tersebut, seperti penambahan ion nitrogen yang membentuk lapisan pelindung pada paduan logam.

Cara mencegah lepasnya ion-ion penyusun CoCrMo, yaitu lapisan titanium nitrida (TiN) dan komposit hidroksiapatit (HAp)-kitosan. Menurut Buddy et al. (2004), lapisan TiN berfungsi meningkatkan ketahanan korosi dan biokompatibilitas dari CoCrMo agar setingkat dengan paduan Ti. Pelapisan TiN dapat dilakukan dengan metode plasma sputtering

dan nitriding. Lapisan pelindung dapat digunakan sebagai material perantara yang dapat meningkatkan interaksi antara material logam dengan tulang. Interaksi ini berfungsi membantu proses penyembuhan tulang dan pembentukan tulang baru (Osseointegration) (Nasab & Hassan 2010).

HAp (Ca10(PO4)6(OH)2) merupakan

senyawa dominan penyusun tulang yang dapat berperan sebagai material porous antarmuka endoprostetik. HAp terbukti memiliki sifat biokompatibilitas dan bioaktif yang baik (Sasikumar 2006). HAp murni memiliki rasio Ca/P sebesar 1,67. Pada penelitian ini, HAp disintesis dari cangkang telur ayam negeri yang direaksikan dengan H3PO4 menggunakan

metode basah. Pemilihan cangkang telur ayam sebagai bahan baku pembuatan HAp didasarkan pada tingginya kadar Ca yang dimiliki cangkang telur (40% b/b), serta meningkatkan daya guna limbah cangkang telur (Sitorus 2009). Menurut Balamurugan et al. (2002), HAp memiliki kemampuan

melindungi logam pen dari korosi ketika diimplankan dalam tubuh serta meningkatkan laju pertumbuhan jaringan tulang.

Kitosan merupakan produk alami turunan polisakarida kitin. Derajat deasitilasi kitosan pada penelitian ini sebesar 80% – 95%. Pelepasan gugus asetil dari kitosan menyebabkan kitosan bermuatan positif, sehingga mampu mengikat senyawa bermuatan negatif. Menurut Zheludkevich (2009), kitosan dapat digunakan sebagai matriks penguat lapisan HAp, meningkatkan biokompatibilitas, ketahanan kimia, kekuatan mekanik, sifat anti mikroba, stabilitas termal, dan meningkatkan daya tahan korosi. Oleh karena itu, pada penelitian ini kitosan digunakan sebagai matriks HAp yang melapisi logam CoCrMo.

Pelapisan komposit HAp-kitosan pada material logam dapat dilakukan dengan metode deposisi elektroforesis (EPD), dengan ketebalan film kurang dari 1 µm hingga lebih dari 500 µm. Lapisan film logam target dipengaruhi oleh stabilitas HAp-kitosan, variasi waktu dan tegangan listrik. Sumber tegangan tinggi akan lebih menguatkan partikel untuk meningkatkan efektivitas waktu elektrodeposisi (Pang & Zhitomirsky 2005). Metode EPD memiliki kelebihan, yaitu kekuatan pelapisan yang tinggi, pelapisan yang tipis dan merata, serta biaya yang murah (Bowo 2009).

Berdasarkan hal diatas perlu dilakukan penelitian dengan melapisi CoCrMo dengan TiN dan HAp-kitosan kemuadian di uji in vitro. Uji in vitro dilakukan adalah uji korosi dan uji kultur sel. Uji korosi dilakukan mengunakan potensiostat/galvanostat dengan media cairan infus. Uji kultur sel menggunakan cell pulmonary artery endothelium (CPAE) yang di peroleh dari paru-paru sapi. Sel endotel merupakan jenis sel epitel khusus yang berfungsi sebagai pembentuk lapisan dalam pembuluh darah, penghalang terhadap difusi makromolekul ke jaringan, dan pengaturan tonus otot polos pembuluh darah (Herwarna 2002). Kultur sel telah banyak digunakan untuk uji sitotoksisitas, viabilitas dan mutagenesis (Achmad 2009).

Penelitian ini bertujuan untuk melakukan karakterisasi pengaruh lapisan TiN dan komposit HAp-kitosan pada paduan logam CoCrMo. Pelapisan TiN diharapkan mencegah terlepasnya ion-ion logam ke sistem tubuh dan pelapisan HAp-kitosan dapat meningkatkan biokompatibilitas serta ketahanan korosi.

BAHAN DAN METODE

Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan adalah peralatan gelas, mesin pengaduk (ball mill), tanur, oven, Tri Arc Furnace, alat pelapisan TiN (SEM S500 coating unit), EPD, AAS, XRD merk Philips, SEM-EDS (Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive Spectroscopy), potensiostat/galvanostat model 273, mikroskop optik, dan peralatan uji kultur sel.

Bahan-bahan yang digunakan adalah logam CoCrMo, logam Cu, cangkang telur, kitosan (Brataco chem derajat deasetilasi 80% - 95%), H3PO4 80%, aseton, asam asetat 1%,

etanol 96%, media infus, cell pulmonary artery endothelium (CPAE), DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium), PBS (Phosphate-buffered saline), dan tripan blue.

Metode

Penelitian ini terdiri dari lima tahap. Tahap pertama, yaitu preparasi paduan CoCrMo. Tahap kedua adalah pelapisan paduan CoCrMo dengan TiN. Tahap ketiga, yaitu sintesis HAp menggunakan metode basah. Tahap keempat adalah pelapisan paduan logam CoCrMo dengan komposit HAp- kitosan menggunakan metode EPD. Tahap kelima, yaitu uji in vitro berupa uji korosi dengan media SBF dan uji toksisitas menggunakan metode kultur sel. Bagan alir penelitian dapat dilihat pada Lampiran 1. Pembuatan dan preparasi paduan CoCrMo

Proses pembuatan paduan CoCrMo menggunakan alat Tri Arc Furnace. Paduan CoCrMo ditimbang sesuai komposisi pada Tabel 1 dan dihomogenkan menggunakan ball mill.

Tabel 1 Komposisi paduan logam endoprostetik Unsur Berat (%) Kromium (Cr) 35 Molibdenum (Mo) 5 Mangan (Mn) 0,6 Silikon (Si) 0,3 Nitrogen (N) 1,6 Kobalt (Co) 57,5

Sampel berbentuk pelet dimasukkan ke dalam cawan tembaga, kemudian dimasukkan ke ruang peleburan. Vakum ruang sampel hingga dibawah 3 kPa kemudian aliri gas argon (Ar) sampai ruang vakum bertekanan 3 kPa.

Kitosan merupakan produk alami turunan polisakarida kitin. Derajat deasitilasi kitosan pada penelitian ini sebesar 80% – 95%. Pelepasan gugus asetil dari kitosan menyebabkan kitosan bermuatan positif, sehingga mampu mengikat senyawa bermuatan negatif. Menurut Zheludkevich (2009), kitosan dapat digunakan sebagai matriks penguat lapisan HAp, meningkatkan biokompatibilitas, ketahanan kimia, kekuatan mekanik, sifat anti mikroba, stabilitas termal, dan meningkatkan daya tahan korosi. Oleh karena itu, pada penelitian ini kitosan digunakan sebagai matriks HAp yang melapisi logam CoCrMo.

Pelapisan komposit HAp-kitosan pada material logam dapat dilakukan dengan metode deposisi elektroforesis (EPD), dengan ketebalan film kurang dari 1 µm hingga lebih dari 500 µm. Lapisan film logam target dipengaruhi oleh stabilitas HAp-kitosan, variasi waktu dan tegangan listrik. Sumber tegangan tinggi akan lebih menguatkan partikel untuk meningkatkan efektivitas waktu elektrodeposisi (Pang & Zhitomirsky 2005). Metode EPD memiliki kelebihan, yaitu kekuatan pelapisan yang tinggi, pelapisan yang tipis dan merata, serta biaya yang murah (Bowo 2009).

Berdasarkan hal diatas perlu dilakukan penelitian dengan melapisi CoCrMo dengan TiN dan HAp-kitosan kemuadian di uji in vitro. Uji in vitro dilakukan adalah uji korosi dan uji kultur sel. Uji korosi dilakukan mengunakan potensiostat/galvanostat dengan media cairan infus. Uji kultur sel menggunakan cell pulmonary artery endothelium (CPAE) yang di peroleh dari paru-paru sapi. Sel endotel merupakan jenis sel epitel khusus yang berfungsi sebagai pembentuk lapisan dalam pembuluh darah, penghalang terhadap difusi makromolekul ke jaringan, dan pengaturan tonus otot polos pembuluh darah (Herwarna 2002). Kultur sel telah banyak digunakan untuk uji sitotoksisitas, viabilitas dan mutagenesis (Achmad 2009).

Penelitian ini bertujuan untuk melakukan karakterisasi pengaruh lapisan TiN dan komposit HAp-kitosan pada paduan logam CoCrMo. Pelapisan TiN diharapkan mencegah terlepasnya ion-ion logam ke sistem tubuh dan pelapisan HAp-kitosan dapat meningkatkan biokompatibilitas serta ketahanan korosi.

BAHAN DAN METODE

Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan adalah peralatan gelas, mesin pengaduk (ball mill), tanur, oven, Tri Arc Furnace, alat pelapisan TiN (SEM S500 coating unit), EPD, AAS, XRD merk Philips, SEM-EDS (Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive Spectroscopy), potensiostat/galvanostat model 273, mikroskop optik, dan peralatan uji kultur sel.

Bahan-bahan yang digunakan adalah logam CoCrMo, logam Cu, cangkang telur, kitosan (Brataco chem derajat deasetilasi 80% - 95%), H3PO4 80%, aseton, asam asetat 1%,

etanol 96%, media infus, cell pulmonary artery endothelium (CPAE), DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium), PBS (Phosphate-buffered saline), dan tripan blue.

Metode

Penelitian ini terdiri dari lima tahap. Tahap pertama, yaitu preparasi paduan CoCrMo. Tahap kedua adalah pelapisan paduan CoCrMo dengan TiN. Tahap ketiga, yaitu sintesis HAp menggunakan metode basah. Tahap keempat adalah pelapisan paduan logam CoCrMo dengan komposit HAp- kitosan menggunakan metode EPD. Tahap kelima, yaitu uji in vitro berupa uji korosi dengan media SBF dan uji toksisitas menggunakan metode kultur sel. Bagan alir penelitian dapat dilihat pada Lampiran 1. Pembuatan dan preparasi paduan CoCrMo

Proses pembuatan paduan CoCrMo menggunakan alat Tri Arc Furnace. Paduan CoCrMo ditimbang sesuai komposisi pada Tabel 1 dan dihomogenkan menggunakan ball mill.

Tabel 1 Komposisi paduan logam endoprostetik Unsur Berat (%) Kromium (Cr) 35 Molibdenum (Mo) 5 Mangan (Mn) 0,6 Silikon (Si) 0,3 Nitrogen (N) 1,6 Kobalt (Co) 57,5

Sampel berbentuk pelet dimasukkan ke dalam cawan tembaga, kemudian dimasukkan ke ruang peleburan. Vakum ruang sampel hingga dibawah 3 kPa kemudian aliri gas argon (Ar) sampai ruang vakum bertekanan 3 kPa.

Chiller dihidupkan, kemudian proses peleburan berlangsung pada suhu 3000°C. Busur diarahkan ke dekat sampel hingga sampel mencair dan menjadi suatu paduan, kemudian didiamkan selama 3 menit sampai logam paduan dingin.

Pelapisan paduan CoCrMo dengan titanium nitrida

Logam CoCrMo direndam dengan aseton dan dikeringkan pada suhu ruang. Target Ti dipersiapkan pada alat SEM S500 coating unit. Perbandingan aliran gas nitrogen-argon sebesar (5:8) kPa. Logam CoCrMo dimasukkan ke ruang sputtering dan divakum hingga 0,1 mmHg. Gas argon-nitrogen dialirkan ke dalam ruang sputtering. Tegangan yang digunakan sebesar 7,5 V, kondisi vakum sebesar 0,17 mmHg, dan arus sebesar 22 A selama 2 jam. Terdapatnya lapisan TiN ditandai dengan warna emas pada permukaan logam yang dibuktikan dengan SEM-EDS.

Sintesis HAp metode basah

Cangkang telur dibersihkan dari selaput dan pengotor. Cangkang telur dipanaskan pada suhu 1000°C selama 6 jam, hasil pemanasan menghasilkan senyawa CaO. Kadar Ca dihitung menggunakan AAS. Sebanyak 9,35 g CaO dilarutkan dengan etanol 50 ml, kemudian dicampurkan 6 ml H3PO4 80% dalam 50 ml etanol 96% dengan

laju alir 1 ml/menit. Presipitasi dilakukan pada suhu 37°C dengan pengadukan 300 rpm, kemudian dipanaskan dalam penangas air bersuhu 60°C selama 1 jam. Larutan diendapkan dalam suhu kamar selama 24 jam, setelah itu diuapkan pada suhu 100°C dengan pengadukan 300 rpm (rotasi per menit) hingga menjadi gel. Gel dipanaskan dalam furnace

pada suhu 1000°C selama 6 jam. HAp yang diperoleh dicirikan dengan menggunakan XRD (Modifikasi Rajabi et al. 2007).

Pelapisan komposit HAp-kitosan Pelapisan logam CoCrMo dengan HAp- kitosan menggunakan metode EPD. Sebanyak 0,3 g HAp dalam 20 ml etanol 96% diaduk dengan kecepatan 350 rpm selama 10 menit. Kemudian dicampurkan 0,3 ml larutan kitosan 3% ke dalam larutan HAp. Substrat CoCrMo yang telah dilapisi oleh TiN dihubungkan dengan elektroda negatif, sedangkan elektroda positif menggunakan karbon. Proses deposisi berlangsung pada tegangan 120 V selama 2

menit. Kemudian sampel dikeringkan pada suhu ruang selama 24 jam. Sampel yang telah terlapis dicelupkan ke dalam larutan kitosan 3 %, kemudian dipanaskan pada suhu 140°C selama 2 jam.

Uji korosi

Uji ketahanan korosi menggunakan perangkat potensiostat/galvanostat model 273. Potensial yang digunakan adalah -20 mV sampai 20 mV dalam media pengkorosi larutan infus NaCl 0,9 %. Sampel berdiameter 1,5 cm diletakkan pada working electrode

dan dimasukkan ke dalam labu yang berisi media pengkorosi. Kemudian counter electrode dan reference electrode dipasang pada labu dan dihubungkan pada perangkat potensiostat/galvanostat. Proses korosi dikarenakan adanya aliran pergerakan elektron pada reaksi elektrokimia, sehingga dapat ditentukan laju korosinya.

Uji in vitro sel endotel

Uji in vitro dilakukan untuk mengetahui viabilitas sel terhadap paparan sampel. Sel yang digunakan adalah sel lestari endotel. Sel lestari ditambahkan PBS 10 ml untuk membersihkan botol kultur dari sisa media DMEM. Sebanyak 5 ml tripsin ditambahkan ke dalam botol kultur agar sel terlepas, lalu diinkubasi pada suhu 36,7°C selama 10 menit. Sel yang telah lepas ditambahkan 10 ml DMEM lalu dimasukkan ke dalam tabung sentrifus 15 ml, kemudian disentrifugasi selama 5 menit dengan kecepatan 1500 rpm dan supernata dibuang. Sebanyak 3ml DMEM ditambahkan pada tabung sentrifus lalu dihomogenisasi. Sebanyak 10 µl tripan biru ditambahkan 10 µl sel dimasukan dalam hemositometer kemudian dihitung jumlah sel total. Sel ditumbuhkan menggunakan pelat biakan 12 sumur dengan jumlah sel 1 × 105

sel/sumur. Kemudian dimasukkan sampel berupa paduan logam CoCrMo tanpa pelapisan, paduan CoCrMo dengan pelapisan TiN, paduan CoCrMo dengan pelapisan TiN dan HAp-kitosan, HAp, dan logam Cu. Kontrol negatif merupakan bahan uji tanpa penambahan sampel, dan kontrol positif berupa logam tembaga. Kemudian di inkubasi selama 6 hari. Viabilitas sel dihitung menggunakan hemositometer dengan pewarna tripan biru. Kemudian ditentukan persen inhibisinya (Modifikasi Ozen et al. 2005).

(c)

2 theta

HASIL DAN PEMBAHASAN

Preparasi paduan CoCrMo Paduan CoCrMo dengan komposisi pada Tabel 1 dibentuk menggunakan Tri Arc Furnace. Alat ini digunakan untuk membuat paduan logam dengan cara meleburnya menggunkan busur listrik pada kondisi pengaliran gas Ar untuk menghindari terjadinya oksidasi pada logam. Panas yang dihasilkan mencapai 3000°C dikarenakan perbedaan potensial dari busur listrik. Paduan logam dipastikan terbentuk karena titik lebur Co sebesar 1410°C, Cr sebesar 1903°C dan Mo sebesar 2610°C. Paduan CoCrMo (Gambar 2a) memiliki warna perak keabu- abuan dan memiliki tiga macam struktur kristal, yaitu kisi kristal kubik (fase ), kisi kristal heksagonal (fase σ), dan kisi kristal tetragonal (fase ɛ).

(a) (b) (c)

Permukaan paduan CoCrMo (Gambar 2b) pada penelitian ini mengalami oksidasi yang menimbulkan warna kehijauan, hal ini dikarenakan kondisi vakum yang tidak optimum sehingga udara lain (O2, CO2, H2O,

dan lainya) masih berada pada ruang sampel. Paduan CoCrMo mengalami keretakan pada saat proses rolling (Gambar 2c). Keretakan dikarenakan terdapatnya fase ɛ dan fase σ. Fase σ terbentuk pada suhu dibawah 950°C dan fase ɛ terbentuk antara suhu 950°C sampai 1200°C, oleh karena itu proses rolling

paduan logam CoCrMo yang baik adalah pada suhu 1260°C agar terbetuk kisi kristal kubik (fase

) (Yuswono 2005). Keretakan logam pada sampel juga diakibatkan tidak terdapatnya unsur karbon (C) dan nikel (Ni). Karbon pada paduan berfungsi meningkatkan kekerasan paduan CoCrMo. Unsur C optimum sebesar 0,1 %, jika unsur C ditambahkan melebihi nilai optimum maka tidak berpengaruh secara signifikan terhadap peningkatan kekerasannya. Unsur Ni dapat

menghasilkan paduan yang baik untuk rolling, membuat kisi kristal kubik (fase

) menjadi lebih stabil pada suhu tinggi, dan menurunkan ketahanan deformasi. Penambahan Ni pada implan dapat menimbulkan alergi jaringan, oleh karena itu batas aman Ni yang diperbolehkan pada paduan logam sebesar 0,01 % (Yuswono 2005; Prasetyo 2010). Pada penelitian ini tidak digunakan unsur C dan Ni dikarenakan unsur C dapat menurunkan daya tahan korosi, sedangkan Ni dapat menimbulkan alergi jaringan. Untuk mendapatkan paduan yang baik tanpa digunakan unsur Ni, maka proses rolling

dilakukan pada suhu awal lebih dari 1260°C. Pola difraktogram paduan CoCrMo tanpa penambahan N (Gambar 3a) memiliki tiga puncak tertinggi pada sudut 2: 43,59°, 46,51°, dan 50,52° dengan intensitas 142, 48, dan 90 (Lampiran 2).

Terdapat kemiripan pola difraktogram paduan CoCrMo sintesis tanpa penambahan N terhadap literatur (Gambar 3c), yaitu letak Gambar 2 Foto logam CoCrMo hasil peleburan.

Keterangan : (a) telah dihaluskan, (b) logam teroksidasi, dan (c) logam hasil rolling

Gambar 3 Pola difraktogram CoCrMo. Keterangan: (a) CoCrMo sintesis tanpa penambahan N, (b) CoCrMo sintesis dengan penambahan N, (c) dan CoCrMo literatur (Okur 2009). (a)

(b)

Kisi kristal kubik

Kisi kristal tetragonal

Kisi kristal kubik

Kisi kristal tetragonal

Kisi kristal kubik

2 theta

sudut 2 tertinggi diatara 40° - 60° dan memiliki dua jenis fase kristal. Dua jenis kristal tersebut, yaitu fase  dan fase ɛ. Sedangkan paduan CoCrMo dengan penambahan unsur N hanya memiliki fase , sehingga paduan ini lebih kuat dibandingan paduan tanpa usur N. Hal ini sesuai dengan pernyataan Lee et a.l (2007), bahwa penambah unsur nitrogen (N) dalam bentuk kromium nitrida (CrN) pada paduan CoCrMo berfungsi mengurangi fase tetragonal yang terbentuk dan menstabilkan fase kubik. Difaktogram CoCrMo dengan penambahan N (Gambar 3b) dengan puncak tertinggi pada sudut 2: 43,46° dan 50,30° menunjukan hilangnya fase ɛ. Fase ɛ dapat hilang karena penambahan unsur N sehingga terjadi peningkatan komposisi dari unsur Cr. Terdapatya unsur Cr dapat meningkatkan kekerasan dan ketahanan korosi (Prasetyo 2010).

Pelapisan paduan CoCrMo dengan titanium nitrida

Keberadaan lapisan TiN ditandai dengan warna emas pada sampel (Gambar 4c), sedangkan sampel tanpa lapisan TiN berwarna perak keabu-abuan. (Gambar 4a). Warna emas terbentuk karena proses sputtering dan

nitriding. Proses sputtering adalah tereksitasinya gas argon dalam plasma dengan kondisi tekanan rendah akibat diberi daya listrik, sehingga ion argon memiliki energi yang kuat untuk menumbuk target Ti. Atom Ti yang terlepas akan tertanam pada substrat karena terdapat medan listrik dan daya yang besar. Pada saat proses sputtering, gas nitrogen dialirkan ke dalam plasma sehingga

Dokumen terkait