Deposisi Lapisan Tipis Ti-Cu-N Pada Stainless Steel 316L Menggunakan DC Sputtering Untuk Meningkatkan Sifat Mekanik dan Antibakteri

Ihwanul Aziz, Prof. Dr. Eng. Yusril Yusuf, S.Si., M.Si., M.Eng.

2023 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Permasalahan implan ortopedi Stainless Steel 316L (SS 316L) saat di tanam ditubuh manusia adalah infeksi. Implanasi material pada tubuh manusia menyebabkan inflamasi lokal dan memungkinkan kelangsungan hidup bakteri. Pada penelitian ini SS 316L dilapisi Titanium Nitrida terdoping tembaga (Ti-Cu-N) menggunakan teknik DC Sputtering. Lapisan Ti-Cu-N di pilih untuk meningkatkan kinerja antibakteri dan sifat mekanik SS 316L. Ti-Cu-N dideposisikan menggunakan reaktif DC sputtering dengan rasio argon terhadap nitrogen 80%: 20%. Tegangan dan arus deposisi konstan pada 10 kV dan 10 mA. Data XRD menunjukkan bahwa fase kristal pada sampel adalah TiN dan Cu dengan struktur kristal FCC. Uji antibakteri menunjukkan bahwa permukaan sampel dengan 44,34 wt?n 54,97 wt% Cu memiliki efektivitas antibakteri terhadap Staphylococcus aureus. Nilai kekerasan tertinggi lapisan Ti-Cu-N adalah 212.032 VHN, terjadi peningkatan peningkatan 36,63% dibandingkan raw material yaitu: 155,18 VHN. Analisis morfologi permukaan menggunakan SEM-EDS dilakukan pada sampel sebelum dan sesudah uji antibakteri untuk menyelidiki mekanisme antibakteri permukaan SS 316L yang mengandung Ti-Cu-N terhadap Staphylococcus aureus berupa data pengurangan komposisi Cu dan terlihat morfologi bangkai bakteri.

The problems associated with Stainless Steel 316L (SS 316L) orthopedic implans, when implaned in the human body, are infection, local inflammation, and the possibility of bacterial growth. In this study, SS 316L was coated with copper-doped Titanium Nitride (Ti-Cu-N) using the DC Sputtering technique. This Ti-Cu-N film improved the antibacterial performance and mechanical properties of SS 316L. The Ti-Cu-N films were deposited using reactive DC sputtering with an 80%:20% argon to nitrogen ratio. The source voltage and current were kept constant at 10 kV and 10 mA, respectively. X-Ray Diffraction (XRD) showed that the phases formed were TiN and Cu with FCC crystal structure. Results show that the surfaces of samples containing 44.34 wt% and 54.97 wt% Cu had antibacterial effectiveness against Staphylococcus aureus (S. Aureus). The highest hardness value of a Ti-Cu-N layer was 212.032 Vickers Hardness Number (VHN), which was an improvement of 36.63% on the raw material (155.18 VHN). Surface morphology analysis using SEM-EDS was performed on the samples before and after the antibacterial test to investigate the antibacterial mechanism of the surfaces of SS 316L containing Ti-Cu-N against Staphylococcus aureus that is reduction of Cu composition and visible morphology of bacterial carcasses.  

Kata Kunci : Antibakteri, Sputtering, Ti-Cu-N, Stainless Steel 316L