PENGARUH PROSES IMPLANTASI ION DAN DIE DRAWING TERHADAP KEAUSAN AISI 316L DAN ULTRA HIGH MOLECULAR WEIGHT POLYETHYLENE

Achmad Hata, Ir. Rini Dharmastiti, M.Sc. Ph.D., IPM. ASEAN. Eng

2010 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Total knee joint prosthesis adalah penggantian sendi lutut secara menyeluruh dengan sendi lutut tiruan. Bio-material yang digunakan harus mempunyai kemampuan untuk berinteraksi dengan sel tubuh manusia tanpa menimbulkan efek samping yang membahayakan tubuh manusia. Bagian ujung femoral dan tibia dibuang lalu diganti dengan material AISI 316L dan UHMWPE. Tujuan dari penelitian ini adalah melihat pengaruh proses ion implantation dan die drawing terhadap keausan material AISI 316L dan UHMWPE. Material yang digunakan dalam penelitian: AISI 316L yang berupa pelat berukuran 50x15x3 mm dan pin UHMWPE dengan ukuran diameter 8 mm. Pada beberapa benda uji AISI 316L diberi perlakuan ion implantation berbasis nitrogen dan proses draw drawing pada UHMWPE. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah mesin uji keausan unidirectional reciprocating pin on plate. Uji keausan dilakukan dengan beberapa periode waktu serta parameter yang berbeda-beda, yaitu: beberapa variasi pasangan AISI 316L dan UHMWPE dengan dan tanpa perlakuan ion implantation serta die drawing. Uji keausan yang dilakukan : (1) mengunakan pelumas bovine serum (30%), aquabides (70%) dan sodium azide/NaN3 (0,1%) dan (2) menggunakan pelumas Phosphate Buffered Saline, dengan jarak lintasan 5 km, 10 km, 15 km dan 30 km. Gaya penekanan yang digunakan pada pin adalah 180N. Pengujian dengan pelumas PBS menghasilkan debris yang jauh lebih banyak dibanding dengan menggunakan bovine serum. Faktor keausan dengan pelumas PBS adalah 9,47x10-6 mm3/N.m, 11,9x10-6 mm3/N.m dan 54,8x10-6 mm3/N.m berturut-turut untuk pasangan material AISI 316L ion implantation - UHMWPE die drawn, AISI 316L virgin - UHMWPE die drawn serta AISI 316L ion implantation - UHMWPE virgin, sedangkan faktor keausan dengan pelumas bovine serum adalah 9,24x10-7 mm3/N.m untuk pasangan material AISI 316L virgin - UHMWPE die drawn, serta 7,262x10-7 mm3/N.m untuk pasangan AISI 316L ion implantation - UHMWPE virgin dan 5,83x10-7 mm3/N.m untuk pasangan AISI 316L ion implantation - UHMWPE die drawn. Pasangan material yang dapat menjadi pengganti sendi lutut tiruan adalah AISI 316L ion implantation - UHMWPE die drawn dan AISI 316L ion implantation - UHMWPE virgin, karena mempunyai faktor keausan terkecil, sehingga UHMWPE die drawn dapat dipertimbangkan untuk digunakan pada pengganti sendi lutut tiruan.

Total knee joint prosthesis is a totally replacement of human knee prosthesis by artificial knee prosthesis. Bio-materials which are used should have an ability to interact with human body cells without any harm. An unhealth knee prosthesis system (end part of tibial and femoral) are replaced by AISI 316L and UHMWPE materials. The aim of this research is to observe the effects ion implantation and die drawing processes on the wear of AISI 316L and UHMWPE. AISI 316L 50x15x3 mm plates and 8 mm diameter UHMWPE pins were used as testpieces materials. Some of these materials were treated using ion implantation base on nitrogen for AISI 316L and die drawing process for UHMWPE. These materials had been tested on unidirectional reciprocating pin on plate wear testing machine. Some parameters were used on this research such as; time periode, materials mating variations and 2 batchs of wear testing were carried out: First, material wear testing using bovine serum (30%), aquabides (70%) and sodium azide (0.1%) solution as lubricant and second, using PBS as lubricant. A travel friction variation and pin force of 180N were applied. More wear debris was produced on these testing with PBS as lubricant rather than bovine serum. Which got the wear factor of: 9.47x10-6, 11.9x10-6dan 54.8x10-6 mm3/N.m respectively for AISI 316L ion implantation - UHMWPE die drawn, AISI 316L virgin - UHMWPE die drawn serta 316L ion implantation - UHMWPE virgin materials. While the wear factors for bovine serum are 9.24x10-7 mm3/N.m for 316L virgin - UHMWPE die drawn then 7.262x10-7 mm3/N.m for AISI 316L ion implantation - UHMWPE virgin and 5.83x10-7 for 316L ion implantation - UHMWPE die drawn mating materials. At last can be concluded that the used of bovine serum produced less wear debris than PBS, and the mating materials can be ranked from the lowest wear factor as follows: (1) AISI 316L ion implantation – die drawn UHMWPE, (2) AISI 316 virgin – die drawn UHMWPE, and (3) AISI 316L ion implantation – UHMWPE virgin, therefore die drawn UHMWPE can be considered as artificial material replacement for human knee joint.

Kata Kunci : UHMWPE, bovine serum, PBS.