23513

بررسي تخريب پذيري آلياژ منيزيم WE43 به كمك كامپوزيت سازي با ذرات تقويت كننده سراميك هاي سيليكاني به روش همزني - اصطكاكي

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي

1395

1398/8/28

دكتر عليرضا خاوندي و عليرضا ايواني

دكتر مريم تاج آبادي

مهندسي مواد

آلياژهاي منيزيم، با توجه به استحكام مناسب، مدول يانگ و چگالي شبيه به استخوان انسان، داراي كاربردهاي پزشكي بالقوه¬اي در توليد مواد ايمپلنت زيست¬تخريب¬پذير هستند. با اين حال، يكي از مهم¬ترين موانع كليدي براي كاربردهاي باليني آلياژهاي منيزيم، خوردگي سريع اين آلياژها در مايعات بدن انسان است. هدف اصلي از انجام تحقيق حاضر بررسي رفتار زيست¬تخريب¬ پذيري و زيست فعالي آلياژ منيزيم با استفاده از كامپوزيت سازي با ذرات تقويت كننده سراميك هاي كلسيم سيليكاتي نظير آكرمانيت، وولاستونيت و هارديستونيت به روش هم زني- اصطكاكي بود. به اين منظور، پودرهاي بيوسراميكي مذكور در زمينه آلياژ منيزيم WE43 پراكنده شدند. مشخصه يابي كامپوزيت ساخته شده با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي(SEM) مجهز به آناليز عنصري(EDS) و ميكروسكوپ نوري(OM) انجام شد. سنجش خواص مكانيكي كامپوزيت ها از طريق دو آزمون فشار و ميكروسختي مورد آزمايش قرار گرفت. ارزيابي زيست تخريب پذيري نمونه ها از طريق دو آزمون الكتروشيميايي خوردگي شامل؛ پلاريزاسيون پتانسيوديناميكي و امپدانس الكتروشيميايي، آزمون غوطه وري شامل؛ ارزيابي كاهش وزن، سرعت خوردگي و ميزان PH انجام شد. ارزيابي زيست فعالي نمونه ها در محلول شبيه سازي شده بدن(SBF) و نمك فسفات بافر(PBS) وشناسايي رسوبات تشكيل شده توسط آناليز عنصري و پراش پرتو ايكس(XRD) انجام شد.بر طبق آزمون ميكروسختي انجام شدهنمونه كامپوزيت آلياژ منيزيم WE43 به همراه ذرات تقويت كننده آكرمانيت با سختي 160 ويكرز بيشترين سختي را درمنطقه هم زده نشان داد .همچنين نمونه كامپوزيت آلياژ منيزيم WE43 به همراه ذرات تقويت كننده هارديستونيت با استحكام فشاري 303 مگاپاسكال بيشترين استحكام را در آزمون فشار از خود نشان داد. نتايج حاصل از آزمون خوردگي الكتروشيميايي نشان داد نمونه آلياژ WE43 كامپوزيت شده با ذرات هارديستونيت با چگالي جريان خوردگي 52/54 نانوآمپر بر سانتي متر مربع بيشترين مقاومت به خوردگي را داراست. نتايج حاصل از آزمون زيست تخريب پذيري نيز نشان داد نمونه كامپوزيت آلياژ منيزيم WE43 به همراه ذرات تقويت كننده هارديستونيت با سرعت خوردگي 75/29 mm/year در نمك فسفات بافر و 90/20 mm/year در محلول شبيه سازي شده بدن بيشترين مقاومت به زيست تخريب پذيري را داراست.نتايج حاصل از آزمون زيست فعالي نيز نمونه كامپوزيت آلياژ منيزيم WE43 به همراه ذرات تقويت كننده وولاستونيت را بهترين نمونه براي تشكيل آپاتيت در محيط شبيه سازي شده بدن معرفي كرد.

1400/01/30

Investigation of degradability of WE43 magnesium alloy by composite fabrication with siliconceramic reinforcing particles in the friction stir processing method

11/19/2021 12:00:00 AM

Magnesium alloys have potential medical applications in the production of biodegradable implantmaterials due to their good strength, Young's modulus, and density similar to human bone.However, one of the most important barriers to the clinical applications of magnesium alloys isthe rapid corrosion of these alloys in human body fluids. The main purpose of this study was toinvestigate the biodegradability and bioactivity behavior of magnesium alloy using compositefabrication with calcium silicate ceramic reinforcing particles such as akermanite, wollastonite andhardytonite by friction stir processing . For this purpose, the mentioned bioceramic powders weredispersed in the field of WE43 magnesium alloy. The composite was characterized using scanningelectron microscopy (SEM) equipped with elemental analysis (EDS) and optical microscopy (OM).The mechanical properties of the composites were tested by both pressure and microhardnesstests. Evaluation of biodegradability of samples through two electrochemical corrosion testsincluding; Potentiodynamic polarization and electrochemical impedance, immersion test including;Weight loss, corrosion rate and pH were evaluated. Evaluation of bioactivity of samples in bodysimulated solution (SBF) and buffer phosphate salt (PBS) and identification of sediments formedby elemental analysis and X-ray diffraction (XRD) was performed. Along with akermanitereinforcing particles with a hardness of 160 Vickers, it showed the highest hardness in the nuggetzone. The results of electrochemical corrosion test showed that the sample of WE43 alloycomposite with hardstone particles with corrosion current density of 54.52 nanoamperes persquare centimeter has the highest corrosion resistance. The results of biodegradability test alsoshowed that the composite sample of WE43 magnesium alloy with hardystonite reinforcingparticles with corrosion rate of 29.75 mm / year in phosphate salt and 20.90 mm / year insimulated body solution was the highest. It has resistance to biodegradability. The results of thebioactivity test also introduced a sample of WE43 magnesium alloy composite with wollastonitereinforcing particles as the best example for the formation of apatite in the simulated environmentof the body.