19466

۱۹۴۶۶

بررسي رفتار خستگي خوردگي كامپوزيت پايه منيزيمي با كاربرد پزشكي

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي - جامدات

۱۳۹۴

۱۳۹۷/۰۱/۲۹

دكتر محمد صديقي

مكانيك

كامپوزيت هاي پايه منيزيمي در سال‌هاي اخير به‌واسطه نسبت استحكام به وزن بسيار بالا، چگالي كم فلز پايه، قابليت ماشين كاري بسيار زياد به‌طور گسترده مورد استقبال محققين و توليدكنندگان قرارگرفته است. ازآنجايي‌كه منيزيم خود يكي از عناصر ضروري براي متابوليسم بدن انسان است و خواص مكانيكي بسيار مشابهي با استخوان بدن انسان دارد، مي تواند در موضوعات ارتوپدي از گرايش هاي علوم پزشكي نقش پررنگي را ايفا كند. ازجمله ويژگي هاي منيزيم مي توان به قابليت زيست‌تخريب‌پذيري آن اشاره كرد كه مي تواند به‌عنوان بيوماده براي ساخت اروتزها و پروتزها در نظر گرفت و جراحي ثانويه را از بين برد. همچنين به دليل نرخ خوردگي بسيار بالا در محيط‌هاي زيستي، منيزيم خالص به تنهايي قابل كاربري نيست كه براي رفع اين نقص مي توان از كامپوزيت‌هاي پايه منيزيمي بهره برد و مقاومت به خوردگي آن را قابل كنترل كرد. در پايان‌نامه پيش رو، كامپوزيت هاي پايه فلزي با فاز زمينه منيزيم خالص و فاز تقويت‌كننده هيدروكسي‌آپاتيت توسط روش ريخته‌گري همزني مغناطيسي-مكانيكي توليدشده اند. باوجود اهميت موضوع خستگي خوردگي در محيط شبيه سازي شده بدن به عنوان يكي از مهم ترين موضوعات در كاربرد نهايي اين بيوكامپوزيت‌ها، تاكنون مطالعاتي در اين زمينه صورت نگرفته است. بنابراين در پايان‌نامه حاضر به بررسي رفتار اين نوع بيوكامپوزيت‌ها از ديدگاه خستگي خوردگي پرداخته شده است. همچنين به منظور بهينه سازي زمان همزني مكانيكي در حين ريخته گري تحقيقاتي بر روي خواص مكانيكي ازجمله سختي، فشار، كشش و رفتار خستگي صورت گرفته است. لازم به ذكر است نمونه‌هاي كامپوزيتي جهت بررسي تأثير فاز تقويت كننده با مقادير %5/2 و %5 وزني هيدروكسي آپاتيت و با دو نسبت اكستروژن متفاوت 1:5 و 1:20 تهيه شده اند. نتايج به‌دست‌آمده حاكي از زمان 5 دقيقه همزني مكانيكي در كنار همزني مغناطيسي به عنوان زمان بهينه همزني مي باشد. هم چنين به طور كلي افزودن ذرات تقويت كننده باعث بهبود خواص مكانيكي، مقاومت به خوردگي، رفتار خستگي پرچرخه و به‌طور خاص افزايش عمر خستگي خوردگي نمونه‌هاي بيوكامپوزيتي در دامنه تنش‌هاي يكسان نسبت به نمونه‌هاي منيزيم خالص مي شود، به طوري كه در نمونه هاي كامپوزيتي %5/2 وزني به دليل كاهش نرخ خوردگي، عمر خستگي مفيدتري را نسبت به نمونه هاي %5 وزني نشان داد.

1397/07/08

Investigation of Corrosion Fatigue Behavior in Magnesium Matrix Composites with Medical Applications

4/18/2018 12:00:00 AM

Recently, magnesium (Mg) matrix composites have been considered widely by researchers and manufacturers due to its excellent strength to weigth ratio, low density of base metal and desirable machinability. Since Mg is one of the vital elements for human metabolism and has very similar mechanical properties to human bone, it can play a major role in orthopedic and medical applications. Among these features, Mg possesses a great biodegradability which is capable of being used as a biomaterial for manufacturing of ortheses and protheses and will eliminate secondary surgeries. Nevertheless, because of the high corrosion rate of Mg in biological environment, pure Mg cannot be used alone. To overcome this defect, using magnesium matrix composite is a reasonable solution and its corrosion resistance can be controlled. In this study, magnesium/hydroxyapatite bio-composite have been produced by magnetic-mechanical stirring method. Despite the importance of the fatigue behavior in the simulated body environment, no study has been done in this regard so far. Therefore, the corrosion fatigue behavior of the biocomposite is discussed. Also, the effect of stirring time on mechanical properties such as hardness, compression, tension and fatigue behavior have been investigated. It should be noted that the composite materials were prepared to examine the effect of the reinforcement phase with 2.5 wt% and 5 wt% hydroxyapatite and with different extrusion ratios of 1:5 and 1:20. The results indicate that 5 minutes of mechanical stirring along with the magnetic stirrer is considered as suitable mixing time. In general, the particles improve mechanical properties, corrosion resistance, fatigue behavior and in particular increase the fatigue life at the same stress amplitudes in comparison with pure Mg. The composite with 2.5 wt% hydroxyapatite showed better fatigue life than 5 wt% due to the reduction of corrosion rate.