26389

بررسي تاثير مس بر ريزساختار و خواص مكانيكي آلياژ Zn-Cu

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد- شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

1397

1400/09/30

دكتر محمدرضا ابوطالبي- دكتر سيد حسين سيدين

مهندسي مواد و متالورژي

امروزه مطالعات گسترده¬اي در¬مورد پتانسيل روي و آلياژ¬هاي آن به عنوان آلياژهاي زيست¬سازگار جهت توليد ايمپلنت و استنت‌هاي زيست تخريب‌پذير انجام گرفته‌است. اين مطالعات كه در شرايط و محيط¬هاي مختلفي صورت گرفته‌است، تجزيهپذيري قابل قبول، عملكرد مكانيكي بهتر و زيست سازگاري مناسبي و همچنين نرخ خوردگي كمتر نسبت به فلزات زيست¬سازگار پايه منيزيم نشان مي‌دهد. مهم ترين محدوديت استفاده از روي خالص به عنوان ايمپلنت، استحكام مكانيكي ضعيف آن مي‌باشد. بدين منظور در اين تحقيق به بررسي تاثير مس بر ريزساختار و خواص مكانيكي آلياژ Zn-xCu پرداخته مي‌شود. ابتدا ريخته‌گري در سه درصد وزني 1، 2 و 5/3 مس انجام شد و بعد از آن قطعات ريختگي همگن‌سازي شدند. براي تعيين فاز ثانويه ايجاد شده آزمون (XRD) انجام گرفت. تصاوير ميكرسكوپ نوري (OM) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) نشان مي‌دهد كه با افزايش غلظت مس، فازCuZn5 بيشتري رسوب مي‌كند. عمليات ترمومكانيكي اكستروژن به‌منظور بهبود ريزساختار و خواص مكانيكي بر روي آلياژهاي (درصد وزني 5/3 و 1،2 = x )Zn-xCu صورت گرفت. پس از اكستروژن، فازهاي CuZn5 شكسته شده و در جهت اكستروژن توزيع شدند. دانه‌ها بصورت آشكار به دليل تبلور مجدد ديناميكي ريزدانه شدند. آزمايش كشش نشان مي‌دهد كه افزودن مس مي‌تواند به طور قابل توجهي خواص مكانيكي آلياژهاي Zn-xCu را بهبود بخشد. نتايج آزمايش كشش نشان داد كه بيشترين مقدار استحكام تسليم، استحكام نهايي و ازدياد طول توسط آلياژ Zn-3.5Cu بدست آمده‌است كه به ترتيب 215 ، 234مگاپاسكال و 46درصد مي‌باشد كه معيارهاي طراحي كلي براي استنتهاي قلبي عروقي را برآورده مي‌كند. عمليات حرارتي پيرسازي به‌منظور دستيابي به خواص مكانيكي و اهداف اين پروژه در سيكل‌هاي مختلف براي آلياژهاي Zn-1Cu وZn-2Cu انجام گرفت. عمليات حرارتي پيرسازي در دماهاي 90 و 120 درجه سانتي‌گراد انجام گرفت و بعد از آن سختي هر سيكل عمليات حرارتي اندازه‌گيري شد. سختي بالا در دماي 90 درجه سانتي‌گراد در زمان هاي بيشتر و در 120 درجه سانتي‌گراد در زمان هاي كمتر محقق شد.

1400/12/23

Investigation of the effect of copper on the microstructure and mechanical properties of Zn-Cu alloy

12/21/2022 12:00:00 AM

Extensive studies have been published on the potential of zinc and its alloys as biocompatible alloys for the production of biodegradable implants and stents. These preliminary in vitro and in vivo studies showed better mechanical performance and good biocompatibility as well as lower corrosion rates than Mg-based biocompatible metals. The most important limitation of using pure zinc as an implant is its poor mechanical strength. For this purpose, in this study, the effect of Cu on the microstructure and mechanical properties of Zn-xCu alloy is investigated. The as-cast Zn-xCu (x=1, 2, and 3.5 wt%, denoted as Zn-1, 2, 3, 4Cu, respectively) alloy was prepared and then homogenized at about 360 °C for 8 h, followed by quenching in water. Phase constituents were analyzed using X ray diffraction. Scanning Electron Microscope images show that as the Cu content increases, more CuZn5 phase precipitates. Optical microscope(OM) and Scanning Electron Microscope (SEM) images show that as the Cu content increases, more CuZn5 phase precipitates. The extrusion was performed on Zn-xCu alloys with speed of 2 mm / min at a temperature of 240 ° C to improve microstructure and mechanical properties. After extrusion, the CuZn5 phases are broken and the grains of Zn-xCu alloys are refined. Tensile test shows that Cu addition could significantly improve the mechanical properties of Zn-xCu alloys. The tensile properties the Zn-xCu alloys are enhanced gradually. The highest YS and UTS and elongation values are reached by Zn-3.5Cu alloy, which are about 215 MPa, 234 MPa and 46% respectively, which meet the general design criteria for cardiovascular stents. Aging heat treatment was performed to improve mechanical properties at 90 and 120 ° C for Zn-1Cu and Zn-2Cu alloys.

mohammad zamani

Prof. Mohammad Reza Abutalebi - Prof. Seyyed Hossein Seyedein