28777

تعيين رفتار خستگي‌ خوردگي بيوكامپوزيت منيزيمي پوشش دهي شده به روش الكتروريسي

دكتري تخصصي

مهندسي مكانيك - ساخت و توليد

1395

1402/6/26

محمد صديقي

مهندسي مكانيك

ايمپلنت هاي منيزيمي به دليل خواص منحصر به فردشان در مقايسه با ايمپلنت هاي متداول فولاد ضد زنگ، تيتانيوم و كبالت كروم، ارجحيت يافته اند. شباهت خواص مكانيكي منيزيم به استخوان، زيست تجزيه پذير بودن و كاهش اثر سپر تنشي از مهم ترين اين خواص هستند. با وجود مزيت هاي بسيار، نرخ خوردگي نسبتاً بالاي منيزيم، امكان خرابي و ايجاد مشكل قبل از درمان كامل عضو را ايجاد مي كند. ضمناً با توجه به بارگذاري چرخه اي در سيستم پايين تنه بدن، اين مواد در معرض اثر همزمان خوردگي و خستگي هستند. منيزيم تقويت شده توسط ذرات بيوسراميكي، بهبود زيادي را در خواص خستگي، خوردگي و خستگي-خوردگي آن نشان مي دهد. با اين وجود، نرخ تجزيه بالاي منيزيم به خصوص در زمان هاي اوليه همچنان باعث مشكلاتي مي باشد. پوشش دهي ايمپلنت يكي از راه هاي مؤثر در جهت كنترل بيشتر خوردگي و افزايش استحكام خستگي در محيط خورنده داخل بدن مي باشد. مطالعات انجام شده در زمينه رفتار خوردگي و خستگي خوردگي بيوكامپوزيت هاي منيزيمي پوشش دهي شده محدود مي باشد. در اين رساله، پس از ساخت كامپوزيت منيزيم با 2.5% HA، بررسي ميكروساختار و خواص مكانيكي آن انجام شد. سپس پوشش دهي كامپوزيت توسط الكتروريسي الياف PCL و PCL/HA با پارامترهاي بهينه انجام و مشخصه يابي سطح نمونه ها صورت گرفت. در ادامه، آزمون هاي خوردگي پلاريزاسيون و برون تني، بررسي يكپارچگي مكانيكي، خستگي، خستگي خوردگي و زيست سازگاري بر روي نمونه ها انجام گرفت. نتايج حاكي از كاهش اندازه دانه و ايجاد استحكام مناسب در كامپوزيت نسبت به منيزيم خالص است. الكتروريسي الياف باعث كاهش شديد چگالي جريان خوردگي شده است. همچنين، پوشش PCL/2.5%HA نرخ خوردگي كامپوزيت را در بازه غوطه وري 14 روزه به ميزان 81% تا mm/year 0.98 كاهش داده است. نتايج آزمون يكپارچگي مكانيكي مؤيد بهبود عملكرد اين نمونه نسبت به نمونه بدون پوشش است. بر اساس نتايج آزمون خستگي خوردگي در SBF، عمر بيش از 1 ميليون تحت تنش MPa 60 براي نمونه كامپوزيتي پوشش دار و بدون پوشش به دست آمده است. به علاوه، اين نتايج افزايش مقاومت به خستگي را در نمونه با پوشش PCL/2.5%HA نسبت به نمونه كامپوزيتي بدون پوشش به خصوص در سطح تنش هاي پايين نشان مي دهد. ضمناً نتايج زيست سازگاري نشانگر افزايش زنده ماني سلول هاي MC3T3-E1 بر روي اين نمونه مي باشد. اثر محافظتي لايه پسيو، داربست پليمري و لايه Ca-P جذب شده مي تواند عاملي در كاهش ميزان خوردگي و در نتيجه بهبود عملكرد تحت بار خستگي در محيط SBF باشد.

1402/07/08

Determination of corrosion fatigue behavior of electrospun coated magnesium biocomposite

9/16/2024 12:00:00 AM

Magnesium implants are preferred because of their unique characteristics compared to ordinary stainless steel, titanium, and cobalt chromium implants. The similarity of the mechanical properties of magnesium to the bone, its biodegradability, and the reduction of the stress shield effect are the most important of these properties. Despite its many advantages, magnesium's relatively high corrosion rate creates the possibility of failure and problems before the complete healing process. In addition, due to cyclic loading in the lower limb, these materials are exposed to the simultaneous effect of corrosion and fatigue. Magnesium reinforced by bioceramic particles shows excellent improvement in its fatigue, corrosion, and corrosion-fatigue properties. However, the high decomposition rate of magnesium, especially in the early stages, still causes problems. Implant coating is one of the effective ways to further control corrosion and increase fatigue strength in the corrosive environment inside the body. The studies conducted in the field of corrosion and corrosion-fatigue behavior of coated magnesium biocomposites are limited. In this thesis, after the fabrication of a magnesium composite with 2.5% HA, its microstructure and mechanical properties were assessed. Then the coating of the composite was done by electrospinning PCL and PCL/HA fibers with optimal parameters, and the surface of the samples was characterized. In the next step, polarization and in vitro corrosion tests, mechanical integrity, fatigue, corrosion-fatigue, and biocompatibility tests were performed on the samples. The results indicate a decrease in grain size and proper strength in the composite compared to pure magnesium. Electrospinning of fibers has dramatically reduced the corrosion current density. Also, the PCL/2.5%HA coating has lessened the corrosion rate of the composite by 81% to 0.98 mm/year in the 14-day immersion interval. The results of the mechanical integrity test confirm the improvement in the performance of this sample compared to the uncoated one. Based on the results of the corrosion-fatigue test in SBF, a life of more than 1 million under 60 MPa stress has been obtained for coated and uncoated composite samples. In addition, these results show an increase in fatigue resistance in the PCL/2.5%HA coated sample compared to the uncoated composite sample, especially at low stress levels. Furthermore, the biocompatibility results reveal an increase in the viability of MC3T3-E1 cells on the surface of this sample. The protection effect of the passive layer, scaffold, and the absorbed Ca-P layer can decrease the corrosion rate and thus improve the performance under fatigue load in the SBF environment.

بيوكامپوزيت منيزيمي , خستگي خوردگي , پوشش دهي , الكتروريسي , پليمر زيست تجزيه پذير

Magnesium biocomposite , Corrosion-fatigue , coating , Electrospinning , Biodegradable polymer

Milad Shamsi

Mohammad Sedighi