28791

بررسي تاثير عنصر نادر خاكي (RE) بر ريزساختار‌ و خواص خوردگي آلياژ Mg-2Zn-0.3Ca

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي- شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

1399

1402/6/27

سعيد شبستري

مريم صالحي

مهندسي مواد و متالورژي

آلياژهاي منيزيم به دليل خواص مكانيكي مناسب و زيست سازگاري عالي، به عنوان مواد زيست پزشكي بالقوه زيست تخريب‌پذير در نظر گرفته شده‌اند. در اين تحقيق، اثرات عنصر نادرخاكي بر ريزساختار، خواص مكانيكي و رفتار خوردگي آلياژ Mg–2Zn-0.3Ca مورد بررسي قرار گرفته است. بدين منظور آلياژ ( wt.%1، 5/0، 0x = ) Mg–2Zn-0.3Ca-xY تحت فلاكس پوششي محافظ آلياژسازي شد و تحت گاز خنثي آرگون در قالب طراحي شده، ريخته‌گري شد. شمش‌هاي توليد شده مورد آناليز شيميايي قرار گرفت و نمونه‌هايي از آن‌ها برش زده شده و براي بررسي‌هاي ريزساختاري آماده گرديد. بررسي ريزساختاري با استفاده از ميكروسكوپ نوري (OM) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) متصل به EDS و خواص مكانيكي با استفاده از آزمايش‌هاي سختي‌سنجي و كشش انجام شد. به علاوه، از آزمايش پراش پرتو ايكس (XRD) براي شناسايي فاز‌هاي موجود در ساختار استفاده شد. جهت بررسي خواص خوردگي از آزمايش‌هاي خوردگي غوطه‌وري‌ در محلول شبيه‌ساز بدن و پلاريزاسيون استفاده شد. نتايج نشان داد كه با افزودن مقادير مختلف عنصر ايتريم، در آناليز الگوي پراش پرتوايكس قله‌هاي جديدي ناشي از فازهاي جديد شناسايي شدند كه حضور فازهاي I (Mg6YZn3) و (Mg3YZn3) W را در ساختار تاييد مي‌كند. با افزايش عنصر ايتريم متوسط اندازه دانه از 3/114 ميكرومتر به ترتيب به 9/71 و 8/48 ميكرومتر كاهش داشته است. افزودن عنصر ايتريم باعث افزايش سختي شده است به طوري كه سختي آلياژ Mg-2Zn-0.3Ca از HV7/40 به ترتيب براي 5/0% و 1% ايتريم به HV 5/54 و HV 7/66 افزايش يافته است. نتايج آزمايش كشش نشان مي‌دهد مقادير استحكام كششي با افزايش درصد ايتريم در آلياژ عاري از ايتريم از 2/111 مگاپاسكال به 4/286 مگاپاسكال در آلياژ حاوي 5/0 درصد وزني ايتريم و 7/385 مگاپاسكال در آلياژ 1 درصد وزني ايتريم افزايش يافته است. درصد ازدياد طول نسبي در نمونه حاوي 5/0% ايتريم از 1/9% به 12.6% افزايش داشته است. نتايج آزمايش‌هاي خوردگي نشان مي‌دهد كه افزودن 5/0% عنصر ايتريم باعث بهبود خواص خوردگي مي‌شود، به طوري كه با افزودن 5/0% عنصر ايتريم نرخ خوردگي كاهش مي‌يابد. بنابراين با توجه به نتايج مربوط به آزمايش‌هاي مكانيكي و خوردگي مي‌توان نتيجه گرفت آلياژ Mg-2Zn-0.3Ca-0.5Y آلياژ بهينه به منظور كاربرد بيومواد از نظر زيست تخريب‌پذيري است، به طوري كه از شرايط خواص مكانيكي (استحكام و ازدياد طول نسبي) و خواص مقاومت به خوردگي مناسب برخوردار است.

1402/07/09

Investigating the effect of rare earth element (RE) on the microstructure and corrosion properties of magnesium alloy based on Mg-2Zn-0.3Ca

9/17/2024 12:00:00 AM

Magnesium alloys have been considered as potentially biodegradable biomedical materials due to their favorable mechanical properties and excellent biocompatibility. In this research, rare earth elements have been investigated on the microstructure, mechanical properties and treatment behavior of Mg-2Zn-0.3Ca alloy. For this purpose, alloy Mg-2Zn-0.3Ca-xY (x = 0, 0.5, 1 wt.%) was alloyed under protective coating flux and cast under neutral argon gas in the designed mold. The produced ingots were subjected to chemical analysis and samples were cut and prepared for microstructural investigations. Microstructural investigation was done using optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM) connected to EDS and mechanical properties using hardness and tensile tests. In addition, X-ray diffraction (XRD) tests were used to identify the phases in the structure, and corrosion tests of immersion in a body simulating solution and polarization were used to check the corrosion properties. The results showed that by adding different amounts of yttrium element, new peaks due to new phases were identified in the analysis of the X-ray diffraction pattern, which confirms the presence of I (Mg6YZn3) and W (Mg3YZn3) phases in the structure. With the increase of yttrium element, the average grain size has decreased from 114.3 micrometers to 71.9 and 48.8 micrometers, respectively. The addition of yttrium element has increased the hardness so that the hardness of Mg-2Zn-0.3Ca alloy has increased from HV 7.40 to HV 54.5 and HV 7.66 for 0.5% and 1% yttrium, respectively. The tensile test results show that the tensile strength values increased with the increase of yttrium percentage in the yttrium-free alloy from 111.2 MPa to 286.4 MPa in the alloy containing 0.5% by weight of yttrium and 385.7 MPa in the 1% by weight yttrium alloy. The percentage of relative length increase in the sample containing 0.5% yttrium increased from 9.1% to 12.6%. The results of corrosion tests show that the addition of 0.5% of yttrium improves the corrosion properties, so that the corrosion current decreases with the addition of 0.5% of yttrium. Therefore, according to the results of mechanical and corrosion tests, it can be concluded that Mg-2Zn-0.3Ca-0.5Y alloy is the optimal alloy for the use of biomaterials in terms of biodegradability, so that from the conditions of mechanical properties (strength and relative elongation) and has good corrosion resistance properties.

منيزيم , ريزساختار‌ , خواص مكانيكي , خواص خوردگي , زيست تخريب‌پذير

magnesium , Microstructure , mechanical properties , Corrosion properties , Biodegradable

Fateme Mozaffari

Dr. Saeed Shabestari