28825

مطالعه رفتار خستگي- خوردگي كامپوزيت‌هاي پايه منيزيمي اصلاح سطح شده به روش تركيبي ساچمه‌زني و الكتروريسي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1399

1402/06/27

دكتر محمد صديقي

مكانيك

بيوكامپوزيت‌هاي منيزيمي به دليل خواص زيست‌سازگاري و زيست‌تجزيه‌پذيري خود يكي از گزينه‌هاي بسيار خوب براي كاربرد‌هاي ارتوپديك هستند. اما، نرخ خوردگي بالاي منيزيم باعث تخريب سريع‌تر آن در محيط‌هاي خورنده مي‌شود كه در حضور بارهاي چرخه‌اي، منجر به شكست زود هنگام ايمپلنت پيش از بهبود كافي استخوان در اثر خستگي- خوردگي مي‌شود. در همين راستا، نياز است تا فرآيند‌هاي اصلاح سطحي بر روي آن صورت گيرد تا مقاومت به خوردگي و خستگي- خوردگي افزايش يابد. در اين پايان‌نامه، به بررسي تاثير دو فرآيند اصلاح سطحي ساچمه‌زني و الكتروريسي بر رفتار خستگي- خوردگي كامپوزيت منيزيم با ذرات تقويت‌كننده هيدروكسي‌آپاتيت پرداخته شده است. در اين راستا، پس از ساخت دستگاه ساچمه‌زني ابتدا به بررسي اثر سه مولفه مهم ساچمه‌زني به نام‌هاي فشار نازل، فاصله نازل از سطح نمونه و مدت زمان ساچمه‌زني بر روي نرخ خوردگي كامپوزيت منيزيمي به روش طراحي آزمايش سطح پاسخ پرداخته مي‌شود. در ادامه، پس از به دست آوردن مناسب‌ترين مولفه‌هاي ساچمه‌زني به بررسي رفتار خستگي و خستگي- خوردگي پرداخته و در گام آخر، تاثير فرآيند تركيبي ساچمه‌زني- الكتروريسي بر روي خستگي- خوردگي كامپوزيت منيزيم بررسي شده است. فرآيند ساچمه‌زني با استفاده از ساچمه‌هاي شيشه‌اي صورت گرفته و فرآيند الكتروريسي نيز با استفاده از نانوالياف حاوي 12% PCL-2.5% HA انجام شده است. نتايج آزمون‌هاي خوردگي به روش طراحي آزمايش نشان دادند، ساچمه‌زني در فشارهاي كم (2 بار) و مدت زمان 1 دقيقه (100% پوشش) مي‌تواند نرخ خوردگي كامپوزيت را در كوتاه مدت به مقدار 21٪ كاهش دهد. بررسي استحكام خستگي به روش لوكاتي نيز نشان داد كه ساچمه‌زني در فشار‌هاي 2 و 3.5 بار، مقاومت خستگي كامپوزيت منيزيم در 106 چرخه، 20% افزايش و در فشار 5 بار به مقدار 6% كاهش يافته است. تركيب الكتروريسي و ساچمه‌زني در فشار 2 بار و زمان 1 دقيقه نيز منجر به افزايش 20% استحكام خستگي- خوردگي كامپوزيت منيزيم در 106 چرخه در مقايسه با حالت بدون اصلاح سطحي شده است. از مهم ترين دلايل بهبود مقاومت خوردگي پيدايش سريع‌تر لايه پسيواسيون بوده كه باعث به تاخير انداختن روند خوردگي شده است. علاوه بر آن، در اثر تاثير مثبت ساچمه‌زني در ايجاد تنش پسماند و بستن ترك‌هاي سطحي، عمر خستگي در محيط‌هاي خورنده نيز بهبود يافت.

1402/07/15

Investigating the corrosion-fatigue property of Mg-based biocomposite, modified by hybrid shotpeening and electrospinning

9/17/2024 12:00:00 AM

Magnesium-based biocomposites are very good candidates for orthopedic applications due to their biocompatibility and biodegradability properties. However, the high corrosion rate of magnesium leads to its rapid deterioration in corrosive environments, which can result in premature implant failure before sufficient bone healing. In this regard, surface modification processes are needed to improve the corrosion and corrosion-fatigue resistance. In this thesis, the effect of two surface modifications, namely shot peening and electrospinning, on the corrosion-fatigue behavior of Mg/HAbiocomposites is investigated. Firstly, after constructing the shot peening device, the effect of three important shot peening parameters, namely pressure, nozzle-to-sample distance, and shot peening duration, on the corrosion rate of magnesium is studied using the response surface methodology. Then, after obtaining the most suitable shot peening parameters, their fatigue and corrosion-fatigue behavior is investigated. Finally, the combined effect of shot peening and electrospinning on the corrosion-fatigue behavior of magnesium composites is studied. Shot peening is performed using glass beads, and electrospinning is carried out using nanofibers containing 12% PCL-2.5% HA. The results of the corrosion tests using the DoE method showed that shot peening at low pressures (2 bar) and a duration of 1 minute (100% coverage) can reduce the corrosion rate by 21% in the short term. Investigating fatigue strength by Locati method also showed that shot peening at pressures of 2 and 3.5 bar, the fatigue resistance of magnesium composite increased by 20% in 106 cycles and decreased by 6% at pressure of 5 bar. The combination of electrospinning and shot peening at a pressure of 2 bar and a time of 1 minute has also led to a 20% increase in the fatigue-corrosion strength of the magnesium composite in 106 cycles compared to the condition without surface modification. One of the most important reasons for improving corrosion resistance is the faster formation of the passivation layer, which delays the corrosion process. In addition, due to the positive effect of shot peening in creating residual stress and closing surface cracks, the fatigue life in corrosive environments was also improved.

بيوكامپوزيت منيزيم , خستگي- خوردگي , ساچمه‌زني , الكتروريسي , طراحي‌ آزمايش سطح پاسخ

Mg-based biocomposites , Surface treatments , Corrosion-Fatigue , Shot peening , Electrospinning

Ali Negahban

Prof. Mohammad Sedighi