شماره راهنما :
1780 دكتري
پديد آورنده :
داوري، مرتضي
عنوان :
ارزيابي رفتار بيومكانيكي آلياژهاي پايه منيزيم داراي پوشش اكسيداسيون پلاسمايي الكتروليتي اصلاح‌شده با نانولوله كربني چندديواره و لايه مضاعف پلي‌كاپرولاكتون
گرايش تحصيلي :
مهندسي مواد و متالورژي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هشت، 179ص : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
مسعود عطاپور - ابوذر طاهري‌زاده
توصيفگر ها :
آلياژ منيزيم , كاشتني‌هاي تخريب‌پذير , فرايند اكسيداسيون پلاسمايي الكتروليتي , نانولولههاي كربني چندديواره , پلي‌كاپرولاكتون , بيومكانيك , شرايط شبه‌درون‌تني
استاد داور :
مهشيد خرازيها، عبدالمجيد اسلامي، مريم احتشام زاده
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/06/15
رشته تحصيلي :
مهندسي مواد و متالورژي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/06/16
چكيده فارسي :
پوشش‌هاي اكسيداسيون پلاسمايي الكتروليتي را مي‌توان به سبب برخورداري از خواص منحصربه‌فرد به‌عنوان پوششي‌هايي قابل‌اتكا براي كاشتني‌هاي استخواني تخريب‌پذير به شمار آورد. بر اساس مطالعات پيشين، حضور ترك‌هاي ساختاري در پوشش‌هاي مذكور موجب افت خواص بيومكانيكي اين پوشش‌ها مي‌گردد. ازاين‌رو، اصلاح ساختار و عملكرد اين پوشش‌ها مي‌تواند به‌عنوان گامي مؤثر در جهت توسعه و تجاري‌سازي آن‌ها تلقي گردد. در پژوهش حاضر دو هدف به صورت موازي پيگيري شده است: الف) تلاش براي اصلاح فرايند اكسيداسيون پلاسمايي الكتروليتي به كمك نانومواد (نانولوله كربني چندديواره) و فرايند مضاعف پليمري و به دنبال آن بهبود خواص بيومكانيكي پوشش‌هاي اعمال‌شده. ب) طراحي، ساخت و بهينه‌سازي سامانه‌هاي ارزيابي بيوخوردگي و بيومكانيكي با در محيط شبيه‌سازي‌شده بدن (آزمون‌هاي بيومكانيكي و بيوالكتروشيميايي شبه‌درون‌تني). در مرحله اول پوشش‌هاي تك‌لايه (اكسيداسيون پلاسمايي الكتروليتي) و دولايه سراميكي (اكسيداسيون پلاسمايي الكتروليتي) / پليمري (پلي‌كاپرولاكتون) بر روي آلياژ تجاري AZ31B توسعه داده شده و سپس پوشش‌هاي منتخب براي آلياژ شبه‌واقعي ZX00 تعميم داده شد. تصاوير ماكروسكوپي، تصاوير ميكروسكوپي الكتروني با بزرگ‌نمايي بالا و همچنين نتايج مربوط به طيف‌نگاري رامان همگي ورود موفقيت‌آميز نانولوله كربني چندديواره به ساختار پوشش اكسيداسيون پلاسمايي الكتروليتي را تأييد كردند. از سوي ديگر، تصاوير گرفته‌شده از سطح و سطح مقطع پوشش‌ها حاكي از ايجاد تغييرات ريزساختاري ازجمله افزايش دوبرابري اندازه حفرات، افزايش بيش از دوبرابري درصد تخلخل و تشكيل لايه متراكم دروني با ضخامت حدوداً 2 ميكرون در پوشش حاوي نانولوله كربني چند ديواره بود. ارزيابي و مقايسه عملكرد مكانيكي (سايش خشك و سايش توأم با خوردگي) پوشش‌هاي سراميكي حاوي و فاقد نانولوله كربني بيانگر اصلاح قابل‌توجه رفتارهاي مذكور توسط نانولولههاي كربني چندديواره و كاهش 60 درصدي صدمات ناشي از سازوكارهاي مبتني بر سايش و ضريب اصطكاك بود. شايان‌ذكر است، هرچند تفاوت چنداني بين سرعت خوردگي، پتانسيل خوردگي و امپدانس نمونه‌هاي داراي پوشش سراميكي حاوي و فاقد نانولوله كربني در غوطه‌وري‌هاي ميان‌مدت (50 ساعت) و طولاني‌مدت (360 ساعت) مشاهده نشد، اما حضور نانولولههاي كربني بهبود قابل‌توجه مقاومت به خوردگي حفره‌اي را در كوتاه‌مدت (5/0 ساعت) و ميان‌مدت (50 ساعت) را در پي داشت. مقايسه ميزان هيدروژن توليدشده توسط نمونه‌هاي آلياژ AZ31B داراي پوشش سراميكي اكسيداسيون پلاسمايي الكتروليتي حاوي و فاقد نانولولههاي كربني پس از 360 ساعت غوطه‌وري در شرايط شبه‌درون‌تني نشان داد كه پوشش‌هاي حاوي و فاقد نانولولههاي كربني ميزان هيدروژن توليدشده توسط زيرلايه آلياژي را به ترتيب به ميزان بيش از 90 و 70 درصد كاهش داده‌اند. به‌علاوه، نمونه داراي پوشش دولايه سراميكي/پليمري با ضخامت تقريبي 60 ميكرون، كم‌ترين ميزان هيدروژن توليدشده (2/0 ميلي‌ليتر بر سانتي‌متر مربع) در بين نمونه‌هاي موردمطالعه را نشان داد. اعمال پوشش سراميكي حاوي نانولوله كربني بر روي قطعات آلياژي ZX00 موجب افزايش سه برابري عمر خوردگي خستگي نمونه‌هاي مذكور شد، اين در حالي است كه اعمال لايه مضاعف پلي‌كاپرولاكتوني بر پوشش سراميكي حاوي نانولوله كربني، عمر خوردگي - خستگي را نسبت به قطعه آلياژي بدون پوشش، به ميزان حدوداً هفت برابر ارتقا داد.
چكيده انگليسي :
Plasma electrolytic oxidation coatings can be considered as a reliable coating for biodegradable orthopedic implants due to having unique features. Presence of microstructural defects leads undesirable mechanical performances. Therefore, the microstructural and functional modifications are necessary. Two main goals have been followed in the current study: firstly, microstructural and functional modification of PEO coating by incorporation of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) and polycaprolactone (PCL) duplex treatment, secondly, design and fabrication of a system to simulate in vivo condition for under evaluated Mg alloy specimens. SEM, FESEM and Raman spectra confirmed successful incorporation of MWCNTs into the microstructure of PEO coating. Wear and bio-tribocorrosion results showed reduction of coefficient of friction and wear-related damages of the PEO coating by up to %60 due to MWCNTs incorporation. The polarization curves demonstrated significant difference in pitting potential of MWCNTs-containing and MWCNTs-free PEO coatings. The specimen coated by MWCNTs-containing PEO coating and 60m thick polycaprolactone (PCL) layer exhibited the lowest hydrogen generation volume (0.2 mL/cm2). MWCNTS-reinforced PEO coating increased quasi-in vivo corrosion-fatigue performance of ZX00 Mg alloy by up to three times. Furthermore, ZX00 Mg alloy with MWCNTs-reinforced PEO/thick PCL coating showed the highest quasi-in vivo corrosion fatigue life among the under evaluated specimens.
استاد راهنما :
مسعود عطاپور - ابوذر طاهري‌زاده
استاد داور :
مهشيد خرازيها، عبدالمجيد اسلامي، مريم احتشام زاده
