پديد آورنده :
بنده خدا، محمد رضا
عنوان :
بررسي تاثير نوع فرايند و مورفولوژي سطح بر رفتار خوردگي و زيست فعالي آلياژهاي Ti-6Al-4V توليد شده با روش هاي ذوب بستر پودر
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
خوردگي و حفاظت از مواد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
ده، 65ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
مسعود عطاپور
توصيفگر ها :
ساخت افزايشي , ذوب بستر پودر , مقاومت به خوردگي , زيست فعالي , آلياژ Ti-6Al-4V
استاد داور :
حميد رضا سليمي جزي، كيوان رِييسي
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/10/28
رشته تحصيلي :
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/10/28
چكيده فارسي :
آلياژ Ti-6Al-4Vبه دليل خواص منحصر به فردي همچون زيست¬سازگاري بالا، رفتار خوردگي مناسب و مدول الاستيك پايين همواره به عنوان يك كانديد مطلوب براي كاشتني¬هاي بدن در نظر گرفته مي¬شود. محدوديت اصلي اين آلياژ ضريب كشساني بالاي آن نسبت به استخوان طبيعي است كه مشكلاتي مانند پوكي استخوان و سپر تنشي را به دنبال دارد. علاوه بر اين ماشينكاري اين آلياژ به دليل هدايت حرارتي كم آن دشوار است. استفاده از تكنيك¬هاي ساخت افزودني مانند ذوب پرتو الكتروني (EBM) و ذوب انتخابي با ليزر (SLM) امكان ساخت ايمپلنت¬هاي متخلخل با مدول يانگ كم¬تر و حداقل الزامات ماشينكاري را فراهم مي¬كند. در پژوهش حاضر از نمونه¬هاي EBM و SLM با دو كيفيت سطح چاپ شده و پس از پرداخت به منظور بررسي تاثير نوع فرايند و مورفولوژي سطح بر خواص خوردگي و زيست¬سازگاري آلياژ Ti-6Al-4V استفاده شد و رفتار آن¬ها با نمونه كارشده مقايسه گرديد. بررسي¬هاي ميكروسكوپ الكتروني، فازيابي پراش پرتو ايكس و طيف سنجي پراش انرژي پرتو ايكس جهت مطالعه ريزساختار و تركيب فازي نمونه¬ها انجام شدند. آزمون¬هاي پلاريزاسيون، امپدانس الكتروشيميايي و غوطه¬وري جهت بررسي رفتار خوردگي و زيست فعالي نمونه¬ها در محلول شبيه-سازي بدن صورت گرفتند. بر اساس تصاوير ميكروسكوپ الكتروني ريزساختار نمونه¬هاي EBM و كارشده به صورت تركيب دوتاي α + β بود ولي در نمونه SLM با توجه به نرخ سرمايش بالاتر در حين فرايند توليد، فاز مارتنزيت αʹ تشكيل شد. نتايج حاصل از بررسي الگوي پراش پرتو ايكس و تصاوير ميكروسكوپ نوري بيش¬ترين و كم¬ترين مقدار فاز β را به ترتيب براي نمونه¬هاي EBM و SLM نشان دادند. حضور فاز α به جاي αʹ مارتنزيت و همچنين كسر بالاتر فاز β در نمونه EBM، باعث رفتار خوردگي بهتر اين آلياژ نسبت به نمونه SLM شد. آلياژ Ti-6Al-4V كار شده دانسيته جريان خوردگي بالاتري نسبت به نمونه¬هاي ذوب بستر پودر داشت. علاوه بر اين، نمونه-هاي دريافتي در هر دو فرايند EBM و SLM مقاومت به خوردگي ضعيف¬تري نسبت به سطوح پرداخت شده داشتند. بررسي¬هاي حاصل از آزمون غوطه¬وري در محلول شبيه¬سازي بدن، زيست¬فعالي قابل توجه نمونه¬هاي EBM نسبت به SLM را به نمايش گذاشتند. مقادير بيش¬تر فاز β در ريزساختار EBM باعث تهييج جوانه¬زني و رشد آپاتيت در سطح نمونه¬ها شد. همچنين زبري سطح بالاتر در نمونه¬هاي دريافتي از طريق افزايش فصل مشترك فلز/الكتروليت و درنتيجه تشكيل گروه¬هاي OH- بيش¬تر در سطح آلياز تيتانيم باعث بهبود رفتار زيست¬فعالي شد.
چكيده انگليسي :
Abstract
Ti-6Al-4V alloy is always considered a good candidate for body implants due to its unique properties such as excellent biocompatibility, good corrosion behavior and high strength-to-weight ratio. The main limitation of this alloy is its high Youngʹs modulus compared to natural bone, which leads to problems such as osteoporosis and stress shielding. In addition, machining this alloy is difficult due to its low thermal conductivity. The use of additive fabrication techniques such as electron beam melting (EBM) and selective laser melting (SLM) makes it possible to fabricate porous implants with a lower Youngʹs modulus and minimum machining requirements. In the present study, EBM and SLM samples with two qualities, printed surface and after polishing were used to investigate the effect of process type and surface morphology on corrosion properties and biocompatibility of Ti-6Al-4V alloys. Their behavior with wrought sample was compared. Optical microscopy, SEM and X-ray diffraction phase detection were done to study the microstructure and composition of the samples. Polarization, electrochemical impedance and immersion tests were done to investigate the corrosion behavior and bioactivity of the samples in SBF solution. Based on Scanning Electron Microscope images, the microstructure of EBM and wrought samples were a double combination of α + β, but in the SLM sample, due to the higher cooling rate during the production process, the αʹ martensite phase was formed. The results of X-ray diffraction pattern and optical microscope images showed the maximum and minimum values of β phase for EBM and SLM samples, respectively. The presence of α phase instead of αʹ martensite and also higher fraction of β phase in EBM sample, caused better corrosion behavior of this alloy than SLM sample. Wrought Ti-6Al-4V alloy had a higher corrosion current density than powder bed melting samples. In addition, the as- received samples in both EBM and SLM processes had lower corrosion resistance than polished surfaces. The results of the immersion test in SBF solution showed significant bioactivity of EBM samples compared to SLM. Higher levels of β phase in the EBM microstructure stimulated nuclation and apatite growth at the surface of sample. Also, higher surface roughness in the as-received samples improved the bioactivity by increasing the metal/electrolyte interface and thus forming more OH- groups on the titanium alloy surface.
استاد راهنما :
مسعود عطاپور
استاد داور :
حميد رضا سليمي جزي، كيوان رِييسي
