پديد آورنده :
قرباني كوهي خيلي، سبحان
عنوان :
ساخت و مشخصه يابي آلياژ وايتاليوم متخلخل با پوشش زيست فعال هيدروكسي آپاتيت نانوساختار
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي مواد
صفحه شمار :
سيزده، 88ص.: مصور
استاد راهنما :
مهدي احمديان، رحمت اله عمادي
توصيفگر ها :
استحكام فشاري , ضريب كشساني
تاريخ نمايه سازي :
1394/09/04
استاد داور :
احمد منشي، مهدي ابراهيميان
تاريخ ورود اطلاعات :
1396/10/05
چكيده فارسي :
1 چكيده از بين زيست مواد معمول در جايگزيني مفاصل و استخوانها فلزات زيستي و در راس آنها آلياژهاي پايه كبالت نظير وايتاليوم با تركيب Co Cr Mo بيشترين توجهات را به خود جلب كردهاند دليل آن نيز زيست سازگاري خوب مقاومت به خوردگي و همچنين خواص سطحي و مكانيكي مناسب در اين آلياژها ميباشد البته نقص بزرگ آلياژ وايتاليوم زيست خنثي بودن و خواص مكانيكي بهمراتب باالتر آن نسبت به استخوان متراكم در كاربردهاي مربوط به كاشتنيهاي تحت بار بوده كه منجر به بروز مشكالتي نظير لق شدگي و شل شدن كاشتني در اثر پديده سپر تنشي و لذا شكست كلينيكي ميگردد راهكار مناسب جهت بهبود اين نواقص ساخت كاشتنيهاي متخلخل جهت بهبود خواص مكانيكي در كاربردهاي زيستي و نيز پوششدهي آنها توسط مواد زيستفعال نظير هيدروكسيآپاتيت HA با زيستفعالي باال جهت تثبيت بهتر ميباشد هدف از پژوهش حاضر ساخت و مشخصهيابي آلياژ وايتاليوم متخلخل با پوشش هيدروكسيآپاتيت نانوساختار بود بهمنظور آمادهسازي و مشخصهيابي نمونهها ابتدا از سطح شمشهاي وايتاليومي برادهبرداري شده و سپس جهت كاهش اندازه ذرات تا حد مناسب عمليات آسياكاري بهمدت 21 ساعت تحت اتمسفر آرگون انجام گرفت بررسي مشخصات فازي پودر آلياژي حاصل از برادهبرداري توسط آزمون پراش پرتو ايكس XRD و همچنين مورفولوژي و اندازه و محدوده اندازه ذرات توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي SEM صورت گرفت سپس پودرهاي آسياكاري شده با 53 وزني عامل تخلخلساز آمونيومهيدروژنكربنات 3 NH4HCO و نيز 2 وزني چسب آلي پليوينيلالكل PVA مخلوط گشته و تحت عمليات پرس سرد در دماي محيط قرار گرفتند نمونههاي حاصل ابتدا به مدت 3 ساعت تحت دماي 170 C جهت حدف مواد تخلخلساز حرارت داده شده و سپس به مدت 0 1 ساعت در دماي 1205 C تحت عمليات تفجوشي در اتمسفر آرگون قرار گرفتند بهمنظور پوشش دهي نمونهها نيز از روش سل ژل استفاده شد در اين روش پوشش نانوهيدروكسيآپاتيت زيستفعال با استفاده از پيشسازهاي كلسيمنيتراتتتراهيدرات Ca NO3 2 4H2O و نيز فسفر پنتااكسيد 5 P2O بر نمونهها اعمال و سپس به مدت 0 1 ساعت در دماي 255 C تحت عمليات حرارتي قرار گرفت بهمنظور اثبات و مشاهده پوشش نانوساختار HA اعمالي بر نمونهها از تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي مجهز به تفكيك انرژي پرتو ايكس EDS و نيز روش منشي شرر بر اساس الگوهاي بهدست آمده از پراش پرتو ايكس استفاده شد ميزان تخلخل حقيقي و ظاهري نمونهها توسط روش ارشميدس محاسبه گرديد جهت بررسي استحكام فشاري و ضريب كشساني نمونهها نيز از نمودارهاي تنش كرنش حاصل از آزمون استحكام فشاري استفاده شد ضمن اينكه براي تعيين زيستفعالي نمونهها آزمون غوطهوري در محلول شيبهسازي شده بدن SBF ساخته شده به روش بوهنر به مدت 82 روز انجام گرفته و براي مشاهده بلورهاي آپاتيت تشكيل شده بر سطح نمونهها از تصاوير SEM در زمانهاي مختلف استفاده شد همچنين براي اثبات تشكيل بلورهاي آپاتيت بهعنوان معيار زيستفعالي تغييرات pH بهكمك pH مترو نيز تغييرات غلظت يونهاي كلسيم و فسفر در زمانهاي مختلف بهكمك آزمون يونسنجي با استفاده از روش طيفسنجي نشري نوري زوج پالسماي القايي ICP OES بر روي محلول SBF بررسي شد زيستسازگاري نمونههاي ساخته شده نيز با اندازهگيري ميزان رهايش يونهاي فلزي كبالت كروم و موليبدن در محلول SBF پس از گذشت 82 روز براي نمونههاي متخلخل با پوشش توسط آزمون ICP OES انجام شد بررسيهاي انجام شده براي پودرهاي آسياكاري شده نهايي نشاندهنده وجود ساختار منشور شش وجهي متراكم HCP ميانگين اندازه ذرات 3 ميكرومتر و مورفولوژي ورقهاي بود نمونههاي تفجوشي شده نيز داراي ساختار مكعبي با وجوه مركزدار FCC بودند بررسي تشكيل پوشش HA بر سطح نمونهها نيز با نتايج EDS و نانوساختار بودن آن با تعيين اندازه دانه برابر با 93 نانومتر با استفاده از روش منشي شرر انجام گرفت نتايج آزمون استحكام فشاري حاكي از مقادير ضريب كشساني و استحكام فشاري بسيار شبيه به استخوان متراكم در تمامي نمونههاي با و بدون ماكروتخلخل پوشش داده شده و نيز بدون پوشش بود از اين ميان نمونه بدون تخلخل با پوشش داراي باالترين مقادير ضريب كشساني و استحكام فشاري بود نتايج حاصل از آزمون زيستفعالي نيز نشاندهنده تشكيل بلورهاي آپاتيت بر سطح نمونه و نيز افزايش ميزان آنها با افزايش زمان بود ضمن اينكه باالترين ميزان زيستفعالي مربوط به نمونه متخلخل با پوشش بود مقادير رهايش يوني فلزات كبالت كروم و موليبدن نيز پايين بوده و نمونهها زيستسازگاري مناسبي از خود نشان دادند كلمات كليدي آلياژ وايتاليوم متخلخل پوشش هيدروكسي آپاتيت زيستفعالي استحكام فشاري ضريب كشساني
چكيده انگليسي :
Fabrication and Characterization of Porous Vitallium Alloy With Nano Structure Hydroxyapatite Coating Sobhan Ghorbani Koohikheyli s ghorbani@ma iut ac ir Date of Submission 8 17 2015 Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology 84156 83111 Isfahan IranDegree M Sc Language FarsiSupervisors M Ahmadian Assist ProfessorR Emadi Assist ProfessorAbstractBiometals and especially Co based alloys such as vitallium CoCrMo have attracted a lot of attentionsamong the typical biomaterials for bone and joint replacements The reason of this attentions are theirparticular properties such as good biocompatibility and appropriate corrosion resistance mechanical andsurface characteristics However the main defects of vitallium alloys are their bio inactivity and highermechanical properties compared with compact bone for under loading implants applications In fact thisdefects leads to clinical failure because of non fixing and loosening of implants induced stress shieldingmechanism The proper approaches for improving of this defects are fabrication of porous implants todecrease the mechanical properties and coating of implant by bioactive materials such ashydroxyapatite HA for better fixation The aim of this research was to fabricate and characterize of porousvitallium alloy with nano hydroxyapatite coating To preparation and characterization of samples lathingof vitallium ingots was performed at first and then to reduce the particles size the milling operation in aplanetary ball mill was applied for 12 hours under argon atmosphere Phase analysis of milled powderswere investigated by X ray diffraction XRD technique and also scanning electron microscopy SEM wereutilized in order to analysis of morphology and particles size For cold pressing process the milled powderswas mixed with wt 30 of ammonium hydrogen carbonate and wt 2 of polyvinyl alcohol PVA solutionas space holder and binder respectively The cold compacted samples were heated at 175 C for 3 hours toremoval of space holders and then were heated to sinter at 1250 C for 1 5 hours under argon atmosphere Sol gel method was carried out in order to coating of samples by hydroxyapatite nHa coating was observedand characterized by SEM EDS and Monshi Scherrer equation Stress strain curves were used todetermining of mechanical properties including compressive strength and elastic modulus Bioactivitybehavior was evaluated in simulated body fluid SBF Apatite formation on the surface of coated sampleswas proved by pH calcium and phosphorus ions variations analysis in SBF Metal ions release from surfaceof the coated samples were calculated by ICP OES method to evaluate of in vitro biocompatibility Themilled powders results showed that the HCP was the dominant phase and the laminar particles with averagesize of 3 m were observed The sintered samples were FCC wich affected the final mechanical properties So that the compressive strength and elastic modulus of samples was similar to amounts of compact bone The nHA coating was observed on the samples by EDS analysis and the crystallite size of 41 nm Bioactivitytests revealed that the apatite crystals were formed on the samples after soaking in SBF The porous coatedsamples displayed most bioactive behavior Also the metal ions release from the samples was in the allowedranges for humans body health Keywords porous vitallium hydroxyapatite coating bioactivity compressive strength elastic modulus
استاد راهنما :
مهدي احمديان، رحمت اله عمادي
استاد داور :
احمد منشي، مهدي ابراهيميان
