توصيفگر ها :
فولاد زنگ نزن آستنيتي , ساخت افزايشي , ساچمه زني , آلياژ سازي درجا , خواص خوردگي , رفتار ضد باكتري و تكثير سلولي
چكيده فارسي :
فناوري ساخت افزايشي فلزات بر مبناي ساخت لايهبهلايه قطعات به عنوان يكي از روشهاي نوظهور ساخت و توليد با هدف توسعه آلياژهاي جديد، توليد قطعات پيچيده، كاهش مراحل توليد و ساخت قطعات با كيفيت بالا توسعه يافته است. هدف از تحقيق حاضر بررسي اثر عمليات سطحي پوليش با ليزر و ساچمه زني وآلياژسازي درجا با عنصر مس بر ريزساختار، مقاومت به خوردگي و زيست سازگاري آلياژ فولاد زنگ نزن آستنيتي 316 توليد شده با روش ذوب بستر پودر با ليزر است. بدين منظور، عمليات سطحي پوليش با ليزر و ساچمه زني بر روي نمونهها انجام پذيرفت. بر اساس نتايج بدست آمده، نمونه پوليش شده با ليزر، سطحي صاف با تنش پسماند كششي بالا نسبت به نمونه توليد شده نشان داد كه منجر به كاهش پتانسيل حفرهاي و تشكيل لايه رويين با عيوب نقطهاي بيشتر شد. تجزيه و تحليل ريزساختار بر روي سطح نمونههاي ساچمه زني شده نشان داد كه چگالي بالاي عيوب شبكهاي و ريز كرنش موضعي باعث افزايش ريزسختي و ايجاد تنش پسماند فشاري در سطح شده است. با توجه به تجزيه و تحليل طيف سنجي فوتوالكترون اشعه ايكس مشخص شد كه فيلم لايه رويين موجود در سطح نمونه ساچمه زنيشده حاوي اكسيد كروم بيشتري نسبت به نمونه ساخته شده است. نتايج حاصل از بررسي رفتار خوردگي بيانگر محدوده رويين گستردهتر در اندازهگيريهاي پلاريزاسيون چرخهاي پتانسيوديناميك، مقاومت پلاريزاسيون بالاتر در اندازهگيريهاي طيفسنجي امپدانس الكتروشيميايي و فيلم رويين با عيوب نقطهاي كمتر در آناليز موت-شاتكي براي نمونه ساچمه زني شده نسبت به نمونه توليد شده بود. نتايج شبيه سازي نيز نشان داد كه افزايش مسيرهاي نفوذ عنصري به سطح از جمله مرزدانه منجر به تشكيل سريعتر و يكنواختتر لايه اكسيدي بر روي فولاد زنگنزن شد. بررسي زيست سازگاري در شرايط آزمايشگاهي و تكثير سلولي براي نمونه ساچمه زني شده نتايج مثبتي را نسبت به نمونه ساخته شده ايجاد كرد كه مي تواند در اثر افزايش عيوب كريستالي سطح و انرژي سطحي باشد. در فاز دوم، اثر گذاري عنصر مس بر ريزساختار و خواص زيستي مورد بررسي قرار گرفت. مقايسه بين ريزساختار نمونههاي بدون مس و حاوي مس، نشان داد كه به ترتيب تشكيل سلولهاي 77/0 ميكرومتر و68/0 ميكرومتر ناشي از سرعت سرد شدن K/s 106 ×1/1 و K/s 106 ×8/1 است. بنابراين، ميتوان نتيجه گرفت كه افزودن مس باعث افزايش سرعت سرد شدن نمونههاي فولاد زنگ نزن L316 شده است. علاوه بر اين، نقشههاي توزيع عناصر آلياژي تأييد كردند كه جدايش عنصر مس در مرزهاي سلولي و همچنين روي اكسيدهاي فلزي انجام شده است.با توجه به تجزيه و تحليل طيف سنجي فوتوالكترون اشعه ايكس ، فيلم لايه رويين موجود در سطح فولاد زنگ نزن حاوي مس از Fe/Cr/Cu)xOy ) تشكيل شده است. آزمايشهاي الكتروشيميايي نشان داد كه يك لايه سطح اكسيد رويين ضخيمتر و با عيوب بيشتر روي فولاد زنگ نزن حاوي مس ايجاد شده است كه به طور قابلتوجهي مقاومت خوردگي حفرهاي را تحت شرايط آزمايشي مورد بررسي تضعيف كرد. بررسي رفتار ضد باكتري و تكثير سلولي براي فولاد زنگ نزن حاوي مس نتايج مثبتي را به همراه داشت كه نشاندهنده اين بود كه رهايش يون مس نقش مهمي در از بين بردن باكتريها و افزايش اتصال سلولي، زندهماني، گسترش و تكثير شده است، بدون اينكه اثرات سميت سلولي قابلتوجهي در مقايسه با فولاد بدون مس مشاهده شود.
چكيده انگليسي :
Metal additive manufacturing technology, based on layer-by-layer fabrication of parts, has emerged as a
novel manufacturing method to develop new alloys, produce complex parts, reduce production steps, and
manufacture high-quality components. The present research aims to investigate the effect of surface
treatments, specifically laser polishing and shot peening, along with in-situ alloying with copper, on the
microstructure, corrosion resistance, and biocompatibility of austenitic 316 stainless steel alloy produced
using the laser powder bed fusion method. For this purpose, laser polishing and shot-peening surface
treatments were performed on the samples. The results showed that the laser-polished sample exhibited a
smoother surface with higher tensile residual stress than the as-built sample, reducing pitting potential and
forming a passive layer with more point defects. Microstructural analysis of the shot-peened sample
surfaces revealed that a high density of lattice defects and localized micro-strain increased the
microhardness and created compressive residual stress on the surface. X-ray photoelectron spectroscopy
(XPS) analysis revealed that the passive film on the shot-peened sample surface contained more
chromium oxide than the as-built sample. The results of the corrosion behavior assessment indicated a
wider passive range in potentiodynamic polarization measurements, higher polarization resistance in
electrochemical impedance spectroscopy measurements, and a passive film with fewer point defects in the
Mott-Schottky analysis for the shot-peened sample compared to the as-built sample. Simulation results
also demonstrated that the increased elemental diffusion paths to the surface, including grain boundaries,
led to a faster and more uniform formation of the oxide layer on the stainless steel. The in vitro
biocompatibility and cell proliferation assessments for the shot-peened sample showed positive results
compared to the as-built sample, which may be due to increased surface crystal defects and surface
energy. In the second phase, the effect of copper on the microstructure and biological properties was
investigated. Comparison between the microstructures of copper-free and copper-containing samples
showed the formation of cells of 0.77 μm and 0.68 μm, respectively, resulting from cooling rates of 1.1 ×
106 K/s and 1.8 × 106 K/s. Therefore, it can be concluded that the addition of copper increased the cooling
rate of the L316 stainless steel samples. Furthermore, elemental mapping confirmed that copper
segregation occurred at cellular boundaries as well as on metal oxides. According to the XPS analysis, the
passive film on the surface of copper-containing stainless steel consisted of (Fe/Cr/Cu)xOy.
Electrochemical tests showed that a thicker passive oxide surface layer with more defects was formed on
the copper-containing stainless steel, which significantly weakened the pitting corrosion resistance under
the experimental conditions studied. The study of antibacterial behavior and cell proliferation for coppercontaining stainless steel showed positive results, indicating that the release of copper ions plays a crucial
role in eliminating bacteria and increasing cell attachment, viability, spreading, and proliferation, without
significant cytotoxic effects compared to copper-free steel.
