Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Atapoor,Mehdi Alizadeh
مسعود عطاپور (استاد راهنما) مهدی علی زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Atie Asadi
عطیه اسدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Fabrication and characterization of magnesium based degradable nanocomposites containing carbon nanotubes and zinc oxide for orthopedic implants
In recent years, bone fractures have become an important issue in the field of health. Fractures are treated with complex and expensive methods that use biomaterials. Biodegradable metal biomaterials should be used if temporary support and load-bearing capacity are required to heal the bone. One of the biodegradable metals is magnesium, which is suitable for what it has attracted due to its environment, biodegradability and Young modulus. With the current situation, which has high corrosion and wear and poor mechanical properties, has limited its use in orthopedic applications. Making magnesium-based composites is one of the methods to improve the mentioned properties, which by strengthening the appropriate background, strengthens and makes the manufacturing method. For this purpose, pure magnesium nanocomposites with reinforced carbon and oxidized nanotubes have been proposed using spark plasma interpretation process and optimization of manufacturing conditions and finally the best quality to achieve degradation price and suitable mechanical, abrasion and biological properties. is. For this purpose, the composites were prepared in powder using ultrasonic probi and mechanical stirrer and then integrated and formed oxide. Then each of the composites is made in different conditions by spark plasma welding. For the magnesium composite, it is reinforced with carbon nanotubes, which chose the manufacturing conditions of 580 ° C, a pressure of 50 MPa and a time of 20 minutes to choose from. In these conditions, the relative density is 99.78 02 0.02%, the hardness is 554.54 5 4.5, the compressive strength is 224.9 4 4.15 MPa and the fracture strain is 15.75 /0 0.6. Also, the manufacturing conditions of 580 and 320 ° C, pressure of 50 MPa and time of 20 minutes, the optimal conditions for the manufacture of magnesium composite reinforced with oxide were selected. In this case, the sample is removed from the melt and the relative density is 90.05 05 0.05%, hardness 6.09.65.2 microseconds for magnesium field and 218.23.29.21 for anti-products, compressive strength 3.82 245 ?7 and break strain of 19.58 8 0.7 were obtained. The use of the results showed that the use of the addition of reinforcing particles to change the manufacturing parameters also increases the reliability of the mechanical properties of the magnesium field. In addition, in the case of the wetting angle, which has been proven to corrode and biomarkers of the samples, it was shown that the pure magnesium sample has an angle of 54 degrees, which reaches 99 and 95 degrees with the addition of carbon nanotubes and 51 and 95 degrees with zinc oxide particles. He took three examples of cases that show resistance to 734, 80, and 1550 for pure magnesium, magnesium-nanotubes, carbon, and magnesium-oxide. Also, the corrosion potential has been obtained from -5.41 for pure magnesium sample to -1.43 for both composites, and the carbon-amplifier has increased the corrosion current density of magnesium from 5.77 to 1754-54 A / cm2, while Which oxidized particles reduced it to 3.29 A / cm2. Also, the pH value of the solution in the immersion test showed that after 10 hours, the pH value for both samples could be 8.3, which after 7 days reached 10.09, the numbers 10.09 for pure magnesium and 9.6 for the composite. . The formation of hydroxyapatite on the surface was also confirmed after 10 hours. In the case of abrasion test, the coefficient of friction of pure magnesium was also reported to be 0.31, while this number has reached 2.7 for the composite and improves the strength in the report. According to the results, both amplifiers purify magnesium, and this composite uses the potential to be used as a recruitment implant.
در سال­های اخیر شکستگی­ استخوان به یک موضوع مهم درحوزه سلامتی تبدیل شده است. درمان شکستگی­ها با روش­های معمول پیچیده و گران می­باشد که منجر به استفاده از بیومواد استخوانی شده است. در صورت نیاز به پشتیبانی موقت و قابلیت حمل بار برای بهبود استخوان باید بیومواد تخریب­پذیر فلزی مورد استفاده قرار بگیرند. یکی از فلزات زیست­تخریب­پذیر منیزیم می­باشد که به دلیل زیست­سازگاری، زیست­تخریب­پذیری و مدول یانگ مناسب توجهات زیادی را به خود جلب کرده است. با این حال نرخ خوردگی و سایش بالا و خواص مکانیکی ضعیف باعث محدودیت استفاده از آن در کاربردهای ارتوپدی شده است. ساخت کامپوزیت­های برپایه منیزیم یکی از روش­های بهبود خواص ذکر شده می­باشد که با انتخاب مناسب زمینه، تقویت­کننده و روش ساخت حاصل می­شود. بر این اساس هدف از پژوهش حاضر ساخت نانوکامپوزیت­های منیزیم خالص تقویت­شده با نانولوله­های­کربنی و اکسیدروی با استفاده از فرآیند تف­جوشی پلاسمای جرقه­ای و بهینه­سازی شرایط ساخت و در نهایت ارزیابی خواص برای دستیابی به نرخ تخریب و خواص مکانیکی، سایش و زیستی مناسب می­باشد. به این منظور در ابتدا پودر کامپوزیت­­ها با استفاده از آلتراسونیک پرابی و همزن مکانیکی آماده­سازی شد و پس از آن پراکندگی یکنواخت تقویت­کننده و جلوگیری از تشکیل اکسید مشاهده شد. در ادامه هر یک از کامپوزیت­ها در شرایط متفاوت توسط تف­جوشی پلاسمای جرقه­ای ساخته شدند. برای کامپوزیت منیزیم تقویت شده با نانولوله­های­کربنی شرایط ساخت دمای 580 درجه سانتی­گراد، فشار 50 مگاپاسکال و زمان 20 دقیقه شرایط بهینه انتخاب شد. در این شرایط چگالی نسبی 02/0±78/99 درصد، سختی5/4±54/55 میکروویکرز، استحکام فشاری 15/4±9/224 مگا پاسکال و کرنش شکست 6/0±75/15 درصد به دست آمد. همچنین شرایط ساخت دمای 580 و320 درجه سانتی­گراد، فشار 50 مگاپاسکال و زمان 20 دقیقه، شرایط بهینه برای ساخت کامپوزیت منیزیم تقویت­شده با اکسیدروی انتخاب شد. در این حالت از ذوب شدن نمونه جلوگیری شده و چگالی نسبی 05/0±05/90 درصد، سختی 2/65±09/6 میکرویکرز برای زمینه منیزیم و 71/29±23/218 برای محصولات واکنش، استحکام فشاری 82/3±7/245وکرنش شکست7/0±58/19 حاصل شد. بنابراین نتایج نشان داد که علاوه بر افزودن ذرات تقویت­کننده تغییر پرامترهای ساخت نیز منجر به افزایش قابل­توجه خواص مکانیکی زمینه منیزیم می­شود. علاوه بر این ارزیابی زاویه ترشوندگی که برخواص خوردگی و زیستی نمونه­ها اثرگذار است نشان داد که نمونه منیزیم خالص دارای زاویه 54 درجه می­باشد که با افزودن نانولوله­های­کربنی به 99 و با ذرات اکسید روی به 51 و 95 درجه می­رسد. خواص خوردگی این سه نمونه مورد ارزیابی قرار گرفت که مشاهده شد مقاومت پلاریزاسیون به ترتیب 734، 80 و 1550 برای منیزیم خالص، منیزیم-نانولوله­های­کربنی و منیزیم-اکسیدروی می­باشد. همچنین پتانسیل خوردگی از 54/1-برای نمونه منیزیم خالص به 43/1- برای هردو کامپوزیت رسیده است وتقویت­کننده­کربنی چگالی جریان خوردگی منیزیم را از 77/5 بهmA/cm 2 54/171 افزایش داده است در حالی که ذرات اکسیدروی باعث کاهش آن بهmA/cm 2 29/3 شده است. همچنین بررسی مقدار pH محلول در آزمون غوطه­وری نشان داد پس از گذشت 10 ساعت مقدار pH برای هر دو نمونه 3/8 می­باشد که پس از گذشت 7 روز به اعداد 09/10 برای منیزیم خالص و 6/9 برای کامپوزیت رسید. همچنین تشکیل هیدروکسی­آپاتیت بر روی سطح را پس از 10 ساعت تأیید شد. در مورد آزمون سایش نیز ضریب اصطکاک منیزیم خالص 31/0 گزارش شد در حالی که این عدد به 7/2 برای کامپوزیت رسیده است و بهبود مقاومت به سایش گزارش شد. بنابراین با توجه به نتایج، هر دو تقویت­کننده باعث بهبود خواص منیزیم خالص شده و بنابراین این کامپوزیت ­ها پتانسیل زیادی برای کاربرد به عنوان ایمپلنت­های استخوانی دارد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی