Skip to main content
SUPERVISOR
Kaivan Raissi
کیوان رئیسی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali reza Bandeh khoda
علیرضا بنده خدا

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Effect of plasma electrolytic oxidation treatment on corrosion behavior and bioactivity of AZ31 magnesium alloy
Magnesium alloys are considered as a suitable candidate for implants due to their desirable properties such as non-toxicity and desirable mechanical properties. The functional limitation of these materials is their high corrosion rate in the physiological environment of the body. One of the methods that can significantly increase the corrosion resistance of these alloys is electrolytic plasma oxidation. In the present study, coating was performed in three different phases to investigate the effect of voltage, waveform and applied frequency in a phosphate-free bath containing 3 g / l of CaO particle additive on AZ31 alloy. Electron microscopy, X-ray diffraction phase detection and electrochemical corrosion tests were performed to investigate the microstructure, fuzzy composition and corrosion behavior of the coatings, respectively. Based on the electron microscopic images and the results of the polarization test, it was concluded that the increase in voltage has more favorable corrosion properties due to the creation of a structure with less defects and greater thickness. However, its excessive increase (ie, 450 volts) led to non-uniform coverage, especially in the form of bipolar waveforms. The applied wave deformation had a significant effect on the corrosion behavior, elemental chemical composition, morphology as well as the discharge behavior during coating. The coating formed in the bipolar waveform had cracks due to the intense release of hydrogen gas in the cathode cycle, which led to weaker barrier properties in these coatings. The presence of the cathode cycle led to the entry of more calcium-containing particles with positive zeta potential, resulting in a coating with higher bioactivity and smaller pore size. The presence of particulate additives had a negative effect on the barrier properties of the coatings in the short term due to the formation of a thinner coating and more cracks. However, due to the higher ability to form apatite and blockage of cavities in the very first moments of immersion, these coatings were able to show higher resistance to corrosive solution in the long run. As the cathode cycle increased in the bipolar waveform, high-intensity cathodic discharges formed on the coating surface, causing damage to the coating and cavities in the substrate. Frequency reduction due to thicker coating and more calcium particles led to better corrosion resistance and higher bioactivity. Keywords: Electrolytic Plasma Oxidation, Magnesium Alloy, Corrosion Resistance, Calcium Additive, Bioactivity
آلیاژهای منیزیم بدلیل خواص مطلوبی همچون سمی نبودن و خواص مکانیکی مطلوب به عنوان یک کاندید مناسب برای کاشتنی­های بدن در نظر گرفته می­شوند. محدودیت کاربردی این مواد، نرخ خوردگی بالای آن­ها در محیط فیزیولوژیک بدن است. یکی از روش­هایی که می­تواند مقاومت به خوردگی این آلیاژها را به طور قابل توجهی افزایش دهد، اکسیداسیون پلاسمایی الکترولیتی است. در پژوهش حاضر، پوشش­دهی در سه فاز مختلف بمنظور بررسی اثر ولتاژ، شکل موج و فرکانس اعمالی در حمام پایه فسفاتی فاقد و حاوی g/l 3 افزودنی ذره­ای CaO بر آلیاژ AZ31 انجام گرفت. بررسی میکروسکوپی الکترونی، فازیابی پراش پرتوی ایکس و آزمون­های الکتروشیمیایی خوردگی بترتیب جهت بررسی ریزساختار، ترکیب فازی و رفتار خوردگی پوشش­ها انجام گرفتند. با توجه به تصاویر میکروسکوپی الکترونی و نتایج حاصل از آزمون پلاریزاسیون، این نتیجه حاصل شد که افزایش ولتاژ بدلیل ایجاد ساختاری با عیوب کمتر و ضخامت بیشتر دارای خواص خوردگی مطلوب­تری هستند. با این وجود افزایش بیش از اندازه آن (یعنی 450 ولت) منجر به ایجاد پوششی غیریکنواخت بخصوص در شکل موج­های دوقطبی شد. تغییر شکل موج اعمالی تاثیر بسزایی بر رفتار خوردگی، ترکیب شیمیایی عنصری، مورفولوژی و همچنین رفتار تخلیه­ها در حین پوشش­دهی گذاشت. پوشش تشکیل شده در شکل موج دو قطبی بدلیل آزاد شدن شدید گاز هیدروژن در سیکل کاتدی دارای ترک­هایی بودند که منجر به خواص سدی ضعیف­تر در این پوشش­ها شد. وجود سیکل کاتدی منجر به ورود بیشتر ذرات کلسیم­دار با پتانسیل زتا مثبت گردید که در نتیجه آن پوششی با زیست فعالی بالاتر و اندازه حفرات کوچکتر تشکیل شدند. وجود افزودنی ذره­ای بدلیل ایجاد پوششی نازکتر و ترک­های بیشتر دارای اثرات منفی بر خواص سدی پوشش­ها در کوتاه مدت بود. با این حال بدلیل قابلیت بالاتر تشکیل آپاتیت و مسدود شدن حفرات در همان لحظات اولیه غوطه­وری، این پوشش­ها توانستند در بلند مدت مقاومت بالاتری در مقابل محلول خورنده از خود نشان دهند. با افزایش سیکل کاتدی در شکل موج دوقطبی، تخلیه­هایی تحت عنوان تخلیه کاتدی با شدت بالا بر سطح پوشش ایجاد شدند که منجر به آسیب به پوشش و ایجاد حفراتی در زیرلایه شد. کاهش فرکانس بدلیل ایجاد پوششی ضخیم­تر و ورود بیشتر ذرات کلسیم­دار منجر به ایجاد پوششی با مقاومت به خوردگی بهتر و زیست فعالی بالاتر شد. کلیدواژه: اکسیداسیون پلاسمایی الکترولیتی، آلیاژ منیزیم، مقاومت به خوردگی، افزودنی کلسیمی، زیست فعالی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی