Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Saidi,Mahmoud Kadkhodaei
علی سعیدی (استاد مشاور) محمود کدخدایی الیادرانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Shahriar Safaee
شهریار صفائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Fabrication of Shape Memory Porous Nickel-Titanium Alloy by Combustion Synthesis
NiTi shape memory alloy (SMA) has a high recoverable strain up to 8%, similar to that of bone (2%), and has a low elastic modulus down to 48 GPa, close to that of dense (cortical) bone (below 20GPa). Recently, porous NiTi with the cellular structure, similar to those of some natural biomaterials such as bone, has been acknowledged as a promising biomaterial to use as artificial bones. The mechanical properties of porous NiTi SMA can be easily adjusted to match with those of the replaced bones by obtaining different porosity and pore sizes through controlling the process conditions. Moreover, its porous structure can allow body tissues to grow inside and body fluids to be traorted through the interconnected pores, which can accelerate the healing process. In present study, porous Ni-Ti shape memory alloy was fabricated by combustion synthesis method as the best process to find open pores in product as an important characteristic for implants. Different separate mixtures were prepared from mechanically activated elemental Ni and Ti powder (with less than 15 ?m and less than 25 ?m grain size). Mechanical Activation process was done using planetary ball-milling. In this step, the effect of Stearic acid as a process control agent (PCA) had been evaluated. Use of acid in milling stage prevents the critical milling behavior, while dry milling leads the powders to stick severely to the milling container. But adding PCA to the mechanical activation (MA) process, leads to production of undesired TiC phase. It also has some effects on the compaction process, dry milling was applied to the final samples, using milling cycles. Then, different situations of milling was applied to the powders and activated milled mixtures were compressed into mold, and shape memory alloy was produced by self-propagating high-temperature synthesis (SHS) Effect of various parameters on the final product, such as milling conditions, the amount of compression pressure, ignition parameters, was evaluated. To assess the composition phases in the final product, X-ray diffraction (XRD) analysis was performed. The amount of NiTi phase in the final composition was greatly increased by adjusting the process parameters to the proper values. Compaction tests shows that samples have Young's modulus near to that of the spongy human bone. In addition, the general porosity percentage and the open porosity ratio, the ratio of the open porosity to the general porosity, were measured by the liquid weighing method according to ISO 2738 standard. It was shown that the general porosity of the final product was 50%, consisting of 85% open porosity, which are very beneficial for bone ingrowth in orthopedic applications, since it is in the range of that of cancellous human bone. Keywords Nitinol, shape memory alloy, Porous, Self-propagating High-temperature Synthesis, Mechanical Activation, Compression Test
مواد هوشمند در سال های اخیر به دلیل دارا بودن خواص ویژه بسیار مورد توجه بوده اند. در این میان مواد حافظه دار با داشتن خواص متمایزی از جمله حافظه داری، سوپرالاستیسیته و زیست سازگاری، نسبت به سایر مواد هوشمند همواره مورد بررسی و استفاده واقع گشته اند. یکی از مهم ترین مواد حافظه دار، آلیاژ نیکل- تیتانیوم (نایتینول) می باشد. نوع متخلخل این آلیاژ اخیراً به عنوان جایگزینی مناسب برای بافت های سخت بدن بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از این رو تولید این آلیاژ موضوع مورد بررسی در بسیار ی از تحقیقات می باشد. در این پژوهش ابتدا خواص مورد نیاز برای آلیاژ متخلخل نایتینول حافظه دار برای به کارگیری به عنوان کاشتنی بین مهره ای تعریف شده اند. سپس، با توجه به تاریخچه تحقیقات انجام گرفته برای ساخت این آلیاژ، روش های ساخت مورد استفاده برای تولید آن مورد بررسی قرار گرفته و روش سنتز احتراقی به عنوان فرآیند مورد استفاده در این تحقیق، انتخاب شده است. در ادامه فعالیت های عملی انجام شده برای تولید آلیاژ مذکور تشریح گردیده اند. ابتدا پودر مواد اولیه (نیکل و تیتانیوم) تهیه شده است. مخلوط این پودرها در چندین مرحله و در شرایط مختلف آسیاب شده اند تا فعال سازی اولیه در آن ها صورت گیرد. مخلوط حاصل در قالب فشرده شده و به صورت یک قرص درآمده است. نمونه خام حاصل در این مرحله، با استفاده از اعمال قوس الکتریکی به عنوان احتراق اولیه نمونه ها، مورد فرآیند سنتز احتراقی قرار گرفته است. در مراحل بعدی ترکیب نمونه بررسی شده و با تغییر شرایط مختلف، به بهبود فرآیند مورد استفاده پرداخته شده است. به منظور بررسی فازهای تشکیل شده در محصول از آزمایش آنالیز XRD استفاده گردیده و مشخص شده است که فاز غالب در محصولات تولید شده NiTi می باشد.همچنین میزان کل تخلخل و درصد تخلخل باز محصول بر اساس استاندارد ISO2738 اندازه گیری و میزان کل تخلخل محصول 50 درصد محاسبه شد که حدود 85 درصد آن را تخلخل های باز تشکیل می دهند. آزمون فشار نیز بر روی نمونه ها انجام گرفته است که نتیجه آن، استحکام تسلیم حدود 250 مگاپاسکال و مدول الاستیک حدود 2 گیگاپاسکال در نمونه های تولیدی می باشد. تاثیر پارامترهای مختلف از جمله شرایط آسیاب کاری، میزان فشردگی لازم برای تهیه نمونه خام بر شرایط مرحله اشتعال بررسی گردیده است و در نهایت در این پژوهش، فرآیند تولید نایتینول متخلخل تدوین گردیده است. واژگان کلیدی:آلیاژ نیکل تیتانیوم، نایتیول، متخلخل، حافظه داری، سوپرالاستیسیته، سنتز احتراقی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی