Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Ahmadian,Mohammad Hosein Fathi
مهدی احمدیان (استاد راهنما) محمدحسین فتحی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mojgan Bahrami
مژگان بهرامی لنبانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

The Effect of Amount and Type of Nanobioceramic on Mechanical Properties of Co-based Alloy Composites Reinforced with Nanobioceramics
The Effect of Amount and Type of Nanobioceramic on Mechanical Properties of Co-based Alloy Composites Reinforced with Nanobioceramics Progress in osseous surgery causes to improve biomaterials. Among the modern materials used to orthopedic implants cobalt- based alloys occupy an important place. It is estimated that about 50% of artificial hip prosthesis are made of Co-Cr-Mo alloys (vitallium). Short life of current total hip replacement implants is generally due to the aseptic loosening of the implant, which occurs due to (i) mismatch of elastic modulus between bone and metallic implant materials leading to stress-shielding, (ii) poor interfacial bond between the host tissue and the implant due to bioinert surface, (iii) wear induced osteolysis and aseptic loosening in metal-on-polymer implant. In order to increase the in vivo lifetime of metal implants one can decrease its effective modulus to match that of bone and increase the interfacial bond between living cells and implant materials compositional or structural modification. Use of nano-bioceramics such as fluorapatite, hydroxyapatite and forsterite, which are biocompatible and bioactive, and composite fabrication, could be successful. In presented research the composite materials based on Co-Cr-Mo alloy with 10, 15 and 20wt% of fluorapatite, hydroxyapatite and forsterite nanopowder as reinforcement were fabricated. The effect of type and amount of nano-bioceramic reinforcement on the mechanical and bioactivity behavior of composites were evaluated. Composites were fabricated by mixing Co-base alloy matrix and bioceramic reinforcement in planetary ball mill for 1hr, cold pressing under 750 MPa and then sintering at 1100°C for 4hrs. X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) were used for characterization and evaluation of the phase composition, crystallite size of reinforcements and particle distribution of composites. Density, microhardness, compressive strength, elastic modulus and bioactivity of fabricated composites were evaluated. To assess bioactivity bahavior of composites, the immersion test was carried out in a simulated body fluid (SBF) for 1-28 days. Obtained results showed elastic modulus of composite materials based on Co-Cr-Mo alloy reinforced with 10, 15 and 20wt% of fluorapatite, hydroxyapatite and forsterite nanopowder decreased significantly. With increasing in content of the reinforcement, elastic modulus of the composites was decreased which decreases the effect of stress-shielding. Results also showed that the compressive strength of Co-base alloy composites reinforced with 10, 15 and 20 wt% fluorapatite, hydroxyapatite and forsterite were lower than cast
در بین بیومواد مورد استفاده در کاشتنی های ارتوپدی، آلیاژهای پایه کبالت از جایگاه ویژه ای برخوردارند. علت استفاده گسترده از این آلیاژها خواص مکانیکی، مقاومت سایشی، مقاومت خوردگی و زیست‌سازگاری مناسب است. طول عمر کوتاه کاشتنی های مفصل ران به طور کلی ناشی از شل شدن کاشتنی است که به سبب ناهماهنگی و عدم انطباق ضریب کشسانی بین استخوان و کاشتنی فلزی و در نتیجه پدیده تنش سپری، پیوند ضعیف بین بافت میزبان و کاشتنی فلزی به علت سطح زیست خنثی، سایش و لق شدن در کاشتنی فلز- پلیمر پدید می‌آید. یک راه برای افزایش عمر و دوام کاشتنی فلزی در بدن می تواند کاهش ضریب کشسانی برای انطباق آن با استخوان باشد و همچنین می‌توان پیوند بین سلول های زنده و کاشتنی را از طریق بهبود ساختار یا ترکیب افزایش داد. در این راستا استفاده از نانوبیوسرامیک‌هایی نظیر فلوئورآپاتیت، هیدروکسی‌آپاتیت و فورستریت که از خواصی نظیر زیست‌سازگاری و زیست فعالی برخوردار می‌باشند و تهیه کامپوزیت می‌تواند موفقیت آمیز باشد. در این پژوهش کامپوزیت‌های زمینه آلیاژ کبالت- کرم- مولیبدن حاوی 15،10 و 20 درصد وزنی فلوئورآپاتیت، فورستریت و هیدروکسی‌آپاتیت به عنوان تقویت‌کننده تهیه شد و تأثیر نوع و مقدار نانوبیوسرامیک تقویت کننده بر خواص مکانیکی و رفتار زیستی کامپوزیت‌های تهیه شده، بررسی شد. جهت تهیه کامپوزیت‌ها؛ یک ساعت آسیاکاری به منظور مخلوط‌سازی زمینه و تقویت کننده بیوسرامیکی، پرس سرد پودرهای کامپوزیتی تحت فشار 750 مگاپاسکال و تف‌جوشی در دمای 1100 درجه سانتیگراد به مدت 4 ساعت انجام شد. چگالی، سختی، استحکام فشاری، ضریب کشسانی و رفتار زیستی کامپوزیت‌های تهیه شده از جمله خواص مورد ارزیابی بود. ارزیابی خواص مکانیکی کامپوزیت‌ها نشان داد که ضریب کشسانی آلیاژ پایه کبالت تقویت شده با 15،10و20 درصد وزنی فلوئورآپاتیت، فورستریت و هیدروکسی‌آپاتیت به طور قابل ملاحظه ای کاهش می‌یابد. با افزایش مقدار تقویت کننده در کامپوزیت‌های تهیه شده ضریب کشسانی کاهش می‌یابد. این کاهش تأثیر زیادی در جلوگیری از پدیده تنش سپری دارد. نتایج همچنین نشان داد که استحکام فشاری کامپوزیت‌های آلیاژ پایه کبالت حاوی 10،15 و20 درصد وزنی فورستریت، فلوئورآپاتیت و هیدروکسی‌آپاتیت کمتر از استحکام فشاری آلیاژ پایه کبالت ریختگی است که این استحکام با افزایش مقدار تقویت‌کننده بیوسرامیکی کاهش می‌یابد. سختی کامپوزیت‌های تهیه شده نیز بیشتر از آلیاژ پایه کبالت ریختگی بود که با افزایش مقدار تقویت کننده سختی افزایش یافت. به طور کلی بیشترین چگالی، سختی، استحکام فشاری و ضریب کشسانی مربوط به کامپوزیت‌های آلیاژ پایه کبالت حاوی 10 درصد وزنی تقویت کننده بیوسرامیکی بود. بالاترین خواص مکانیکی مربوط به کامپوزیت‌های آلیاژ پایه کبالت تقویت شده با فورستریت نانومتری بود. ارزیابی رفتار زیستی کامپوزیت‌های تولید شده نشان داد که آلیاژ پایه کبالت زیست خنثی با افزودن نانوبیوسرامیک‌های زیست فعال به آن، زیست فعال شده و آپاتیت بر سطح تشکیل می‌شود و می تواند قابلیت پیوند با استخوان را بر خلاف آلیاژ پایه کبالت ریختگی داشته باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی