Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Atapoor,Mehdi Ahmadian
مسعود عطاپور (استاد مشاور) مهدی احمدیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammadreza Haftbaradaran Esfahani
محمدرضا هفت برادران اصفهانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Fabrication, characterization and investigation on the corrosion behavior of the Vitallium alloy scaffold with nanostructured 58S bioglass coating
Fabrication, characterization and investigation on the corrosion behavior of the Vitallium alloy scaffold with nanoscale bioglass coating Cobalt base alloys, especially Vitallium, are particularly useful as medical implants due to their excellent mechanical properties and good biocompatibility, but because of limitations such as mechanical mismatch, bioinactivity and poor corrosion behavior of this alloy in the body fluid. For this reason, the purpose of this study was to create a porous cobalt-based alloy (scaffold) using a space holder as well as a coating of 58S bio-glass on this substrate in order to improve mechanical behavior and to provide a mechanical matching between implant and bone As well as bioactivity and corrosion behavior in this alloy. blending the powder with a 5% wt of ammonium hydrogen carbonate and 95% w of polyvinyl alcohol and two-stage sintering at 175 and 1250 ° C for 3 and 2 h, the porous substrate with 35.6% Porosity was obtained. In the second step, in order to improve the bioactive and corrosion behavior of the porous alloy, the 58S bioglass was coated on a porous substrate with a sol-gel method for 3, 4 and 5 times dipping, and dried in ambient atmosphere and temperature of 60 ° C for 48 h. After drying and submersion operation at 600 ° C for 1 h with 10 ° C / min heating rate was applied to the furnace to stabilize the coating on the substrate. Consequently, After compression test on porous samples, compressive strength and compression modulus were observed 84.47 MPa and 0.4 GPa, respectively. with a bioactive study, it was observed that the coating sample had a higher surface hydroxyapatite than the uncoated sample, indicating an increase in the bioactivity in the coating sample.Also, by examining the corrosion behavior of uncoated and glass-coated samples, the corrosion resistance of the uncoated sample was about 200 k? and in the sample with a coating of about 250 k?. Eventually, after potentiodynamic polarization, E Corr (vs Ag/AgCl) and I Corr changes from -0.18± 0.016 V and 0.0055± 0.0005 ?A/cm 2 in uncoated substrate to -0.098± 0.005V and 0.0009± 0.0001 ?A/cm 2 in coated sample with 58S bioglass.
ساخت، مشخصه یابی و بررسی رفتار خوردگی داربست آلیاژ وایتالیوم با پوشش بیوگلاس نانوساختار آلیاژهای پایه کبالت به خصوص وایتالیوم به علت دارا بودن خواص مکانیکی فوق العاده و زیست سازگاری مناسب به عنوان کاشتنی‌های پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند اما به دلیل وجود محدودیت‌هایی همچون عدم تطابق مکانیکی ناشی از اختلاف زیاد بین مدول کشسانی استخوان و کاشتنی، زیست خنثی بودن و خوردگی این آلیاژ در محیط بدن، در استفاده از این آلیاژ در محیط بدن چالش‌هایی وجود دارد. به همین دلیل، هدف از این پژوهش، ساخت آلیاژ وایتالیوم( پایه کبالت) به صورت متخلخل(داربست) با استفاده از ماده تخلخل‌ساز و همچنین پوشش‌دهی شیشه زیستی 58S بر روی این زیرلایه به منظور بهبود رفتار مکانیکی و ایجاد تطابق مکانیکی بین کاشتنی و استخوان و همچنین رفتار زیست فعالی و خوردگی در این آلیاژ می‌باشد. به همین منظور عملیات براده‌برداری و 9 ساعت آسیاب‌ کاری بر روی آلیاژ صورت پذیرفته است. پس از مخلوط‌ سازی پودر حاصل از آسیاب‌ کاری با 5 درصد وزنی ماده متخلخل‌ساز آمونیوم هیدروژن کربنات و محلول چسبی 95 درصد وزنی پلی وینیل الکل و تفجوشی دو مرحله‌ای در دماهای 175 و 1250درجه سانتی‌گراد به مدت 3 و 2 ساعت، زیرلایه متخلخل با 6/35 درصد تخلخل حاصل گردید. در مرحله دوم به منظور بهبود رفتار زیست‌فعالی و خوردگی آلیاژ وایتالیوم متخلخل، شیشه زیستی 58S بر روی زیرلایه متخلخل با روش سل-ژل به مدت 3، 4 و 5 بار غوطه‌وری پوشش داده شده و در اتمسفر محیط و دمای 60 درجه سانتی‌گراد به مدت 48 ساعت خشک گردید. پس از انجام عملیات خشک‌ کردن و تفجوشی در دمای 600 درجه سانتی‌گراد با نرخ 10 درجه سانتی‌گراد بر دقیقه به مدت 1 ساعت درون کوره قرار گرفت تا پوشش بر روی زیرلایه تثبیت گردد. در نتیجه پس از انجام آنالیز پراش پرتوایکس بر روی نمونه وایتالیوم متخلخل تفجوشی شده مشخص گردید که تمامی فازهای تشکیل شده پس از تفجوشی، به صورت فاز گاما و با ساختار کریستالیFCC بود. پس از انجام آزمون فشار بر روی نمونه‌های متخلخل، مشاهده شد استحکام فشاری و مدول فشاری به ترتیب 84/79 مگاپاسکال و 4/0 گیگاپاسکال بود. با بررسی آزمون زیست‌فعالی، مشاهده گردید که نمونه دارای پوشش در مقایسه با نمونه بدون پوشش، دارای هیدروکسی آپاتیت سطحی بیشتری است که نشانگر افزایش زیست‌فعالی در نمونه دارای پوشش است. پس از بررسی آزمون طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی مشخص گردید نمونه های بدون پوشش و با پوشش شیشه زیستی با مراتب غوطه‌وری متفاوت 3، 4 و 5 مرتبه، مقاومت به خوردگی نمونه بدون پوشش در حدود 200 کیلواهم و در نمونه با پوشش در حدود 240 کیلواهم در آزمون طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی بدست آمد. در نهایت با بررسی آزمون های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و میکروسکوپ الکترونی مشخص گردید پتانسیل خوردگی و جریان خوردگی در نمونه بدون پوشش به ترتیب 191/0- ولت و 074/0 میکروآمپر بر سانتی‌متر مربع می‌باشد که پس از پوشش دهی با مرتبه غوطه وری 5 ، این مقادیر به 112/0- ولت و 058/0 میکروآمپربر سانتی‌متر مربع تغییر یافته که نشان از افزایش مقاومت به خوردگی نمونه پس از پوشش دهی دارد. کلمات کلیدی : آلیاژ وایتالیوم متخلخل، پوشش شیشه زیستی، رفتار خوردگی، زیست فعالی، سل-ژل

ارتقاء امنیت وب با وف بومی