Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Ahmadian,Mohammad Hosein Fathi
مهدي احمديان (استاد راهنما) محمدحسين فتحي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mojgan Bahrami
مژگان بهرامي لنباني

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
چکيده در بين بيومواد مورد استفاده در کاشتني هاي ارتوپدي، آلياژهاي پايه کبالت از جايگاه ويژه اي برخوردارند. علت استفاده گسترده از اين آلياژها خواص مکانيکي، مقاومت سايشي، مقاومت خوردگي و زيست‌سازگاري مناسب است. طول عمر کوتاه کاشتني هاي مفصل ران به طور کلي ناشي از شل شدن کاشتني است که به سبب ناهماهنگي و عدم انطباق ضريب کشساني بين استخوان و کاشتني فلزي و در نتيجه پديده تنش سپري، پيوند ضعيف بين بافت ميزبان و کاشتني فلزي به علت سطح زيست خنثي، سايش و لق شدن در کاشتني فلز- پليمر پديد مي‌آيد. يک راه براي افزايش عمر و دوام کاشتني فلزي در بدن مي تواند کاهش ضريب کشساني براي انطباق آن با استخوان باشد و همچنين مي‌توان پيوند بين سلول هاي زنده و کاشتني را از طريق بهبود ساختار يا ترکيب افزايش داد. در اين راستا استفاده از نانوبيوسراميک‌هايي نظير فلوئورآپاتيت، هيدروکسي‌آپاتيت و فورستريت که از خواصي نظير زيست‌سازگاري و زيست فعالي برخوردار مي‌باشند و تهيه کامپوزيت مي‌تواند موفقيت آميز باشد. در اين پژوهش کامپوزيت‌هاي زمينه آلياژ کبالت- کرم- موليبدن حاوي 15،10 و 20 درصد وزني فلوئورآپاتيت، فورستريت و هيدروکسي‌آپاتيت به عنوان تقويت‌کننده تهيه شد و تأثير نوع و مقدار نانوبيوسراميک تقويت کننده بر خواص مکانيکي و رفتار زيستي کامپوزيت‌هاي تهيه شده، بررسي شد. جهت تهيه کامپوزيت‌ها؛ يک ساعت آسياکاري به منظور مخلوط‌سازي زمينه و تقويت کننده بيوسراميکي، پرس سرد پودرهاي کامپوزيتي تحت فشار 750 مگاپاسکال و تف‌جوشي در دماي 1100 درجه سانتيگراد به مدت 4 ساعت انجام شد. چگالي، سختي، استحکام فشاري، ضريب کشساني و رفتار زيستي کامپوزيت‌هاي تهيه شده از جمله خواص مورد ارزيابي بود. ارزيابي خواص مکانيکي کامپوزيت‌ها نشان داد که ضريب کشساني آلياژ پايه کبالت تقويت شده با 15،10و20 درصد وزني فلوئورآپاتيت، فورستريت و هيدروکسي‌آپاتيت به طور قابل ملاحظه اي کاهش مي‌يابد. با افزايش مقدار تقويت کننده در کامپوزيت‌هاي تهيه شده ضريب کشساني کاهش مي‌يابد. اين کاهش تأثير زيادي در جلوگيري از پديده تنش سپري دارد. نتايج همچنين نشان داد که استحکام فشاري کامپوزيت‌هاي آلياژ پايه کبالت حاوي 10،15 و20 درصد وزني فورستريت، فلوئورآپاتيت و هيدروکسي‌آپاتيت کمتر از استحکام فشاري آلياژ پايه کبالت ريختگي است که اين استحکام با افزايش مقدار تقويت‌کننده بيوسراميکي کاهش مي‌يابد. سختي کامپوزيت‌هاي تهيه شده نيز بيشتر از آلياژ پايه کبالت ريختگي بود که با افزايش مقدار تقويت کننده سختي افزايش يافت. به طور کلي بيشترين چگالي، سختي، استحکام فشاري و ضريب کشساني مربوط به کامپوزيت‌هاي آلياژ پايه کبالت حاوي 10 درصد وزني تقويت کننده بيوسراميکي بود. بالاترين خواص مکانيکي مربوط به کامپوزيت‌هاي آلياژ پايه کبالت تقويت شده با فورستريت نانومتري بود. ارزيابي رفتار زيستي کامپوزيت‌هاي توليد شده نشان داد که آلياژ پايه کبالت زيست خنثي با افزودن نانوبيوسراميک‌هاي زيست فعال به آن، زيست فعال شده و آپاتيت بر سطح تشکيل مي‌شود و مي تواند قابليت پيوند با استخوان را بر خلاف آلياژ پايه کبالت ريختگي داشته باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی