Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Atapoor,Mohammad Hossei Enayati
مسعود عطاپور (استاد راهنما) محمدحسین عنایتی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Alireza Razazzadeh
علیرضا رزاز زاده

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Synthesis, Characterization and investigation of the electrochemical behavior of the nanocrystalline TiNbMoMnFe high entropy film
High entropy alloys are alloys that have more than five major elements and the atomic percentage of each major element is between 5% and 35% atomic. The high positional entropy of these alloys prevents the formation of brittle and brittle intermetallic phases and stabilizes the solid solution phase. The presence of more than 5 main elements in the field of these alloys has caused special properties in these alloys. Studies have shown that high entropy alloys have good mechanical properties. In addition to mechanical properties, it has been determined that these alloys have a high corrosion resistance than conventional alloys. On the other hand, the expansion of biomaterials requires materials with special properties such as a combination of high strength and flexibility, good biocompatibility and high corrosion resistance. Recent research has shown that high entropy alloys are suitable materials for medical applications. Due to the unique properties of these alloys and the human need for biomaterial expansion, in this study we tried to evaluate the corrosion properties of a high entropy alloy with biocompatible elements. One of the objectives of this study was to create and evaluate the corrosion behavior of a high entropy coating based on titanium with biocompatible elements, preferably in the simulated environment of the human body. TiNbMoMnFe alloy system was selected for this purpose. To create a high entropy coating on AISI316L stainless steel, which is a common material as implant, spark plasma sputtering process was first used to make the target. Then, using the process of physical sediment coating from the vapor phase, the desired coating was created on 316L steel. Microstructural and corrosion characterizations were performed on the coating. The results of Berto X diffraction test and X-ray energy diffraction spectroscopy analysis showed that the microstructure of the coated coating had an acceptable agreement with the results of the rules of high entropy alloy formation.Comparing the behavior of coated and uncoated samples through cyclic potentiodynamic tests and electrochemical impedance spectrometer, it was found that high entropy coating increased the corrosion and corrosion potential of cavities. The corrosion current density also decreased. The Stern and Gray equations showed a twofold increase in the corrosion resistance of the coated specimens. By imaging the surface of the specimens after the dynamic potential polarization test, it was found that the diameter of the cavities for the coated specimens was reduced. Which showed an increase in corrosion resistance of the cavities of the coated samples. Also, increasing the wetting angle was another effect of high entropy coating. In this regard, the wetting angle increased from 60 degrees for uncoated samples to 90 degrees for coated samples.
آلیاژهای آنتروپی بالا به آلیاژهایی گفته می‌شود که بیش‌تر از پنج عنصر اصلی داشته باشند و درصد اتمی هرکدام از عناصر اصلی بین 5 درصد تا 35 درصد اتمی باشد. آنتروپی بالای وضعیتی این آلیاژها مانع از به وجود آمدن فازهای ترد و شکننده بین فلزی شده و سبب پایداری فاز محلول جامد شده است. وجود بیش از 5 عنصر اصلی در زمینه­ی این آلیاژ­ها سبب بروز خواص ویژه­ای در این آلیاژ­ها شده است. طی پژوهش‌های انجام گرفته آلیاژ­های آنتروپی بالا­ خواص مکانیکی مطلوبی از خود نشان داده‌اند. علاوه بر خواص مکانیکی مشخص شده است که این دسته از آلیاژ­ها از مقاومت به خوردگی بالایی نسبت به آلیاژ­های معمولی برخوردار هستند. از طرف دیگر گسترش بیومواد به موادی با خواص ویژه از قبیل تلفیقی از استحکام بالا و انعطاف پذیر، زیست سازگاری مناسب و مقاومت به خوردگی بالا نیازمند است. پژوهش­هایی که به‌تازگی انجام شده­اند، نشان داده­اند که آلیاژ­های آنتروپی بالا مواد مناسبی برای کاربرد­های پزشکی هستند. با توجه به ویژگی‌های منحصربه‌فرد این آلیاژها و نیاز انسان برای گسترش بیومواد، در این پژوهش سعی بر ارزیابی خواص خوردگی یک آلیاژ آنتروپی بالا با عناصر زیست سازگار بود. ایجاد و ارزیابی رفتار خوردگی یک پوشش آنتروپی بالا بر پایه تیتانیم به همراه عناصر زیست سازگار ترجیحاً در محیط شبیه سازی شده­ی بدن انسان نیز از اهداف این پژوهش بود. برای این منظور سیستم آلیاژی TiNbMoMnFe انتخاب شد. برای ایجاد پوشش آنتروپی بالا بر روی فولادزنگ­نزن AISI316L که از مواد رایج به­عنوان مواد کاشتنی است، ابتدا ازفرآیند تف چوشی پلاسمای جرقه­ای برای ساخت تارگت استفاده شد. سپس با استفاده از فرآیند پوشش­دهی رسوب فیزیکی از فاز بخار پوشش مورد نظر بر روی فولاد 316L ایجاد شد. مشخصه یابی های ریزساختاری و خوردگی بر پوشش صورت گرفت. نتایج حاصل از آزمون پراش برتو ایکس وآنالیزطیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس نشان داد که ریزساختار پوشش اجاد شده تطابق قابل قبولی با نتایج حاصل از قوانین تشکیل آلیاژ آنتروپی بالا داشت. از مقایسه رفتار نمونه­های پوشش دهی­شده و بدون پوشش از طریق آزمون­های پتانسیودینامیک چرخه­ای و طیف سنج امپداش الکتروشیمیایی مشخص شد که پوشش آنتروپی بالا سبب افزایش پتانسل خوردگی و خوردگی حفره­ای شده است. همچنین چگالی جریان خوردگی کاهش یافت. معادله استرن و گری افزایش دو برابر مقاومت به خوردگی نمونه­های پوشش داده­شده را نشان داد. با تصویر برداری از سطح نمونه­ها بعد از آزمون پلاریزاسیون پتانسیو دینامیک مشخص شد قطر حفرات برای نمونه­های پوشش داده­شده، کاهش یافته است. که نشان از افزایش مقاومت به خوردگی حفره­ای نمونه­های پوشش دهی شده بود. همچنین افزایش زاویه ترشوندگی از دیگر اثرات پوشش آنتروپی بالا بود. در این خصوص زاویه ترشوندگی از 60 درجه برای نمونه­های بدون پوشش به 90 درجه برای نمونه­های پوشش­دهی شده افزایش یافت.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی