عنوان پایان‌نامه
به کار گیری پوشش کامپوزیتی هیدروکسی اپاتیت نانو لوله های کربنی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مواد-خوردگی‌وحفاظ‌ت‌ازمواد
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1303;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77207;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1303;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77207
- تاریخ دفاع
- ۳۰ دی ۱۳۹۳
- دانشجو
- دنا خازنی
- استاد راهنما
- محسن صارمی
- چکیده
- اخیراً تحقیقات زیادی برای به کارگیری آلیاژهای منیزیم به‌عنوان ایمپلنت‌های تحلیل‌رونده در محیط بدن صورت گرفته است. مقاومت به خوردگی پایین، خواص مکانیکی این ایمپلنت‌ها را قبل از بهبود کامل بافت آسیب‌دیده به شدت تحت تأثیر قرار داده و ممکن است منجر به انهدام ناگهانی ایمپلنت گردد. به‌منظور بهبود خواص خوردگی و زیست‌سازگاری ایمپلنت‌های منیزمی، از پوشش‌های سرامیکی هیدروکسی آپاتیت استفاده می‌شود. از مشکلات اصلی این پوشش‌ها به پایین بودن مقاومت مکانیکی آن که منجر به ایجاد ترک در پوشش می‌شود، می‌توان اشاره کرد. در پژوهش حاضر تلاش شد با کامپوزیتی کردن پوشش با نانو‌لوله‌های کربنی، خواص پوشش هیدروکسی آپاتیت بهبود یابد. به این منظور ابتدا پوشش هیدروکسی آپاتیت خالص به دو روش ولتاژ مستقیم و پالسی بر زیرلایه آلیاژ منیزمی AZ31 تهیه شد. سپس نانو‌لوله‌های کربنی در مقادیر مختلف 25/0، 5/0، 1 و 5/1 درصد وزنی به حمام پوشش‌دهی اضافه شده و به هر دو روش ذکر شده پوشش داده شدند. فازهای ایجاد شده در حین پوشش‌دهی توسط آزمون پراش پرتو ایکس و مورفولوژی پوشش‌ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی با گسیل میدانی مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد حضور نانو‌لوله‌های کربنی بلورینگی پوشش را افزایش داده، مکان‌های جوانه‌زنی هیدروکسی آپاتیت را بیشتر کرده و جهت رشد آن را نیز کنترل می‌نماید.رفتار خوردگی پوشش‌ها توسط آزمون پلاریزاسیون، طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و غوطه‌وری مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که حضور نانو‌لوله‌های کربنی مقاومت به خوردگی پوشش را افزایش می‌دهد. با توجه به تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی با گسیل میدانی علت بهبود مقاومت به خوردگی پوشش‌ها در طی 5 روز غوطه‌وری، تشکیل لایه جدید هیدروکسی آپاتیت از محلول هنکس عنوان شد. در نهایت خواص مکانیکی پوشش‌های بهینه از طریق آزمون‌های نانو‌سختی‌سنجی، میکرو‌سختی‌سنجی و چسبندگی مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتیجه گرفته شد، پل زدن نانو‌لوله‌های کربنی بین ساختار هیدروکسی آپاتیت عامل اصلی افزایش متغیرهای مکانیکی در پوشش‌های کامپوزیتی است. کلمات کلیدی: منیزیم AZ31، هیدروکسی آپاتیت، نانو‌لوله‌های کربنی، الکتروشیمیایی، رفتار مکانیکی، رفتار خوردگی.
- Abstract
- Lately, numerous investigation has been conducted for the use of magnesim alloy as human biodegradable implant. Mechanical properties of these implants are affected due to low corrosion resistance. This causes early deterioration of implants before the ultimate recovery. In order to improve the corrosion properties and biocompatibility of magnesium implants, hydroxyapatite coating is being used. The major disadvantage of these coatings is cracking which occurs due to low mechanical properties. The present study investigates the improvement of coating properties via composite coating by addition of carbon-nanotube. Pure hydroxyapatite was coated on the AZ31 magnesium alloy as a substrate with two different methods, current and pulse voltage. Furthermore, carbon nanotubes were added to the coating bath with weight ratios of 0.25, 0.5, 1 and 1.5 and were coated with aforementioned procedures. X-ray diffraction has been employed to investigate the developed phases during coating. Moreover, the morphology of the coatings has been detected by FE-SEM. The results indicate that the crystallization of the coating, was increased in the presence of carbon nanotubes. Furthermore, increase in nucleation sites and growth directions of hydroxyapatite were also seen. The corrosion behaviors of the coatings were studied using polarization tests, electro chemical impedance spectroscopy and immersion methods. The results showed that the presence of carbon nanotubes improved the corrosion resistance. The FE-SEM images verified the formation of new hydroxyapatite layer during 5 days of immersion in Hanks solution as a main reason for the superior corrosion properties. Finally, mechanical properties of the optimized sample were studied through nano-indentation, macro-hardness and adhesion tests. It was concluded that the bridging of the carbon nanotubes between the hydroxyapatite structures was the main reason for improved mechanical properties in composite coatings. Keywords: AZ31 Magnesium alloy, Hydroxyapatite, Carbon nanotubes, Electrochemical, Mechanical properties, Corrosion properties
