عنوان پایان‌نامه
سنتز پوشش نانو کامپوزیتی پایه هیدروکسی آپاتایت بر روی فولاد زنگ نزن و بررسی رفتار خوردگی آن محیط شبیه سازی شده بدن
- رشته تحصیلی
- مهندسی مواد-خوردگی‌وحفاظ‌ت‌ازمواد
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 45653;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 843
- تاریخ دفاع
- ۲۲ شهریور ۱۳۸۹
- دانشجو
- علیرضا تاری
- استاد راهنما
- فرشته رشچی, چنگیز دهقانیان
- چکیده
- در این پژوهش به ¬منظور بالا بردن مقاومت به خوردگی و همچنین بهبود رفتار مکانیکی پوشش هیدروکسی¬آپاتیت، پوشش¬های نانوکامپوزیتی هیدروکسی¬آپاتیت-اکسید تیتانیم (¬ (HA-TiO2حاوی 10، 20 و 30 درصد وزنی اکسید تیتانیم و پوشش¬های نانوکامپوزیتی هیدروکسی-آپاتیت-اکسید تیتانیم-نانولوله¬های¬کربنی ((HA-TiO2-CNT حاوی 30 درصد وزنی اکسید تیتانیم به همراه 1 و 5 درصد وزنی نانولوله¬های¬کربنی توسط فرآیند الکتروفورتیک بر روی زیرلایه¬ای از جنس فولاد زنگ نزن316L ایجاد شد. به¬منظور ساخت سوسپانسیون¬های پایدار، از ایزوپروپانل به عنوان حلال و از تری¬اتانول¬آمین (TEA) به عنوان پراکنده¬ساز استفاده شد. جهت انتخاب پارامترهای بهینه فرآیند پوشش¬دهی، اثر ولتاژ و زمان فرآیند پوشش¬دهی بر ضخامت، دانسیته فشردگی و ریزساختار پوشش¬های فوق مورد بررسی قرار¬گرفت و در نهایت ولتاژ 20 ولت و زمان 4 دقیقه به عنوان ولتاژ و زمان بهینه فرآیند انتخاب شدند. جهت بررسی اثر اکسید تیتانیم بر خواص پوشش¬های نانوکامپوزیتی ایجاد شده در شرایط بهینه فرآیند پوشش¬دهی، ویژگی¬های فیزیکی، مکانیکی، الکتروشیمیایی و بیولوژیکی پوشش¬های فوق مورد بررسی قرار گرفت. مشخص شد در حضور 30 درصد وزنی اکسید تیتانیم، پوشش نانوکامپوزیتی ایجاد شده از ویژگی¬های مطلوب¬تری برخوردار بوده است. به منظور بهبود بیشتر در رفتار مکانیکی و الکتروشیمیایی پوشش¬¬های نانوکامپوزیتی HA-TiO2، مقادیر 1 و 5 درصد وزنی نانولوله¬های¬کربنی¬ چندجداره (MWCNT) به پوشش بهینه انتخاب شده افزوده شد. نتایج به¬دست آمده نشان داد وجود نانولوله¬های¬کربنی و نانوذرات اکسید تیتانیم موجب ایجاد ساختاری ظریف¬تر، به¬هم¬تنیده¬تر و با زبری سطحی بالاتر شده ¬است. در این پژوهش مشخص شد کامپوزیت کردن پوشش هیدروکسی آپاتیت توسط نانولوله¬های¬کربنی و نانوذرات اکسید تیتانیم موجب افزایش دانسیته فشردگی پوشش تا 79%، افزایش استحکام چسبندگی پوشش به زیرلایه تا MPa 7/6، افزایش سختی و مدول الاستیک به¬ترتیب تا مقادیر MPa 35/16 و GPa63 و بهبود مقاومت به خوردگی در محلول فیزیولوژیک تا K.?.Cm2 8/15 شده است. همچنین مشخص شد در پوشش¬های نانوکامپوزیتی، میزان نرخ انحلال پوشش در زمان¬های اولیه غوطه¬وری، کاهش و میزان نرخ رسوب ترکیبات کلسیم فسفات بر روی سطح پوشش با گذشت زمان غوطه¬وری در محلول SBF افزایش یافته است که بیان¬گر رفتار بیولوژیکی مطلوب¬تر پوشش¬های فوق می¬باشد. واژه های کلیدی: الکتروفورتیک – نانوکامپوزیت - هیدروکسی¬آپاتیت - مقاومت به خوردگی - رفتار مکانیکی.
- Abstract
- In this research, in order to increase the corrosion resistance and also improve the mechanical behavior of the hydroxyapatite (HA), hydroxyapatite-titanium oxide (HA-TiO2) coating with 10, 20 and 30 wt% TiO2 and Hydroxyapatite-titanium oxidecarbon nanotubes coating (HA-TiO2-CNT) with 30 wt% TiO2, plus 1 and 5 wt% CNT were coated on stainless steel 316L substrate through electrophoretic deposition (EPD). Isopropanol and triethanolamine (TEA) were implemented as solvent and dispersant respectively in order to produce stable suspension. The influence of voltage and duration of coating process on thickness, packing density and coating microstructure were evaluated to discover the optimal parameters of the coating process, hence voltage of 20V and duration of 4 min were found to be an optimum condition. Physical, mechanical, electrochemical and biological properties of the coatings were characterized to evaluate the effect of titanium oxide on nanocomposite coatings properties, fabricated by the optimal coating process. More desirable behavior of nanocomposite coating was reached at 30 wt% TiO2. In order to improve the mechanical and electrochemical properties of HA-TiO2 nanocomposite coatings, 1 and 5 wt% of multi-walled carbon nanotubes were added to the selected optimal condition. It was observed that the presence of the carbon nanotubes and titanium oxide nanoparticles resulted in a finer microstructure with the higher surface roughness. It was found addition of carbon nanotubes and titanium oxide nano particles lead to an increase in packing density to 79%, adhesion strength between the coating and substrate to 6.7 MPa, hardness and elastic modulus to 16.35 MPa and 63 GPa, improvement of corrosion resistance in physiologic solution as high as 15.8 k.?.cm2 respectively. The results also showed a decrease in the rate of coating solubility in SBF solution in primary immersion times and increase in deposition rate of calcium phosphate on coating surface with time. This may indicate more desirable biological behavior of these types of coatings. Keywords: Electrophoretic; Nanocomposite; Hydroxyapatite; Corrosion resistance; Mechanical behavior
