اصلاح سطح و مشخصه يابي ساختاري و زيستي داربست هاي Ti-6Al-4V ساخته شده به روش ذوب با پرتو الكتروني

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

دكتري

روش هاي ساخت افزايشي (AM)، به دليل قابليت ايجاد ساختارهاي هندسي پيچيده و هدفمند، به عنوان گزينه اي براي ساخت داربست هاي فلزي (در حوزه كاشتني هاي متخلخل) مد نظر قرار گرفته اند. هدف پژوهش حاضر ارزيابي داربست هاي فلزي از جنس آلياژ Ti-6Al-4V ساخته شده به روش ذوب با پرتو الكتروني (EBM) و مطالعه خواص مكانيكي و خوردگي آنها در راستاي امكان سنجي استفاده به عنوان داربست فلزي بود. بدين منظور، از داربست هايي كه با دو نوع شبكه رومبيك دودكاهدرون (RD) و الماسي (DO) با اندازه شبكه متفاوت طراحي و ساخته شده بود، استفاده شد تا اثر نوع و اندازه شبكه، به عنوان دو عامل كليدي در تعيين عملكرد داربست، بر خواص مكانيكي و خوردگي، مورد ارزيابي قرار گيرد. يافته ها مؤيد آن بود كه با انجام عمليات پردازش تكميلي اچ شيميايي مي توان انحراف هندسي داربست هاي ساخته شده از طرح واره هاي اوليه را كاهش داد. ارزيابي ريزساختاري داربست ها نشان دادكه با تغيير در اندازه شبكه به دليل تغيير در ضخامت ميله ها، حجم حوضچه مذاب دستخوش تغيير شده و به دنبال تفاوت در نرخ سرمايش حين فرايند EBM، ريزساختارهاي متفاوتي پديد مي آيد. با اين وجود ريزساختار تمامي داربست ها متشكل از فاز آلفا و بتا بود كه ريزساختاري مطلوب از ديدگاه مكانيكي براي كاشتني هاي بدن است. رفتار مكانيكي داربست هاي Ti-6Al-4V ساخته شده به روش EBM نيز نشان داد كه هر دو گروه داربست ها داراي استحكام تسليم مناسب و مدول الاستيك سازگار با استخوان هستند كه مي تواند از رخ دادن پديده سپر تنشي ممانعت به عمل آورد. نتايج بيانگر آن بود كه نوع شبكه اثر چشم گيري بر ترشوندگي ديناميكي و نفوذپذيري داربست ها به عنوان عوامل مؤثر بر رفتار زيستي داربست ها ندارد، اما با كاهش اندازه شبكه (كاهش اندازه حفره ها)، ترشوندگي ديناميكي و نفوذپذيري كاهش يافت. رفتار خوردگي داربست هاي ساخته شده در كوتاه/بلند مدت نشان داد كه صرف نظر از نوع شبكه، هر قدر اندازه شبكه داربست بزرگتر باشد، مقاومت به خوردگي بالاتر است؛ اين موضوع مي تواند از سطح در دسترس كمتر آنها نشأت گرفته باشد. داربست هاي Ti-6Al-4V ساخته شده رفتار خوردگي بلند مدت مطلوب و رهايش يون قابل قبولي از خود نشان دادند. در ادامه اين پژوهش، از روش اكسيداسيون الكتروليتي پلاسمايي (PEO) براي اصلاح سطح داربست هاي ساخته شده استفاده شد و تأثير پوشش اكسيدي مورد بررسي قرار گرفت. يافته ها نشان داد كه با استفاده از روش PEO مي توان به توزيع يكنواختي از ريزحفره ها با اندازه قطر ميانگين 1 تا 5 ميكرومتر در سطوح خارجي و مركزي داربست دست يافت. پوشش PEO از دو لايه متراكم داخلي و متخلخل خارجي تشكيل شده و داراي ضخامتي در محدوده 4 تا 6 ميكرومتر در نواحي مختلف داربست است. تفاوت هايي از ديدگاه مورفولوژي و ضخامت پوشش در نواحي خارجي و مركزي داربست مشاهده شد به گونه اي كه در نواحي مركزي تعداد ريزحفره هاي با اندازه كم بيشتر شده و ضخامت پوشش نيز كمتر بود. اين تفاوت ها با كاهش اندازه شبكه داربست ها مشهودتر شد. ارزيابي هاي فازي نشان داد كه داربست ها متشكل از فازهاي اكسيد تيتانيوم در شكل روتيل و آناتاز بوده و نوع و اندازه شبكه بر آن تأثيري نداشته است. تغيير توپوگرافي و مورفولوژي سطح و ايجاد پوشش هاي دو لايه متراكم و متخلخل به واسطه پوشش دهي با PEO سبب بهبود رفتار الكتروشيميايي، زيست فعالي، زيست سازگاري، چسبندگي و تكثير سلولي در داربست ها گرديد.

227245

مهندسي مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان