بررسي خواص و كاربردهاي ايمپلنت‌هاي زيست‌تخريب پذير پايه آهن حاوي ذرات سيليسيوم نيتريد ساخته شده با روش تف‌جوشي پلاسماي جرقه‌اي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

آلياژهاي پايه آهن به دليل خواص مكانيكي مطلوب، زيست‌سازگاري مناسب و قابليت تجزيه‌پذيري در محيط بدن، به‌عنوان گزينه‌اي برجسته براي ساخت ايمپلنت‌هاي زيست‌تخريب‌پذير مورد توجه قرار گرفته‌اند. اين آلياژها پس از انجام وظايف مكانيكي در بدن، به‌تدريج تجزيه شده و نياز به جراحي‌هاي ثانويه براي برداشتن ايمپلنت را از بين مي‌برند. با اين حال، يكي از چالش‌هاي مهم، سرعت پايين خوردگي آن‌ها در محيط بدن است كه مي‌تواند عملكرد طولاني‌مدت را تحت تأثير قرار دهد. در اين پژوهش، بهبود سرعت خوردگي با افزودن سيليكون نيتريد (Si₃N₄) و استفاده از روش تف‌جوشي پلاسماي جرقه‌اي (SPS) مورد بررسي قرار گرفت. دماهاي 800، 900 و 1000 درجه سانتي‌گراد و درصدهاي 1، 3 و 5 درصد Si₃N₄ به‌عنوان پارامترهاي فرآيند در نظر گرفته شدند. بررسي نمونه‌ها با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، آناليز XRD، آزمون‌هاي پلاريزاسيون و امپدانس الكتروشيميايي انجام شد. نتايج نشان داد كه با افزايش درصد Si₃N₄، تخلخل نمونه‌ها افزايش يافته و به دنبال آن، سرعت خوردگي بيشتر شد؛ به‌طوري‌كه نمونه‌اي با بيشترين درصد Si₃N₄ و كمترين دما، بهترين سرعت خوردگي را نشان داد. مشاهده شد كه تخلخل‌ها به ميزان قابل توجهي افزايش يافته‌اند. با وجود افزايش تخلخل‌ها، انتظار كاهش شديد سختي وجود داشت؛ اما سختي بالاي سيليكون نيتريد مانع از كاهش شديد سختي ماده شد. سطح شكست داراي نواحي كشيده و جرياني بود. همچنين، نمونه‌ها به مدت 28 روز در محلول شبيه‌سازي‌شده بدن (SBF) و 3 ماه در محلول PBS نگهداري شدند تا رفتار زيستي و تخريب آن‌ها در شرايط درون‌بدني مورد بررسي قرار گيرد. سيليكون نيتريد علاوه بر بهبود آبدوستي، خواص زيست‌فعالي را نيز ارتقا داد. نمونه‌هايي با درصد بالاتر Si₃N₄ تشكيل هيدروكسي آپاتيت بيشتري را نشان دادند كه نشان‌دهنده سازگاري بهتر با بافت استخواني است. تصاوير ميكروسكوپي نشان داد كه ذرات Si₃N₄ در نواحي مرزي تجمع يافته و به تشكيل لايه‌اي از هيدروكسي آپاتيت كمك كرده‌اند. آزمون تخريب با غوطه‌ور كردن نمونه‌ها در محلول PBS انجام شد و نتايج نشان داد كه تغيير وزن نمونه‌ها تا پايان مدت آزمون محسوس نبود. اين موضوع نشان مي‌دهد كه براي آغاز فرآيند تخريب در اين آلياژها به زمان بيشتري نياز است. اين پژوهش نشان داد كه افزودن Si₃N₄ مي‌تواند علاوه بر بهبود خواص مكانيكي و زيست‌سازگاري، سرعت خوردگي را در آلياژهاي پايه آهن كنترل كند. تحليل داده‌ها با استفاده از روش‌هاي تاگوچي و RSM به‌منظور بهينه‌سازي پارامترهاي فرآيند انجام شد. اين بهينه‌سازي به شناسايي تركيب و شرايط مناسب براي دستيابي به خواص مكانيكي و زيستي بهينه كمك كرد.

231863

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان