تأثير عمليات ساييدگي مكانيكي سطحي بر خواص خوردگي و زيستي آلياژ كبالت-كروم-موليبدن ساخت افزايشي‌شده در كاربردهاي پزشكي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد و متالورژي

كارشناسي ارشد

آلياژهاي كبالت-كروم-موليبدن به دليل خواص مكانيكي عالي، مقاومت در برابر خوردگي و مقاومت به سايش بالا، به عنوان بيومواد فلزي مؤثر در كاربردهاي پزشكي، اغلب براي جايگزيني مفاصل، اجزاي دنداني و به طور گسترده در ايمپلنت‌هاي باربر استفاده مي‌شوند. با توسعه ايمپلنت‌هاي پزشكي مدرن، تقاضا براي پروتزهاي شخصي‌سازي شده به طور چشمگيري افزايش يافته است كه روش‌هاي سنتي پاسخگوي اين امر نيست. پيشرفت‌هاي اخير در روش‌هاي ساخت افزايشي فلزي، امكان ساخت قطعاتي با هندسه پيچيده و سفارشي را فراهم كرده است. به دليل خوردگي ايمپلنت‌ها در محيط بدن، آزاد شدن يون فلزي رخ داده و تضعيف زيست‌سازگاري را به دنبال دارد. بنابراين، انگيزه‌ي قابل توجهي براي بهبود اين آلياژها وجود دارد. توليد يك قطعه‌ي پزشكي ساخته‌شده توسط ساخت افزودني با خواص بهينه و عملكرد عالي نيازمند عمليات‌‌هاي مناسب بوده تا نگراني‌هاي مربوط به سايش، خوردگي و رهاسازي يون فلزي به حداقل برسد. در كار حاضر به ارزيابي تأثير عمليات ساييدگي مكانيكي سطحي بر خواص قطعات كبالت-كروم-موليبدن ساخته شده به روش ساخت افزايشي ذوب گزينشي ليزري پرداخته شده است. فرآيند ساييدگي مكانيكي سطحي با ايجاد تغييرشكل پلاستيك شديد در لايه سطحي قطعه موجب اصلاح دانه و تشكيل نانوساختار، افزايش دانسيته نابجايي‌ها و ايجاد تنش‌هاي پسماند فشاري شده كه خواص را ارتقا مي‌بخشد. به منظور مشخصه‌يابي نمونه‌ها، از آزمون‌هاي پراش پرتوي ايكس، ريزسختي سنجي، زبري‌سنجي، ترشوندگي و ارزيابي‌هاي زيست‌سازگاري شامل كشت سلولي و زيست‌فعالي استفاده شد. همچنين، رفتار خوردگي در محيط شبيه‌سازي بدن مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه عمليات ساييدگي مكانيكي سطحي، سختي هر دو نوع نمونه ساخت‌افزايشي و كارشده را افزايش داده و منجر به استحاله مارتنزيتي و نانوبلورسازي سطح گرديد. اين تغييرات ميكروساختاري با كاهش شدت پيك‌هاي فاز گاما و افزايش پيك‌هاي مربوط به فاز اپسيلون در الگوي پراش پرتوي ايكس تأييد شد. همچنين، زبري سطح هر دو نمونه پس از عمليات به ميزان 7/0 ميكرومتر افزايش يافته و ترشوندگي آن‌ها به طور مشابه به ميزان 14 درصد ارتقا پيدا كرد. مطابق با بررسي زيست‌فعالي، نمونه ساخت افزايشي كه تحت عمليات سطحي قرار گرفت، بيشترين ميزان تشكيل هيدروكسي‌آپاتيت و چسبندگي سلولي را داشت و درصد بقاي سلولي بالاتري را از خود نشان داد. علاوه بر اين، فرآيند سطحي باعث بهبود مقاومت به خوردگي آلياژ به دليل تشكيل فيلم غيرفعال پايدارتر شد. يافته‌ها حاكي از پتانسيل بالاي اين عمليات سطحي و تركيب آن با ساخت افزايشي به عنوان رويكردي نوآورانه براي كاربرد در ساخت ايمپلنت‌هاي پزشكي با عمر مفيد بيشتر و عملكرد بهتر مي‌باشد.

232951

جوشكاري

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان