پ۲۸۹۹۰
per
بررسی پارامترهای موثر بر فرآیند آندایزینگ آلیاژ تیتانیوم گرید5 در دو نوع محلول پایه آب و پایه مواد آلی قطبی
مهدی محمدیاری حیدرلو
مهندسی مکانیک
۱۴۰۲
۶۵ص.
سی دی
کارشناسی ارشد
مکانیک گرايش ساخت تولید
۱۴۰۲/۰۵/۰۳
تیتانیوم گرید 5 که به‌صورت Ti-6Al-4V هم شناخته می شود به‌خاطر خواص مکانیکی عالی از قبیل استحکام بالا، مقاومت به خوردگی خوب، قابلیت جوشکاری و ساخت و کار در دمای بالا، به‌صورت گسترده در صنعت مورداستفاده قرار می¬گیرد.یكی از کاربردهاي آلیاژ تیتانیوم گرید 5 در ساخت ایمپلنت‌های پزشكی و دندان‌پزشکی هست. ویژگی¬هایی که تیتانیوم را براي این کاربردها جذاب می¬کند وزن مخصوص کم، استحكام ویژه بالا، مقاومت به خوردگی بالا، زیست¬سازگاري و خواص غیرمغناطیسی هستند. در حال حاضر آلیاژهای تیتانیوم اولویت اصلی براي تجهیزات ارتوپدي مانند مفاصل ران، پیچ‌های استخوانی، مفاصل زانو، قفسه مایع نخاعی، مفاصل شانه و آرنج، قفسه دنده و جناغ، استخوان فک و ایمپلنت‌های دندان است. تیتانیوم به دلیل مقاومت کلی در برابر خوردگی بر خلاف آهن، فلز موردنظر براي متخصصان ارتوپدي است. این ماده در بدن انسان بی‌اثر است و در برابر حمله مایعات بدن مقاوم است. یكی از روش¬هایی که باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی و همچنین باعث افزایش قابلیت زیست‌سازگاری تیتانیوم می¬شود، آندایزینگ الكتروشیمیایی است. آندایزینگ علاوه بر ویژگی¬هاي فوق، باعث نانوساختار شدن سطح و در نتیجه افزایش نسبت سطح به حجم ماده می شود. نانوساختار شدن سطح و تشکیل نانوتیوب¬های TiO2 بر روی سطح تیتانیوم باعث می¬شود که میزان سطح این آلیاژ افزایش پیدا کند و خاصیت زیست‌سازگاری افزایش پیدا می¬کند. براي انجام این عملیات نیز باید پارامترهاي مختلفی موردتوجه قرار گیرند که مهم‌ترین آنها زمان آندایزینگ، محلول الكترولیت و ولتاژ اعمالی هستند.هدف از این تحقیق بررسی پارامترهای مختلف این فرایند بر ابعاد نانوتیوب¬های تشکیل شده روی سطح تیتانیوم گرید 5 در دو نوع محلول است. محلول اول شامل آب، متانول و هیدروفلوریک اسید است که در دستة محلول¬های پایه مواد آلی قطبی قرار می¬گیرد. محلول دوم شامل اسید فسفریک و هیدروفلوریک اسید و آب است. این محلول در دسته¬بندی محلول-های پایه آب شناخته می شود. در این تحقیق پارامترهای فرایند شامل جنس کاتد مسی و دمای الکترولیت 20 درجه سانتیگراد و فاصله کاتد از آند 50 میلیمتر ثابت هستند. زمان آندایزینگ 60، 30 و 15 دقیقه، ولتاژ اعمالی 20، 15، 10 و 5 ولت و نوع الکترولیت متغیر هستند. در این تحقیق 24 نمونه برای انجام آزمون در نظر گرفته‌شد. یک¬ نمونه به‌عنوان نمونه شاهد جهت مقایسه با نتایج استفاده شد. متالوگرافی نمونه¬ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل -میدانی بررسی و نتایج به دست آمده و مقایسه و تحلیل شد. در محلول (آب مقطر– متانول– هیدروفلوریک اسید) بعد از آندایزینگ نانوتیوبی تشکیل نشد. در محلول (آب مقطر– فسفریک اسید–هیدروفلوریک اسید) نانوتیوب هایی با قطر داخلی 30تا 60 نانومتر و قطر خارجی 50 تا 120 نانومتر تشکیل شد. نتایج نشان می‌دهد که در ولتاژ ثابت با افزایش زمان آندایزینگ، قطر خارجی افزایش و قطر داخلی کاهش می‌یابد. همچنین در زمان‌های یکسان با افزایش ولتاژ، قطر داخلی و خارجی نانوتیوب‌ها افزایش می‌یابد.
Titanium grade 5, also known as Ti-6Al-4V, is widely used in the industry due to its excellent mechanical properties such as high strength, good corrosion resistance, weldability and workability at high temperatures. One of the applications of titanium alloy grade 5 is in the production of medical and dental implants. The properties that make titanium attractive for these applications are low specific weight, high specific strength, high corrosion resistance, biocompatibility and non-magnetic properties. Currently, titanium alloys are the primary priority for orthopedic equipment such as hip joints, bone screws, knee joints, spinal fluid shelf, shoulder and elbow joints, gear shelf and jawbone and dental implants. Titanium is resistant to corrosion unlike iron and is the preferred metal for orthopedic specialists. This material is harmless to the human body and is resistant to body fluids. One of the methods that increases the resistance to corrosion and also increases the biocompatibility of titanium is electrochemical anodizing. In addition to the above properties, anodizing causes surface nanostructuring and thus increases the surface-to-volume ratio of the material. Surface nanostructuring and formation of TiO2 nanotubes on the surface of titanium cause an increase in the surface area of this alloy and increase its biocompatibility. To perform this operation, various parameters must be considered, the most important of which are anodizing time, electrolyte solution and applied voltage.The aim of this research is to investigate the effect of various parameters of this process on the dimensions of nanotubes formed on the surface of titanium grade 5 in two types of solutions. The first solution consists of water, methanol and hydrofluoric acid and is classified as a polar organic solvent. The second solution consists of phosphoric acid, hydrofluoric acid and water and is classified as an water-based solvent. In this research, the process parameters including copper cathode material and electrolyte temperature at 20 degrees Celsius and a distance of 50 millimeters between the cathode and anode are constant. The anodizing time is 60, 30 and 15 minutes, the applied voltage is 20, 15, 10 and 5 volts and the type of electrolyte is variable. In this research, 24 samples were considered for testing. One sample was used as a control sample for comparison with the results. The samples were metallographically examined using scanning electron microscopy and the results were obtained, compared and analyzed. In the solution (distilled water-methanol-hydrofluoric acid), no nanotubes were formed after anodizing. In the solution (distilled water-phosphoric acid-hydrofluoric acid), nanotubes with inner diameters of 30 to 60 nanometers and outer diameters of 50 to 120 nanometers were formed. The results show that with increasing anodizing time at a constant voltage, the outer diameter increases and the inner diameter decreases. Also, at the same times, with increasing voltage, the inner and outer diameters of nanotubes increased.
Investigation of Anodizing process parameters on Titanium alloy grade 5 in 2 types of Water-based and Polar organic material solutions.
محمدیاری حیدرلو،
مهدی
تهیه کننده
پویافر،
مصطفی پور اصل،
وحید
امیر
استاد راهنما
استاد مشاور
تبریز
