رسوب دهی پوشش نانو اکسید تیتانیم به روش سل-ژل بر آلیاژ منیزیم و بررسی رفتار الکتروشیمیایی آن
First Statement of Responsibility
نسیم امامی امجد
.PUBLICATION, DISTRIBUTION, ETC
Name of Publisher, Distributor, etc.
مهندسی مکانیک
Date of Publication, Distribution, etc.
۱۴۰۰
PHYSICAL DESCRIPTION
Specific Material Designation and Extent of Item
۹۵ص.
Accompanying Material
سی دی
DISSERTATION (THESIS) NOTE
Dissertation or thesis details and type of degree
کارشناسی ارشد
Discipline of degree
مهندسی مواد- سرامیک
Date of degree
۱۴۰۰/۰۴/۰۵
SUMMARY OR ABSTRACT
Text of Note
چکیدهیکی از مسائل مهم در ایمپلنت¬های استخوانی، زیست¬سازگاری و مقاومت به خوردگی مناسب آن در محیط بدن می¬باشد. در سال¬های اخیر ایمپلنت¬های فلزی به دلیل خواص مناسب مورد توجه قرار گرفته¬اند. منیزیم و آلیاژ¬های آن به دلیل خاصیت زیست سازگاری و ترغیب رشد استخوان توجه زیادی را در زمینه ارتوپدی به خود جلب کرده¬ است. منیزیم مقاومت به خوردگی پایینی در محیط¬های شور مانند محیط بیولوژیکی بدن یا پلاسما خون دارند، این ویژگی شیمیایی کاربرد آن را به عنوان ایمپلنت قابل جذب امکان پذیر می¬کند. برای افزایش مقاومت به خوردگی این آلیاژ¬ها و متناسب کردن سرعت خوردگی ایمپلنت با سرعت رشد استخوان، پوشش دادن این ایمپلنت¬ها امری ضروری است. پوشش¬های سرامیکی به دلیل زیست سازگاری و افزایش مقاومت به خوردگی زیرلایه یکی از بهترین انتخاب¬ها می¬باشند. تیتانیا به دلیل داشتن مقاومت بالا در برابر خوردگی و زیست سازگاری زیاد به عنوان پوشش در ایمپلنت¬ها مورد استفاده قرار می¬گیرد. روش¬های مختلفی برای اعمال پوشش وجود دارد که روش سل-ژل یکی از ساده¬ترین آن¬ها می¬باشد. در این تحقیق آلیاژ جدید Mg-5Gd-2.5Nd-0.5Zn-0.5Zrتهیه شد و خواص الکتروشیمیایی آن با دو آلیاژ منیزیم AZ31 و AZ91 در الکترولیت PBSبه روش آزمون پلاریزاسیون تافل و امپدانس مقایسه شد. پوشش اکسید تیتانیم به روش سل-ژل بر روی آلیاژ¬ها اعمال گردید. در این پژوهش اثر چهار متغیر درصد یون فلوئور، زمان اچ، زمان غوطه¬وری و تعداد دفعات غوطه¬وری بررسی شد. طبق نتایج آزمون پلاریزاسیون تافل و امپدانس مقادیر بهینه هریک از متغیر¬ها بدست آمده و نمونه¬ی نهایی با اعمال مقادیر بهینه پوشش داده شد. با بررسی تصاویر SEM سطح نمونه بهینه، پوششی یکنواخت مشاهده شد که ضخامت پوشش در حدود 6 میکرومتر بدست آمد. چگالی جریان خوردگی نمونه بهینه¬ 5¬¬- 10×58/2 آمپر بر سانتی¬متر مربع بدست آمد که این مقدار کمترین چگالی جریان را بین نمونه¬های بررسی شده دارا بود و سرعت خوردگی این نمونه از 6/11 به 56/6 میلی¬متر در سال رسید. نتایج آزمون امپدانس نیز این داده¬ها را تائید کرد و نمونه بهینه بالاترین مقدار5003 Rp= اهم بر سانتی¬متر مربع را نشان داد. در این پژوهش از تست آنتی باکتریال نیز استفاده شد. تصاویر بدست آمده نشان داد که نمونه با پوشش بهینه خاصیت ضد باکتریایی نسبی را داراست. داده¬های بدست آمده از آزمون TDS نشان داد که سرعت خوردگی نمونه بهینه بسیار پایین¬تر از نمونه بدون پوشش می¬باشد. با بررسی تصاویر مربوط به آزمون ترشوندگی می¬توان نتیجه گرفت که اعمال پوشش اکسید تیتانیم باعث تشدید خاصیت آبدوستی آلیاژ شده و زاویه ترشوندگی نمونه بهینه به 0 درجه نزدیک شد. بنابراین آلیاژ Mg-5Gd-2.5Nd-0.5Zn-0.5Zr دارای پوشش تیتانیا می-تواند جایگزین مناسبی برای ایمپلنت¬های مورد استفاده باشد.
Text of Note
Abstract:The biocompatibility and electrochemical corrosion resistance are one of the most important issues in bone implants. In last decades, metal implants have received much attention due to their properties. Magnesium and derived alloys have been widely used in orthopedics because of the biocompatibility and bone growth proprieties. The main structure of magnesium has low corrosion resistance; especially, in saline biological environments of body or in exposure of blood plasma, this chemical property makes the Magnesium exploit as an absorbable implants. To increase the corrosion resistance of Magnesium alloys and adjust the corrosion rate of the implant to the rate of bone growth, it is necessary to coat these implants. Ceramic coatings are the applicable material, due to their biocompatibility and high corrosion resistance. TiO2 possess properties such as an excellent mechanical feature, high strength, high corrosion resistance, and biocompatibility which makes it to widely used as implant coatings material. There are several coating techniques for implants, one of the practical technique is the Sol-Gel method. The Sol-Gel is one of the effective methods for making various ceramic materials. In this study, the electrochemical properties of three magnesium alloys including AZ31, AZ91 and Mg-5Gd-2.5Nd-0.5Zn-0.5Zr with and without coating with Phosphate-buffered saline (PBS) are investigated through Tafel Extrapolation and impedance test. Moreover, Titanium oxide coating was applied to the alloys by Sol-Gel method. Next, the effect of four variables of fluoride ion percentage, etching time, immersion time, and number of immersions are studied. According to the results of Tafel Extrapolation and impedance test, the optimal values of each variable obtained and the final sample covered by applying the optimal values. The results of Scanning Electron Microscopy (SEM) images indicated the optimal sample surface of a uniform coating with a thickness of 6 μm. Optimal sample corrosion current density repoeted 2.58×10-5 (A/m2), which is the lowest current density in samples. The results of the impedance test also confirmed these data and the optimal sample showed the highest value of Rp=5003 (Ω/cm2). Antibacterial test was also used in this study. The obtained images indicates that the sample with optimal coverage has relative antibacterial properties. The results of the total dissolved solids (TDS) test proved that the optimal corrosion rate of the sample was much lower than that of the uncoated sample. Based on the wettability test image examination, it can be concluded that the application of titanium oxide coating has intensified the hydrophilicity of the alloy and the wetting angle of the optimal sample has been reduced to 0 degrees. Therefore, Mg-5Gd-2.5Nd-0.5Zn-0.5Zr alloy with titanium coating can be a suitable choice for the implants used.
OTHER VARIANT TITLES
Variant Title
The deposition of nano titanium oxide coating by sol-gel method on magnesium alloy and investigation of its electrochemical properties