تاثیر دمای فرآیند فشردن در کانال‌های هم مقطع زاویه‌دار بر خواص مکانیکی و زیست سازگاری کاشتنی دندانی تیتانیومی

محورهای موضوعی : بیومواد

محمد خدائی ¹ ( هیات علمی دانشگاه آزاد اسلامی- واحد شهر مجلسی )
پیام اسلامیان ² ( زیست مواد )
محمود مرآتیان ³ ( هیئت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان )
، سید محمد مهدی هادوی ⁴ ( یست مواد )

تاریخ دریافت : 1396/12/01 تاریخ پذیرش : 1398/05/15 تاریخ انتشار : 1398/08/01

کلید واژه: تغییر شکل پلاستیک شدید, زیست سازگاری, تیتانیوم, کاشتنی دندانی,

چکیده مقاله :

بیومواد فلزی مانند فولاد زنگ‌نزن، تانتالیوم، تیتانیوم، کبالت و آلیاژهای آنها به طور گسترده در کاشتنی‌های پزشکی جهت کمک به ترمیم دندان و استخوان استفاده می‌شوند. تحقیقات نشان می دهد فلزاتی نظیر کبالت، کروم، نیکل، آلومینیوم و وانادیوم در بدن یون آزاد می کنند که این آزادشدن یون، بدن را مستعد آلرژی و پس‌زدن کاشتنی می کند. زیست‌سازگاری تیتانیوم و عدم آزادسازی یون سمی، آن را به گزینه ای مناسی برای کاشت در بدن تبدیل می‌کند، در حالی که بهتر است که استحکام و زیست فعالی آن افزایش یابد. تیتانیوم خالص نانوساختار، راه و ایده‌ی جدید برای افزایش استحکام محسوب می‌شود. در این تحقیق پارامترهای موثر در تغییرشکل شدید تیتانیوم مانند تعداد پاس های فشردن در کانال‌های هم مقطع زاویه-دار (ECAP) و دمای شکل دهی، مورد بررسی قرار گرفت. پس از انجام فرآیند پرس بر روی تیتانیوم خالص، خواص مکانیکی، ریزساختاری و زیستی نمونه‌ها به کمک آزمون های استاندارد بررسی شد. نتایج نشان می‌دهد با اعمال فرآیند پرس و کاهش اندازه دانه از 14 میکرون به 440 نانومتر، خواص مکانیکی و زیستی تیتانیوم بهبود یافت. نتایج زیست سازگاری نشان داد که دمای فرایند 240 درجه سانتیگراد، زیست‌سازگاری بسیار خوبی با سلول‌های بنیادی ASCs ایجاد می‌کند، و افزایش تعداد پاس‌های فرایند پرس به بهبود زیست‌سازگاری کمک می‌کند. تیتانیوم فرآوری شده در دمای 240 درجه‌ سانتیگراد طی 4 مرحله پرس به عنوان بهترین گزینه در بین تمامی گروه‌های دیگر برای ساخت انواع محصولات زیست پزشکی مانند کاشتنی‌های استخوانی و دندانی پیشنهاد می‌گردد.

چکیده انگلیسی:

Biometals such as stainless steels, tantalum, titanium, cobalt and their alloys are widely used for medical implants for bone and dental healing. Researches indicates that metals such as cobalt, chromium, nickel, aluminum and vanadium, release ion in vivo, which make the human body sensitive to the allergy and so implant lessening. The biocompatibility and non-toxic ion release of titanium is suitable for human body implantation, but it is needed to improve its strength. Nano-structured pure titanium is a newly developed method to increase the strength of implants, and increase their efficiency. In this research some parameters of Equal Chanel Angular Pressing (ECAP) like number of passes and temperature were investigated. After ECAP processing on pure titanium, the mechanical, metallurgical and biological properties of the products were investigated using standard tests. Results indicated that using ECAP process and reducing the titanium grain size from 14 micron to 440 nanometer, its mechanical and biological properties improved. Results of biocompatibility measurement indicated that the processing temperature of 240 ◦C make a very good biocompatibility with Adipose-derived stem cells (ASCs). Also the biocompatibility of titanium increased by increasing the number of the ECAP passes. The processed titanium at 240 ◦C for 4 passes, could be introduced as the choice during the other candidates.

منابع و مأخذ:

 [1]     E. Collings, “The physical metallurgy of titanium alloysˮ, American Society for Metals, pp. 261, 1984.

 

[2]       ش. اکبری نیا، س. ع. حسینی، س. خ. صدر نژاد، "ساخت ایمپلنت حافظه دار متخلخل دندان از جنس آلیاژ NiTi به روش متالورژی پودر"، فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال هشتم، شماره دوم، صفحه 29-40، 1393.

 

[3]     M. Rafienia & Sh, Bonakdar, “Biomaterials: Principles and Applicationsˮ, Tehran: Amir Kabir university of Technology pblication, pp. 1-30, 2007.

 

[4]     M. H. Fathi & V. S. Mortazavi, “Properties and Medical Applications of Metallic Biomaterialsˮ, Isfahan: Arkan Danesh publication, pp. 1-25, 2003.

 

[5]     M. Khodaei, M. Meratian, O. Savabi & M. H. Fathi, “The Effect of Sintering Temperature on properties of Prous Titanium Scaffolds Fabricated Using Space HolderMethod for Hard Tissue Reconstructionˮ, Journal of Advanced Processes in Materials, Vol. 3, pp. 1-9, 2015.

 

[6]     M. Khodaei, A. Valanezhad, I. Watanabe & R. Yousefi, “Surface and mechanical properties of modified porous titanium scaffoldˮ, Surface and Coatings Technology, Vol. 315, pp. 61-66, 2017.

 

[7]     V. V. Stolyarov, et al., “Influence of ECAP routes on the microstructure and properties of pure Tiˮ, Materials Science and Engineering: A, Vol. 299, No. 1, pp. 59-6 2001.

 

[8]     X. Zhao, et al., “The processing of pure titanium through multiple passes of ECAP at room temperatureˮ, Materials Science and Engineering: A, Vol. 527, No. 23, pp. 6335-6339, 2010.

 

[9]     C. Yao, et al., “Improved bone cell adhesion on ultrafine grained titanium and Ti-6Al-4V, Ceramic Nanomaterials and Nanotechnology III: Proceedings of the 106th annual Meeting of The American Ceramic Societyˮ, Indianapolis, Indiana, USA 20, Ceramic Transactions, John Wiley & Sons, 2012.

 

[10] R. Z. Valiev, et al., “Nanostructured titanium for biomedical applicationsˮ, Advanced engineering materials, Vol. 10B, No. 8, pp. 15-17, 2008.