ساخت قطعات ایمپلنتی بیوکامپوزیت Ti-6AL-4V / HA-Zeolite نانو ساختار به روش آلیاژسازی مکانیکی و متالورژی پودر و بررسی خواص مکانیکی

Subject Areas : Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering

حسن قیصری ¹ , ابراهیم کرمیان ²

1 - دانشگاه آزاد اسلامی، واحد لنجان،گروه مهندسی مکانیک ومواد، اصفهان، ایران
2 - استادیار، مرکزتحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه آزاداسلامی، واحد نجف آباد، اصفهان، ایران

Received: 2016-01-18 Accepted : 2016-01-18 Published : 2014-12-22

Keywords: آلیاژسازی مکانیکی, هیدروکسی آپاتیت, متالورژی پودر, تیتانیم, زیولیت, نانو ساختار, بیوکامپوزیت,

Abstract :

قطعات ایمپلنتی  تیتانیمی  به علت سبکی و مقاومت به خوردگی در محیط­های بیولوژیکی و همچنین دانسیته تقریبا نزدیک به استخوان بدن کاربردهای پزشکی خاصی دارند. هیدروکسی آپاتیت به دلیل داشتن ترکیبات مشابه با استخوان و ایجاد امکان رشد بافت به درون تخلخل­ها، و زئولیت به علت حضور یون Si که می تواند به عنوان جوانه زنی در آپاتیت سازی (استخوان­سازی) عمل نماید، به عنوان یک بیوسرامیک زیست فعال مورد توجه است. هدف ازاین پژوهش بررسی شرایط آلیاژ سازی مکانیکی  آلیاژ تیتانیم Ti-6Al-4V وتاثیر درصد ترکیب سرامیکی (هیدروکسی آپاتیت-زیولیت با نسبت وزنی 80 به 20 ) در بیوکامپوزیت Ti-6AL-4V/HA-Zeolite برروی خواص مکانیکی (استحکام مکانیکی و سختی) می­باشد. ابتدا آپاتیت طبیعی گرفته شده از استخوان ران گوساله را با پودرزئولیت نانو ساختار مخلوط نموده و به آلیاژ تیتانیم که به روش مکانیکی آلیاژ شده با نسبت های وزنی مختلف کامپوزیت و جهت متراکم سازی تحت عملیات حرارتی زینترینگ (˚C 1300 به مدت 1 ساعت تحت گاز خنثی آرگون) قرار داده شد. جهت بررسی خواص مکانیکی، آزمون اندازه گیری  استحکام فشاری سرد و میکرو سختی ویکرز بر روی نمونه های متراکم شده انجام گرفت. از طرفی جهت بررسی ساختار فازی (XRD)و بررسی ریزساختار از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)  انجام گرفت. بررسی نتایح نشان می­دهد که بهترین خواص مکانیکی در نمونه کامپوزیتی تیتانیمی محتوی20% وزنی ترکیب سرامیکی(HA-Zeolite) مشاهده گردید. بنابراین این کامپوزیت تیتانیمی می­تواند به عنوان یک کاندیدای مناسب جهت مقاصد مهندسی پزشکی معرفی می گردد

References:

[1] Semenova I.P., Raab G.I., Saitova L.R., Valiev R.Z., The effect of equal-channel angular pressing on the structure and mechanical behavior of Ti–6Al–4V alloy  , Material Science Engineering, vol.387 -389,2004, pp. 805–808.

[2] Zherebtsov S., Kudryavtsev E., Kostjuchenko S., Malysheva S., Salishchev G., Strength and ductility-related properties of ultrafine grained two-phase titanium alloy produced by warm multiaxial forging, Material Science Engineering, Vol.536, 2012, pp. 190–196.

[3] Sergueeva A.V., Stolyarov V.V., Valiev R.Z., Mukherjee A.K., Advanced mechanical properties of pure titanium with ultrafine grained structure, Scripta Materialia, vol. 45, 2001, pp.747-752.

[4] Yoshimura H., Nakahigashi J., Superplasticity and its Application of Ultra-Fine Grained Ti-6Al-4V Alloy Obtained through Protium Treatment , Materials Transactions, vol. 43 , 2002 , pp. 2768-2772.

[5] He G., Eckert J., Löser W., Shultz L., Novel Ti-base nanostructure-dendrite composite with enhanced plasticity, Nature Materials, vol. 2, 2003, pp. 33–37.

[6]Valiev, in: Zhu Y.T., Varyukhin V. (Eds.), Nanostructured Materials by High-Pressure Severe Plastic Deformation, Nato Science Series II, Springer, Netherlands, 2006, pp. 259–263.

[7] T.M.T. Godfrey, A. Wisbey, P.S. Goodwin, K. Bagnall, C.M. Ward-Close, Material Science Engineering ,vol. 282, 2000, pp. 240–250.

[8] Ertorer O., Zúñiga A., Topping T., Moss W., Lavernia E.J., Enhanced tensile strength and high ductility in cryomilled commercially pure titanium, Scripta Materialia, vol. 60, 2009, pp. 586-589.

[9] سادات شجاعی م. ،  هیدروکسی آپاتیت: نانوذرات معدنی استخوان، سازمان انتشارات جهاد دانشگاهی، 1389.

[10] سلیمانی‌شایسته ی. / قاسمی ا.، معرفی و کاربرد هیدروکسی آپاتیت (Interpore) در بیماریهای پریودنتال، جهاد دانشگاهی (دانشگاه تهران، دانشکده دندانپزشکی)، 1371.

[11] Bonfield W., Gibson I.R., Process for the preparation of magnesium and carbonate  substituted hydroxyapatite, Patent Application No. WO 99/32400, 1999.

 [12] Kharaziha M., Fathi M.H., Improvement of mechanical properties and bio-compatibility of forsterite bioceramic addressed to bone tissue engineering materials, Journal of Mechanical Behavior Biomed Material, vol.3, 2010, pp. 530-735.

[13] Monshi A., Foroughi M.J., Monshi M.R., Modified sherrer equipment and survey of another equipments, Patent Application, No. WO 99/32400, 1999.