تاثير عمليات تركيبي تغييرشكل پلاستيك شديد ECAP و SMAT بر ريزساختار و خواص زيست سازگاري تيتانيم خالص تجاري

دكتري

با توجه به روند رشد جمعيت كهنسال دنيا، لزوم استفاده از مواد و قطعات بهينه در كاربردهاي پزشكي بسيار ضروري است. تيتانيم و آلياژهاي آن از پرمصرف¬ترين فلزات در كاربردهاي زيستي هستند. يكي از نقاط ضعف اين آلياژها استحكام پايين آنها در مقايسه با برخي ديگر از فلزات و سوپرآلياژهاست. با استفاده از روش¬هاي تغييرشكل پلاستيك شديد مي¬توان استحكام و سختي تيتانيم و آلياژهاي آن را افزايش داده و استفاده از آنها را براي كاربردهاي زيستي نظير ايمپلنت¬هاي دنداني و غيره فراهم كرد. لازم بذكر است كه تنها افزايش استحكام يك ماده براي استفاده از آن در كاربردهاي زيستي كافي نيست و خواص ديگر نظير زيست¬سازگاري، شرايط سطحي و مقاومت مناسب در برابر خوردگي از جمله خواص بسيار مهمي هستند كه بايد در اين كاربردها مدنظر قرار گيرد. لذا باتوجه به اين خواص مناسب تيتانيم خالص در كاربردهاي پزشكي و با توجه به اينكه استحكام اين فلز چندان مطلوب نيست، بنظر مي¬رسد كه بتوان با استفاده از روش¬هاي مناسب استحكام آن را بهبود داد، بگونه¬اي كه اين فلز براي كاربردهاي پزشكي قابل استفاده شود. در اين تحقيق از تركيب دو روش تغييرشكل پلاستيك شديد جهت حصول به اين هدف استفاده شده است. بمنظور افزايش استحكام بالك ماده ابتدا تيتانيم خالص تحت فرآيند پرس در كانال-هاي هم¬مقطع زاويه¬دار قرار گرفت و سپس بمنظور افزايش خواص سطحي و مكانيكي، عمليات ساچمه¬زني توسط گلوله¬هاي زيركونيايي بقطر mm 5 كه عاري از مواد سمي بودند، انجام گرفت. براي بررسي برخي از خواص مكانيكي از ريزسختي سنجي و نانودندانه¬گذاري استفاده شد. خواص سطحي توسط آزمايش¬هايي از قبيل زبري سنجي، تهيه پروفيل سطح و ترشوندگي مورد ارزيابي قرار گرفت. ريزساختار ماده نيز توسط ميكروسكوپ¬هاي نوري و الكتروني مورد بررسي قرار گرفت. زيست¬سازگاري نمونه¬ها توسط كشت سلول¬هاي استخواني و تمايز سلول¬ها از طريق آزمايش آلكالين فسفاتي مورد ارزيابي قرار گرفت. چسبندگي سلول¬ها نيز با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني بررسي شد. نتايج بدست آمده از آزمايش¬هاي مختلف نشان دادند كه تركيب دو روش پرس در كانال¬هاي هم¬مقطع زاويه¬دار و عمليات سطحي مكانيكي ساچمه¬زني نه¬تنها باعث افزايش سختي تيتانيم تا 45% مي¬شود بلكه همچنين خواص سطحي و نيز خواص زيست¬سازگاري را بهبود مي¬دهد. در اثر اعمال ايكپ، متوسط اندازه دانه¬ها در نمونه آنيل از 25 ميكرومتر به 740 نانومتر در نمونه شش پاس مي¬رسد. بعلاوه در اثر اعمال فرآيند سطحي مكانيكي ساچمه¬زني بر روي نمونه¬هاي ايكپ شده، يك لايه نانوساختار بر روي سطوح ايجاد مي¬شود و ميانگين اندازه دانه¬ها در سطح نمونه¬ها تا حدود 300 نانومتري كاهش مي¬يابد. لذا بنظر مي¬رسد كه تركيب اين دو روش مي¬تواند روند مناسبي جهت بهينه نمودن كاركرد تيتانيم خالص در كاربردهاي زيستي باشد.

193683

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر فرامرز جوانرودي

مهندسي مواد و متالورژي

دكتر محمد تقي صالحي