تأثير عمليات سطحي و عنصر مس بر ريزساختار و خواص بيوخوردگي قطعات فولادي زنگنزن 316L ساخته شده به روش ذوب بستر پودر با ليزر

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

دكتري

فناوري ساخت افزايشي فلزات بر مبناي ساخت لايه‌‌به‌لايه قطعات به عنوان يكي از روش‌هاي نوظهور ساخت و توليد با هدف توسعه آلياژهاي جديد، توليد قطعات پيچيده، كاهش مراحل توليد و ساخت قطعات با كيفيت بالا توسعه يافته است. هدف از تحقيق حاضر بررسي اثر عمليات سطحي پوليش با ليزر و ساچمه زني وآلياژسازي درجا با عنصر مس بر ريزساختار، مقاومت به خوردگي و زيست سازگاري آلياژ فولاد زنگ نزن آستنيتي 316 توليد شده با روش ذوب بستر پودر با ليزر است. بدين منظور، عمليات سطحي پوليش با ليزر و ساچمه زني بر روي نمونه‌ها انجام پذيرفت. بر اساس نتايج بدست آمده، نمونه پوليش شده با ليزر، سطحي صاف با تنش پسماند كششي بالا نسبت به نمونه توليد شده نشان داد كه منجر به كاهش پتانسيل حفره‌اي و تشكيل لايه رويين با عيوب نقطه‌اي بيشتر شد. تجزيه و تحليل ريزساختار بر روي سطح نمونه‌هاي ساچمه زني شده نشان داد كه چگالي بالاي عيوب شبكه‌اي و ريز كرنش موضعي باعث افزايش ريزسختي و ايجاد تنش پسماند فشاري در سطح شده است. با توجه به تجزيه و تحليل طيف سنجي فوتوالكترون اشعه ايكس مشخص شد كه فيلم لايه رويين موجود در سطح نمونه ساچمه زني‌شده حاوي اكسيد كروم بيشتري نسبت به نمونه ساخته شده است. نتايج حاصل از بررسي رفتار خوردگي بيانگر محدوده رويين گسترده‌تر در اندازه‌گيري‌هاي پلاريزاسيون چرخه‌اي پتانسيوديناميك، مقاومت پلاريزاسيون بالاتر در اندازه‌گيري‌هاي طيف‌سنجي امپدانس الكتروشيميايي و فيلم رويين با عيوب نقطه‌اي كمتر در آناليز موت-شاتكي براي نمونه‌ ساچمه زني شده نسبت به نمونه توليد شده بود. نتايج شبيه سازي نيز نشان داد كه افزايش مسيرهاي نفوذ عنصري به سطح از جمله مرزدانه منجر به تشكيل سريع‌تر و يكنواخت‌تر لايه اكسيدي بر روي فولاد زنگ‌نزن شد. بررسي زيست سازگاري در شرايط آزمايشگاهي و تكثير سلولي براي نمونه ساچمه زني شده نتايج مثبتي را نسبت به نمونه ساخته شده ايجاد كرد كه مي تواند در اثر افزايش عيوب كريستالي سطح و انرژي سطحي باشد. در فاز دوم، اثر گذاري عنصر مس بر ريزساختار و خواص زيستي مورد بررسي قرار گرفت. مقايسه بين ريزساختار نمونه‌هاي بدون مس و حاوي مس، نشان داد كه به ترتيب تشكيل سلول‌هاي 77/0 ميكرومتر و68/0 ميكرومتر ناشي از سرعت سرد شدن K/s 106 ×1/1 و K/s 106 ×8/1 است. بنابراين، مي‌توان نتيجه گرفت كه افزودن مس باعث افزايش سرعت سرد شدن نمونه‌هاي فولاد زنگ نزن L316 شده است. علاوه بر اين، نقشه‌هاي توزيع عناصر آلياژي تأييد كردند كه جدايش عنصر مس در مرزهاي سلولي و همچنين روي اكسيدهاي فلزي انجام شده است.با توجه به تجزيه و تحليل طيف سنجي فوتوالكترون اشعه ايكس ، فيلم لايه رويين موجود در سطح فولاد زنگ نزن حاوي مس از Fe/Cr/Cu)xOy ) تشكيل شده است. آزمايش‌هاي الكتروشيميايي نشان داد كه يك لايه سطح اكسيد رويين ضخيم‌تر و با عيوب بيشتر روي فولاد زنگ نزن حاوي مس ايجاد شده است كه به طور قابل‌توجهي مقاومت خوردگي حفره‌اي را تحت شرايط آزمايشي مورد بررسي تضعيف كرد. بررسي رفتار ضد باكتري و تكثير سلولي براي فولاد زنگ نزن حاوي مس نتايج مثبتي را به همراه داشت كه نشان‌دهنده اين بود كه رهايش يون مس نقش مهمي در از بين بردن باكتري‌ها و افزايش اتصال سلولي، زنده‌ماني، گسترش و تكثير شده است، بدون اينكه اثرات سميت سلولي قابل‌توجهي در مقايسه با فولاد بدون مس مشاهده شود.

233071

مهندسي مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان