بررسی خواص مکانیکی و سرعت خوردگی در محلول شبیه سازی بدن فوم‌های سلول باز منیزمی ریختگی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی مواد گروه مهندسی مواد و پلیمر دانشگاه حکیم سبزواری

2 استادیار، گروه مهندسی مواد و پلیمر، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار ، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی مواد و پلیمر دانشگاه حکیم سبزواری

10.22034/frj.2020.239102.1123

چکیده

در این پژوهش فوم‌های منیزیمی سلول باز با مورفولوژی نامنظم و کروی در اندازه و میزان تخلخل‌های متفاوت با استفاده از مواد فضاساز نمکی (NaCl) به روش فلزخورانی تولید شدند. پس از تعیین میزان تخلخل‌های بسته، اثر مورفولوژی و میزان تخلخل بر خواص مکانیکی فوم‌های تولیدی مورد بررسی قرار گرفت. بررسی ساختار فوم‌ها نشان دادکه بیش از ۹۳ درصد سلول‌های فوم‌های تولیدی دارای تخلخل باز هستند و فوم‌های با سلول نامنظم میزان بالاتری از سلول بسته را دارا هستند. همچنین درصد تخلخل فوم‌ها از ۵۴ تا ۶۲ درصد متفاوت بود. نتایج آزمایش فشار نشان داد که با افزایش درصد تخلخل خواص مکانیکی نظیر مدول یانگ فوم ( ) و تنش منطقه هموار ( ) کاهش می‌یابد. همچنین فوم‌های با سلول نامنظم نسبت به فوم‌های با سلول کروی به علت داشتن منطقه همواره پهن‌تر در منحنی تنش-کرنش، میزان جذب انرژی بالاتری دارند. سرعت خوردگی فوم‌ها نیز با انجام آزمایش غوطه‌وری در محلول شبیه‌سازی بدن (Simulated Body Fluid; SBF) برای دو نمونه فوم با مورفولوژی سلول کروی و کمترین مقدار سلول بسته اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که اندازه تخلخل فوم‌ها بر سرعت خوردگی اثرگذار است، به‌طوری که فوم‌های با اندازه سلول کوچک‌تر نسبت به فوم‌های با اندازه سلول بزرگ‌تر سرعت خوردگی بیشتری داشتند.  

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Ashby M.F., Evans T., et al., Metal Foams: A Design Guide, 2000, Butterworth-Heinemann, Boston.
[2] Gibson L.J., Ashby M.F., Cellular Solids: Structure and Properties, Cambridge University Press, Cambridge, 1999.
[3] Banhart J., Manufacture, characterization and application of cellular metals and metal foams, Progress in Materials Science, 2001, 46, 559–632.
[4] Osorio-Hernández J.O., Suarez M.A., et al., Manufacturing of open-cell Mg foams by replication process and mechanical properties, Materials & Design, 2014, 64, 136–141.
[5] Yang D.H., Shang-Run Y., et al., Compressive properties of cellular Mg foams fabricated by melt-foaming method, Materials Science and Engineering: A, 2010, 527(21–22), 5405-5409.
[6] Agarwal S., Curtin J., Duffy B., Jaiswal S., Biodegradable magnesium alloys for orthopaedic applications: A review on corrosion, biocompatibility and surface modifications, Materials Science and Engineering: C, 2016, 68, 948–963.
[7] Rezwan K., Chen Q.Z., Blaker J.J., Boccaccini A.R., Biodegradable and bioactive porous polymer/inorganic composite scaffolds for bone tissue engineering, Biomaterials, 2006, 27(18), 3413–3431.
[8] Bornapour M., Investigation of New Biodegradable Magnesium Alloy with Improved Biocorrosion, Biocompatibility and Mechanical Properties for Use in Temporary Cardiovascular Stents, 2014, McGill University, Montreal.
[9] Yazdimamaghani M., Razavi M., et al., Porous magnesium-based scaffolds for tissue engineering, Materials Science and Engineering: C, 2017, 71, 1253–1266.
[10] Cheng M., Wahafu T., et al. A novel open-porous magnesium scaffold with controllable microstructures and properties for bone regeneration, Scientific reports, 2016, 6, 24134.
[11] Wen C., Metallic Foam Bone: Processing, Modification and Characterization and Properties, Woodhead Publishing, Cambridge, 2016.
[12] ASTM G31-72 Standard. Standard Practice for Laboratory Immersion Corrosion Testing of Metals, American Society of Testing and Materials, 2004.
[13] Liu Y.J., Yang Z.Y., Tan L.L., Li H., Zhang Y.Z., An animal experimental study of porous magnesium scaffold degradation and osteogenesis, Brazilian Journal of Medical and Biological Research, 2014, 47, 715–720.
[14] Mescher A.L., Junqueira’s Basic Histology: Text and Atlas, 2018, McGraw-Hill Education, New York.
[15] Jia G., Hou Y., et al., Precise fabrication of open porous Mg scaffolds using NaCl templates: Relationship between space holder particles, pore characteristics and mechanical behavior, Materials & Design, 2018, 140, 106–113.
[16] He G., Liu P., Tan Q., Porous titanium materials with entangled wire structure for load-bearing biomedical applications, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2012, 5, 16–31.
[17] Yi S., Schestakow I., Zaefferer S., Twinning-related microstructural evolution during hot rolling and subsequent annealing of pure magnesium, Materials Science and Engineering: A, 2009, 516(1–2), 58–64.
[18] Beyerlein I.J., McCabe R.J., Tomé C.N., Effect of microstructure on the nucleation of deformation twins in polycrystalline high-purity magnesium: a multi-scale modeling study, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2011, 59(5), 988–1003.
[19] Qiao Y., Wang X., Liu Z., Wang E., Effects of grain size, texture and twinning on mechanical properties and work-hardening behaviors of pure Mg, Materials Science and Engineering: A, 2013, 578, 240–246.
[20] Jiang L., Jonas J.J., et al., Twinning and texture development in two Mg alloys subjected to loading along three different strain paths, Acta Materialia, 2007, 55(11), 3899-3910.
[21] Avedesian M.M., Baker H., ASM specialty handbook: magnesium and magnesium alloys, ASM international, 1999.
[22] Razavi M., Fathi M., et al., In vivo study of nanostructured diopside (CaMgSi2O6) coating on magnesium alloy as biodegradable orthopedic implants, Applied Surface Science, 2014, 313, 60–66.
[23] Esmaily M., Svensson J.E., et al., Fundamentals and advances in magnesium alloy corrosion, Progress in Materials Science, 2017, 89, 92–193.
[24] Abidin N.I.Z., Atrens A.D., Martin D., Atrens A., Corrosion of high purity Mg, Mg2Zn0. 2Mn, ZE41 and AZ91 in Hank’s solution at 37 C, Corrosion Science, 2011, 53(11), 3542-3556.
[25] Song G., Atrens A., John D.H., An hydrogen evolution method for the estimation of the corrosion rate of magnesium alloys, Essential Readings in Magnesium Technology, Springer International Publishing, Cham, 2016, 565-572.