واژگان کلیدی: زیرکونیا، هیدروکسی آپاتیت، فولاد ضد زنگ 316ال، تیتانیوم، فرآیند پلاسمای الکترولیتی کاتدی
فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده
واژگان کلیدی: زیرکونیا، هیدروکسی آپاتیت، فولاد ضد زنگ 316ال، تیتانیوم، فرآیند پلاسمای الکترولیتی کاتدی
فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده
فصل اول:کلیات
1-مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………. 2
فصل دوم :تئوری
2-1- کاشتنیهای فلزی و آلیاژی…………………………………………………………………………………….. 7
2-2- بیوسرامیکها…………………………………………………………………………………………………….. 9
2-3- تاریخچه و گسترۀ بیوسرامیکها…………………………………………………………………………….. 10
2-4- معرفی زیرکونیا………………………………………………………………………………………………….. 14
2-4-1- خواص ریزساختاری زیرکونیا …………………………………………………………………………….. 19
2-4-2- ترکیب و خواص زیرکونیا ………………………………………………………………………………….. 16
2-4-3- سازگاری زیستی زیرکونیا ………………………………………………………………………………….. 17
2-4-4- کاربرد زیرکونیا در پزشکی ………………………………………………………………………………… 18
2-4-5- پوشش زیرکونیا برای کاشتنی بدن ………………………………………………………………….. 20
2-5- معرفی هیدروکسی آپاتیت …………………………………………………………………………………….. 23
2-5-2- خواص هیدروکسی آپاتیت ……………………………………………………………………………….. 24
2-5-3- کاربرد هیدروکسی آپاتیت در پزشکی……………………………………………………………….. 26
2-5-4- تهیه هیدروکسی آپاتیت ……………………………………………………………………………………. 27
2-6-1- پوششدهی به روش پاشش پلاسمایی……………………………………………………………… 28
2-6-2- پوششدهی به روش رسوب دهی الکتریکی تعلیقی ………………………………………. 28
2-6-3- پوششدهی به روش فشردن گرم(HIP)………………………………………………………….. 29
2-6-4- پوششدهی به روش پراکنش پرتویونی و پراکنش فرکانس رادیویی………………. 29
عنوان صفحه
2-6-5- پوششدهی به روش پاشش پرسرعت سوخت اکسیژن ………………………………….. 29
2-6-6-پوششدهی به روش سل-ژل……………………………………………………………………….. 30
2-7- عملیات پوششدهی پلاسمایی الکترولیتی ………………………………………………………….. 30
2-7-1- تاریخچه ……………………………………………………………………………………………………… 30
2-7-2- اصول فیزیکی و شیمیایی الکترولیزپلاسمایی…………………………………………………… 31
2-7-3- خصوصیات جریان- ولتاژ……………………………………………………………………………….. 33
2-7-4- مکانیزمهای فرآیند EPT………………………………………………………………………………….. 35
فصل سوم:روش تحقیق
3-1- تجهیزات و مواد مصرفی مورد نیاز ……………………………………………………………….39
3-2- آمادهسازی نمونهها…………………………………………………………………………………….. 39
3-3- تهیه هیدروکسی آپاتیت …………………………………………………………………………… 40
3-4- عملیات پوششدهی به روش پلاسمای الکترولیتی کاتدی (PET)…………………… 40
3-5-تست ها و آنالیزهای پس از پوشش دهی……………………………………………………………….. 43
3-5-1- بررسی مورفولوژی و ریز ساختارها …………………………………………………………………… 43
3-5-2- تست سایش ……………………………………………………………………………………………. 43
3-5-3-تست ریز سختی………………………………………………………………………………………… 44
3-5-4- تست زبری …………………………………………………………………………………………….. 45
3-5-5- بررسی رفتار خوردگی …………………………………………………………………………. 45
عنوان صفحه
فصل چهارم: :بحث و نتیجهگیری
4-1- بهینه سازی محلول الکترولیت …………………………………………………………… 49
4-2-عملیات پلاسمای الکترولیتی کاتدی (PET) به منظور ایجاد پوشش Zro2……… 51
4-2-عملیات پلاسمای الکترولیتی کاتدی (PET) به منظور ایجاد پوشش zro2-HA 52
4-4-بررسیهای ریزساختار و مورفولوژی سطح…………………………………………………. 54
4-4-1-بررسی مورفولوژی سطح فولاد ضد زنگ 316ال و تیتانیوم با پوشش زیرکونیا. 54
4-4-2- بررسی ریزساختار فولاد ضد زنگ 316ال و تیتانیوم با پوشش زیرکونیا………… 56
4-4-3-بررسی مورفولوژی سطح فولاد ضد زنگ 316ال و تیتانیوم با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت 59
4-4-4- بررسی ریز ساختار فولاد ضد زنگ 316ال و تیتانیوم با پوشش زیرکونیا-
هیدروکسی آپاتیت ………………………………………………………………………. 62
4-5-خواص مکانیکی …………………………………………………………………………… 65
4-5-1- سختی سطح …………………………………………………………………………… 65
4-5-2-زبری ………………………………………………………………………………….. 66
4-6-خواص سایشی و اصطحکاک……………………………………………… 67
4-6-1- خواص سایشی و اصطحکاک فولاد ضد زنگ 316ال با پوشش زیرکونیا در
هوا……………………………………………………………………………. 67
4-6-2- خواص سایشی و اصطکاک تیتانیوم با پوشش زیرکونیا در هوا…………….. 70
4-6-3- خواص سایشی و اصطکاک فولاد ضد زنگ 316ال با پوشش زیر کونیا و زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت در محلول رینگر …………………………………. 73
4-6-4- خواص سایشی و اصطکاک تیتانیوم با پوشش زیرکونیا و زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت در محلول رینگر 78
عنوان صفحه
4-6-5- مقایسه بین فولاد ضد زنگ 316 ال تیتانیوم با پوشش زیرکونیا و زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت 83
4-6-6- خواص سایشی و اصطکاک فولاد ضد زنگ 316 ال با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت در محلول بزاق مصنوعی 84
4-6-7- خواص سایشی و اصطکاک تیتانیوم بدون پوشش و تیتانیوم با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت در محلول بزاق مصنوعی……………….. 86
4-6-8- مقایسه بین فولاد ضدزنگ 316ال و تیتانیوم با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی
آپاتیت ………………………. 90
4-7-بررسی رفتار خوردگی…………………………… 90
4-7-1- بررسی خوردگی در نمونه های فولاد ضد زنگ 316 ال بدون پوشش، با پوشش زیرکونیا و با پوشش زیرکونیا-هیدروکسی آپاتیت در محلول رینگر ……………. 90
4-7-2- بررسی خوردگی در نمونه های تیتانیوم بدون پوشش، با پوشش زیرکونیا و با پوشش زیرکونیا-هیدروکسی آپاتیت در محلول رینگر ……………. 91
4-7-3- مقایسه خوردگی نمونههای تیتانیوم بدون پوشش و با پوشش زیرکونیا با نمونه فولاد ضد زنگ 316ال با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت در محلول رینگر…………. 92
4-7-4- بررسی خوردگی در نمونه های تیتانیوم بدون پوشش و تیتانیوم و فولاد ضد زنگ 316ال با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت در محلول بزاق مصنوعی………….. 93
فصل پنجم:نتیجهگیری
5-1-نتیجهگیری……………… 95
5-2-پیشنهادات………….. 96
مقدمه
واژه و اصطلاح بسیار نزدیک و مرتبطی که برای درک اهداف علم مواد زیستی- پزشکی مهم است و به فهم تعریف بیومواد کمک میکند سازگاری زیستی است[1] است. بر طبق تعریف ویلیامز، سازگاری زیستی یا زیست سازگاری عبارت است از: توانایی یک ماده برای ایفای نقش در یک کاربرد ویژه و اجرای یک وظیفه خاص به گونهای که توام با دریافت پاسخ صحیح و مناسب از طرف بافت میزبان باشد[70]. همچنین مادهای را میتوان زیست سازگار نامید که در محیط زیستی (بیولوژیکی) کیفیت غیر مخرب داشته و تنها واکنش بدن در مقابل آن تشکیل بافت باشد این مواد شامل مثالهایی چون فولادهای ضد زنگ هستند[70].
فولاد ضد زنگ آستنیتی و به ویژه نوع 316 ال[2] متداولترین فولاد برای کاربرد کاشتها محسوب میشود این فولاد قابلیت سخت شدن با کارسرد را دارد. فولاد 316ال خاصیت مغناطیسی نداشته و جذب آهنربا نمیشود و در مقایسه با فولادهای دیگر، مقاومت خوردگی بهتری دارد. حضور مولیبدن در آلیاژ، مقاومت در برابر خوردگی حفرهای[3] در آب نمک را افزایش میدهد. وجود نیکل در آلیاژ، پایداری فاز آستنیت را در دمای اتاق فراهم میسازد و علاوه بر آن مقاومت خوردگی را افزایش میدهد. پایداری فاز آستنیت میتواند بر اثر تغییر مقدار نیکل و کرم موجود در آلیاژ تحت تأثیر قرار گیرد[71].
جدول 1-1- ترکیب شیمیایی فولاد ضد زنگ 316ال
کربن
منگنز
فسفر
گوگرد
سیلسیم
کروم
نیکل
مولیبدن
حداکثر
03/.
حداکثر
2
حداکثر
03/.
حداکثر
03/.
حداکثر
75/.
20-17
14-12
4-2
دستهای دیگر از بیومواد، مواد زیست خنثی هستند که هیچ گونه عنصری را آزاد نمیسازند ولی هیچ بر همکنش مثبتی را نیز با بافت زنده نشان نمیدهند. پاسخ بدن میزبان در مقابل آنها ایجاد اتصال با بافت است. از انواع معمول بیومواد زیست خنثی میتوان به تیتانیوم و آلیاژهای آن اشاره کرد. در مورد تیتانیوم و آلیاژهای آن اظهار نظرهای
فصل اول:کلیات
1-مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………. 2
فصل دوم :تئوری
2-1- کاشتنیهای فلزی و آلیاژی…………………………………………………………………………………….. 7
2-2- بیوسرامیکها…………………………………………………………………………………………………….. 9
2-3- تاریخچه و گسترۀ بیوسرامیکها…………………………………………………………………………….. 10
2-4- معرفی زیرکونیا………………………………………………………………………………………………….. 14
2-4-1- خواص ریزساختاری زیرکونیا …………………………………………………………………………….. 19
2-4-2- ترکیب و خواص زیرکونیا ………………………………………………………………………………….. 16
2-4-3- سازگاری زیستی زیرکونیا ………………………………………………………………………………….. 17
2-4-4- کاربرد زیرکونیا در پزشکی ………………………………………………………………………………… 18
2-4-5- پوشش زیرکونیا برای کاشتنی بدن ………………………………………………………………….. 20
2-5- معرفی هیدروکسی آپاتیت …………………………………………………………………………………….. 23
2-5-2- خواص هیدروکسی آپاتیت ……………………………………………………………………………….. 24
2-5-3- کاربرد هیدروکسی آپاتیت در پزشکی……………………………………………………………….. 26
2-5-4- تهیه هیدروکسی آپاتیت ……………………………………………………………………………………. 27
2-6-1- پوششدهی به روش پاشش پلاسمایی……………………………………………………………… 28
2-6-2- پوششدهی به روش رسوب دهی الکتریکی تعلیقی ………………………………………. 28
2-6-3- پوششدهی به روش فشردن گرم(HIP)………………………………………………………….. 29
2-6-4- پوششدهی به روش پراکنش پرتویونی و پراکنش فرکانس رادیویی………………. 29
عنوان صفحه
2-6-5- پوششدهی به روش پاشش پرسرعت سوخت اکسیژن ………………………………….. 29
2-6-6-پوششدهی به روش سل-ژل……………………………………………………………………….. 30
2-7- عملیات پوششدهی پلاسمایی الکترولیتی ………………………………………………………….. 30
2-7-1- تاریخچه ……………………………………………………………………………………………………… 30
2-7-2- اصول فیزیکی و شیمیایی الکترولیزپلاسمایی…………………………………………………… 31
2-7-3- خصوصیات جریان- ولتاژ……………………………………………………………………………….. 33
2-7-4- مکانیزمهای فرآیند EPT………………………………………………………………………………….. 35
فصل سوم:روش تحقیق
3-1- تجهیزات و مواد مصرفی مورد نیاز ……………………………………………………………….39
3-2- آمادهسازی نمونهها…………………………………………………………………………………….. 39
3-3- تهیه هیدروکسی آپاتیت …………………………………………………………………………… 40
3-4- عملیات پوششدهی به روش پلاسمای الکترولیتی کاتدی (PET)…………………… 40
3-5-تست ها و آنالیزهای پس از پوشش دهی……………………………………………………………….. 43
3-5-1- بررسی مورفولوژی و ریز ساختارها …………………………………………………………………… 43
3-5-2- تست سایش ……………………………………………………………………………………………. 43
3-5-3-تست ریز سختی………………………………………………………………………………………… 44
3-5-4- تست زبری …………………………………………………………………………………………….. 45
3-5-5- بررسی رفتار خوردگی …………………………………………………………………………. 45
عنوان صفحه
فصل چهارم: :بحث و نتیجهگیری
4-1- بهینه سازی محلول الکترولیت …………………………………………………………… 49
4-2-عملیات پلاسمای الکترولیتی کاتدی (PET) به منظور ایجاد پوشش Zro2……… 51
4-2-عملیات پلاسمای الکترولیتی کاتدی (PET) به منظور ایجاد پوشش zro2-HA 52
4-4-بررسیهای ریزساختار و مورفولوژی سطح…………………………………………………. 54
4-4-1-بررسی مورفولوژی سطح فولاد ضد زنگ 316ال و تیتانیوم با پوشش زیرکونیا. 54
4-4-2- بررسی ریزساختار فولاد ضد زنگ 316ال و تیتانیوم با پوشش زیرکونیا………… 56
4-4-3-بررسی مورفولوژی سطح فولاد ضد زنگ 316ال و تیتانیوم با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت 59
4-4-4- بررسی ریز ساختار فولاد ضد زنگ 316ال و تیتانیوم با پوشش زیرکونیا-
هیدروکسی آپاتیت ………………………………………………………………………. 62
4-5-خواص مکانیکی …………………………………………………………………………… 65
4-5-1- سختی سطح …………………………………………………………………………… 65
4-5-2-زبری ………………………………………………………………………………….. 66
4-6-خواص سایشی و اصطحکاک……………………………………………… 67
4-6-1- خواص سایشی و اصطحکاک فولاد ضد زنگ 316ال با پوشش زیرکونیا در
هوا……………………………………………………………………………. 67
4-6-2- خواص سایشی و اصطکاک تیتانیوم با پوشش زیرکونیا در هوا…………….. 70
4-6-3- خواص سایشی و اصطکاک فولاد ضد زنگ 316ال با پوشش زیر کونیا و زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت در محلول رینگر …………………………………. 73
4-6-4- خواص سایشی و اصطکاک تیتانیوم با پوشش زیرکونیا و زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت در محلول رینگر 78
عنوان صفحه
4-6-5- مقایسه بین فولاد ضد زنگ 316 ال تیتانیوم با پوشش زیرکونیا و زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت 83
4-6-6- خواص سایشی و اصطکاک فولاد ضد زنگ 316 ال با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت در محلول بزاق مصنوعی 84
4-6-7- خواص سایشی و اصطکاک تیتانیوم بدون پوشش و تیتانیوم با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت در محلول بزاق مصنوعی……………….. 86
4-6-8- مقایسه بین فولاد ضدزنگ 316ال و تیتانیوم با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی
آپاتیت ………………………. 90
4-7-بررسی رفتار خوردگی…………………………… 90
4-7-1- بررسی خوردگی در نمونه های فولاد ضد زنگ 316 ال بدون پوشش، با پوشش زیرکونیا و با پوشش زیرکونیا-هیدروکسی آپاتیت در محلول رینگر ……………. 90
4-7-2- بررسی خوردگی در نمونه های تیتانیوم بدون پوشش، با پوشش زیرکونیا و با پوشش زیرکونیا-هیدروکسی آپاتیت در محلول رینگر ……………. 91
4-7-3- مقایسه خوردگی نمونههای تیتانیوم بدون پوشش و با پوشش زیرکونیا با نمونه فولاد ضد زنگ 316ال با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت در محلول رینگر…………. 92
4-7-4- بررسی خوردگی در نمونه های تیتانیوم بدون پوشش و تیتانیوم و فولاد ضد زنگ 316ال با پوشش زیرکونیا- هیدروکسی آپاتیت در محلول بزاق مصنوعی………….. 93
فصل پنجم:نتیجهگیری
5-1-نتیجهگیری……………… 95
5-2-پیشنهادات………….. 96
مقدمه
واژه و اصطلاح بسیار نزدیک و مرتبطی که برای درک اهداف علم مواد زیستی- پزشکی مهم است و به فهم تعریف بیومواد کمک میکند سازگاری زیستی است[1] است. بر طبق تعریف ویلیامز، سازگاری زیستی یا زیست سازگاری عبارت است از: توانایی یک ماده برای ایفای نقش در یک کاربرد ویژه و اجرای یک وظیفه خاص به گونهای که توام با دریافت پاسخ صحیح و مناسب از طرف بافت میزبان باشد[70]. همچنین مادهای را میتوان زیست سازگار نامید که در محیط زیستی (بیولوژیکی) کیفیت غیر مخرب داشته و تنها واکنش بدن در مقابل آن تشکیل بافت باشد این مواد شامل مثالهایی چون فولادهای ضد زنگ هستند[70].
فولاد ضد زنگ آستنیتی و به ویژه نوع 316 ال[2] متداولترین فولاد برای کاربرد کاشتها محسوب میشود این فولاد قابلیت سخت شدن با کارسرد را دارد. فولاد 316ال خاصیت مغناطیسی نداشته و جذب آهنربا نمیشود و در مقایسه با فولادهای دیگر، مقاومت خوردگی بهتری دارد. حضور مولیبدن در آلیاژ، مقاومت در برابر خوردگی حفرهای[3] در آب نمک را افزایش میدهد. وجود نیکل در آلیاژ، پایداری فاز آستنیت را در دمای اتاق فراهم میسازد و علاوه بر آن مقاومت خوردگی را افزایش میدهد. پایداری فاز آستنیت میتواند بر اثر تغییر مقدار نیکل و کرم موجود در آلیاژ تحت تأثیر قرار گیرد[71].
جدول 1-1- ترکیب شیمیایی فولاد ضد زنگ 316ال
کربن
منگنز
فسفر
گوگرد
سیلسیم
کروم
نیکل
مولیبدن
حداکثر
03/.
حداکثر
2
حداکثر
<a href="http://zusa.ir/%d8%af%d8%a7%d9%86%d9%84%d9%88%d8%af-%d9%be%d8%a7%db%8c%d8%a7%d9%86-%d9%86%d8%a7%d9%85%d9%87-%d8%a7%d8%b1%d8%b4%d8%af-%d9%be%d9%88%d8%b4%d8%b4%e2%80%8c%d8%af%d9%87%db%8c-%d8%b3%d8%b1%d8%a7%d9%85/"><img class="alignnone size-medium wp-image-170860″ src="https://arshadfile.ir/wp-content/uploads/2019/08/dsdss_001-300x233-300x233.png” alt="برای دانلود متن کامل پایان نامه ها اینجا کلیک کنید” width="300″ height="233″ /></a>
03/.
حداکثر
03/.
حداکثر
75/.
20-17
14-12
4-2
دستهای دیگر از بیومواد، مواد زیست خنثی هستند که هیچ گونه عنصری را آزاد نمیسازند ولی هیچ بر همکنش مثبتی را نیز با بافت زنده نشان نمیدهند. پاسخ بدن میزبان در مقابل آنها ایجاد اتصال با بافت است. از انواع معمول بیومواد زیست خنثی میتوان به تیتانیوم و آلیاژهای آن اشاره کرد. در مورد تیتانیوم و آلیاژهای آن اظهار نظرهای
