تحسين سبائك Ti وCoCr الحيوية بإضافة Nb وSi وبالطلاءات المركبة ذات الأساس هيدروكسي أباتايت وزيولايت

الباحث

شهد عبد العظيم جبار

المشرف

نيفين جمال عبد القادر - بيمان صحبة احمد

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم هندسة المواد / هندسة المواد

الشهادة

دكتوراه

السنة

2023

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Ti and CoCr alloys;Hydroxyapatite;Zeolite coatings;Biomedical alloys

سبائك التيتانيوم والكوبالت كروم تستخدم بشكل واسع في تطبيقات الزروع العظمية بسبب الخصائص الميكانيكية والتوافقية الحيوية. مع ذلك من الضروري زيادة تحسين الخصائص بصورة عامة مثل مقاومة التآكل والتحرر الأيوني. استخدمت عملية ميتالورجيا المساحيق في البحث كعملية لإنتاج سبائك التيتانيوم والكوبالت الكروم واضافة السليكون والنيوبيوم كعناصر سبك. العملية تضمنت مزج المساحيق بواسطة طاحونة الكرات لمدة PY ساعات عند ٠١١ دورة بالدقيقة، استخدم جهاز الكبس الهيدروليكي لكبس المساحيق بضغط ٠١ طن وسرعة ١ ملم بالثانية لمدة عشر دقائقء التلبيد تم اجراؤه باستخدام فرن صنع محليا عند درجات الحرارة العالية ٠.1 من درجة حرارة الانصهار. بالرغم من امتلاك عملية الطلاء بالرش الحراري التقليدية عدة مزايا لكنها تفتقر الى الالتصاق الجيد مع المادة الاساس. سبائك ( التيتانيوم-سليكون ، التيتانيوم-نيوبيوم ، كوبالت كروم-سليكون ، كوبالت كروم-نيوبيوم) تم طلائهم بعملية الرش الحراري المتعدد الشعلة باستخدام نوعين مختلفين من الطلاء النانوي )53 AS : ©9707 هيدروكسيبتايت + 97075 كربيد السليكون) © MVS : B Es) زيولايت + MYO زركونيا). بإضافة 905 من النيوبيوم والسليكون كعناصر سبائك ،. اربع سبائك انتجت. عدة طرق للفحص استخدمت مثل المجهر الالكتروني الماسح مع مطياف الاشعة السينية المشتتة للطاقة ، حيود الاشعة السينية ، اختبار التحرر الايوني ، صلادة فيكرز ¢ gal الشد الاقصى ¢ مقاومة الانضغاط/معامل المرونة ، اختبار معدل البلى ، قياس معدل التآكل ، اختبار السمية ونمو LOLI اضافة الى مجهر القوى الذرية واختبار مقاومة الالتصاق التي وظفت للسبائك المطلية. طبقا الى النتائج ،نتائج حيود الاشعة السينية لسبائك التيتانيوم والكوبلت كروم تطابق المركز العالمي لبيانات co gall من بين قمم الحيود السائدة لمادة الطلاء فأن اقل قمم ظهرت للمادة الاساس. بسبب تشكل طبقة الأوكسيد الدائمة لأوكسيد التيتانيوم فأن سبائك التيتانيوم وبالأخص التيتانيوم-سليكون تظهر قيمه اقل لمعدل التآكل. سبائك التيتانيوم-سليكون والكوبالت كروم-سليكون اظهرت قيم اعلى للصلادة والتي تجعلها اختيار مثالي للتطبيقات العظمية. الطلاء نوع <A) 8) يملك تأثير ايجابي بزيادة كل من مقاومة الشد ومقاومة البلى لسبائك التيتانيوم والكوبالت كروم. الطلاء من نوع (هيدروكسيبتايت +كربيد السليكون).؛ النوع 8 (زيولايت+زركونيا) يمثلان طبقة حامية من التحرر الايوني لأيونات التيتانيوم لسبيكة التيتانيوم وايونات الكوبالت والكروم لسبيكة الكوبالت كروم. سبائك التيتانيوم والكوبالت كروم-سليكون المطلية بالنوع B يملكان اعلى توافقيه احيائية كون قيمة السمية هي صفر بالتالي افضل ما يمكن زرعه داخل جسم الانسان. بسبب الحجم المختلف للجسيمات الغير مشوهة في الطبقة الخارجية فأن العينات المطلية تملك درجات مختلفة من الخشونة ضمن الحد المقبول. اختبار السحب بحالة الشد يظهر ان قوة الالتصاق بحالة العينات المطلية بالرش الحراري متعدد الشعلة اعلى من العينات المطلية بالرش الحراري التقليدي كما في البحوث السابقة.

Ti and CoCr alloys are frequently employed in orthopedic implants applications due to their excellent mechanical and biocompatibility characteristics. However, it is necessary to improve their general characteristics, corrosion resistance, and ion release decreasing. Despite it having several benefits, coating by one torch flame spray has a weaker adherence. As a result, alloys of TiNb, TiSi, CoCrNb, and CoCrSi were sprayed with multiple torch flames to apply two different kinds of Nano coatings (A: 75% HAP+ 25% SiC, and B: 75% Zeolite+ 25% Zirconia). By adding 5 wt.% of Nb and Si alloying elements, four sets of samples were created. The Powder metallurgy process was employed in this work by mixing Si and Nb alloying components with CoCr and titanium-based alloys. It included mixing the powders by ball mill for 2-3 hrs. at 110 rpm; a hydraulic press machine was used, and the powders were put through 10-ton pressure for 10 minutes with a speed of one mm/s, the sintering procedure was carried out at a locally constructed furnace at a high temperature of 0.7 Tm. Characterization methods such as Scanning Electron Microscopy (SEM)/ Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), Atomic Force Microscopy (AFM), and ion release test by (AAS). Vickers hardness, ultimate tensile stress, compression/ elastic modulus, wear test, and adhesion strength tests were used. Besides, corrosion measurement and MTT assay, all prior characterizations and evaluations of uncoated and coated alloys were performed. According to the results, All XRD peaks for Ti and CoCr alloys matched ICDD. Among prominent diffraction peaks for coated substrates, less peaks for substrate were found. Due to the development of a permanent oxide TiO2 layer, Ti alloys, in particular TiSi, showed low values of corrosion rate. Both TiSi and CoCrSi alloys showed highest hardness values which represent ideal choices for orthopedic implants. The coatings (type A)and (type B) have a positive effect on Ti and CoCr alloys reflecting by the increasing wear resistance. HAP+SiC (type A) and, especially zeolite+ZrO2 (type B) act as a barriers to inhibit release Ti for Ti alloy, Co and Cr ions for CoCr alloys. In general, Ti alloys and CoCrSi coated type B are the best to be implanted in the human body where the cytotoxicity is zero, thus an excellent biocompatibility. The coated samples contained varying degrees of roughness within reasonable limit which in turn leads to an increase osseointegration and biocompatibility. Tensile pull-out testing revealed that two torch flame spraying had a stronger bond to the substrate than a single torch flame spray technique used in earlier researches.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب