تقنيات مختلفة لتحسين سطح الفولاذ المقاوم للصدأ (316L) للعدد الجراحية
Different Surface Modification Techniques of 316L Stainless Steel for Surgical Tools
- الباحث
- ندى طالب جابر طعيمة
- المشرف
- علي هوبي حليم; نبأ ستار راضي
- الجامعة
- جامعة بابل
- الكلية / القسم
- هندسة المواد / هندسة المعادن
- الشهادة
- ماجستير
- السنة
- 2023
- لغة الرسالة
- E
- الكلمات المفتاحية
- الفولاذ المقاوم للصدأ 316L;تحسين السطح;العدد الجراحية;هندسة المعادن
الملخص
تصنع اكثر الاجهزة الطبية من المواد المعدنية ، من نوع الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي وسبائك التيتانيوم ، والتي تمتاز بمقاومة جيدة للتآكل ، وخصائص ميكانيكية مناسبة ، وتوافق حيوي جيد. بشكل عام بسبب الاجراءات غير المناسبة من قبل الطاقم الطبي اثناء عمليات التطهير والتعقيم او استخدام مواد ملوثة او مواد كيميائية مركزة، لذلك غالبا ما يكون عمر الأجهزة الطبية محدوداً. من أجل تجاوز هذه المحددات ، تم في هذه الرسالة ، إجراء تحسينات سطحية مختلفة على سبيكة L SS) 316(، ثم تمت دراسة تأثير نوع التحسين السطحي ومتغيراته على الخصائص الميكانيكية ،ء وخصائص السطح , والنشاط المضاد للبكتيريا وقوة الالتصاق ومقاومة التآكل للطبقة السطحية المتكونة نتيجة لهذه التحسينات وتحديد القيم المثلى لتلك المتغيرات. تم استخدام طريقتين لتحسين السطح لسبائك الفولاذ المقاوم للصدأ L SS) 316) بظروف مختلفة لكل طريقة: تقنية الأنودة بجهد (6 ٠ 8 ، 10) فولت ومسافة )2 ٠ 4 ٠ 6) سم بأوقات )5 دقائق؛ بعد ذلك تم اخذ العينة الافضل بعد اجراء الفحوصات المختلفة والتي كانت 434، بعد ذلك تم ترسيب طبقة من الفضة بطريقة الترسيب الفيزيائي وبأستخدام تقنية البلازما المتطايرة DC بجهد (1400 فولت) فولت وتيار )20( مللي أمبير لمدة )2( ساعة. تمت دراسة الخواص الميكانيكية للطبقة السطحية المتكونة باستخدام اختبار صلادة فيكرز الدقيقة ، بينما تمت دراسة خصائص السطح بالمجهر الإلكتروني (FESEM) ومجهر القوة الذرية (AFM) ، بالإضافة إلى فحص التركيب الكيميائي للتوزيع العناصر الموجودة على سطح الطبقة المترسبة باستخدام التحليل الطيفي المشتت للطاقة (EDS) أما الأطوار المتكونة نتيجة التحسينات السطحية للطبقة المترسبة فقد تم تحليلها بواسطة حيود الأشعة السينية (XRD) بعد ذلك ، تم اختبار مقاومة الطبقة المترسبة للبكتيريا الضارة ٠، الإشريكية القولونية ، ومقاومتها للالتصاق. أخيرًا ، تمت دراسة سلوك العينات المحسنة السطحية في السائل الذي يحاكي جسم الإنسان (Tyrode's solution) باستخدام جهد الدائرة المفتوحة واختبار الاستقطاب الكهروكيميائي الديناميكي والدوري. أظهرت النتائج أن قيمة الصلابة العالية للعينة المؤكسدة بلغت )475( HV كشفت نتائج (XRD) و (FE-SEM) عن تكوين أطوار جديدة في الطبقة السطحية (0720) ، مما يدل على أن ظروف تعديل السطح كانت جيدة lp ، بينما أظهرت نتائج (AFM) زيادة في قيم خشونة السطح لعينات السطح المعدلة مع زيادة زمن المعالجة. أظهرت نتائج الاختبار المضاد للنشاط البكتيريا بسلالات الإشريكية القولونية أن الطبقة المترسبة من تحسينات السطحية لها تأثير قوي مضاد للبكتريا لمنع نموها. أما بالنسبة لنتائج اختبار مقاومة الالتصاقء فقد تبين أن الطبقة المترسبة لجميع أنواع الطلاءات السطحية لها قوة التصاق مقبولة. أظهرت نتائج منحنيات الاستقطاب زيادة في مقاومة التآكل للعينات المحسنة سطحياً مقارنة بالعينات غير المطلية. أوضحت النتائج أن أفضل حالة للأنودة كانت عند الوقت (5) دقائق و (8) als و )4( سم Gus كان معدل التحسن 9075 في محلول Lan ، (Tyrode's solution) كان لترسيب الفضة باستخدام تقنية ترسيب البخار الفيزيائي بتقنية البلازما بالتيار المستمر وبزمن طلاء )2( ساعة حيث كان التحسن للطبقة المترسبة 9/81 ستلبي المعالجات والتعديلات السطحية التي تم استخدامها لتحسين سبيكة L SS) 316( من حيث الخواص الميكانيكية ومقاومة التآكل لتحاكي المتطلبات المستقبلية لتطبيق السبيكة اعلاه كمنافس قوي وبديل للتطبيقات الطبية الحيوية وخصوصاً في مجال الأدوات الجراحية.
Abstract
Most medical instruments are made out of metal, from the grade of γ- stainless steel and titanium alloy, having high corrosion resistance, acceptable mechanical characteristics, with a high degree of biocompatibility. Due to improper maintenance by medical staff during decontamination and sterilizing procedures, the lifespan of medical instruments is often limited, or the use of substandard water or unsuitable chemical reagents in the cleansing procedure. To bypass these limitations, various surface modifications were performed on the 316L SS alloy in this thesis. The effect of the type of surface modification and its parameters were examined for ways to improve their properties as mechanical strengths, surface properties, and anti-bacterial activity. As well as knowing the adhesion strength, and corrosion resistance of the surface coating formed as a result of these surface modifications and determining the preferable values for those parameters. Two surface modification treatments for 316L stainless steel alloy were used with different conditions for each treatment. Anodization technique at a voltage of (6, 8, 10) v and a distance of (2, 4, 6) cm with times of (5,10) min; after that, the preferable sample A8,5,4 coated by silver with physical vapor deposition. DC sputtering plasma technique at a voltage of (1400V) and a current of (20) mA with times of (2) hrs. The tests were used to examine the generated surface layer Vickers micro-hardness, (FESEM), (AFM), (EDS), (XRD), antibacterial inhibition zone E.Coli, and adhesion test. Finally, the behavior of surface-modified samples in the fluid simulating the human body (Tyrode's solution) was studied using open circuit potential, Potentiodynamic and cyclic polarization tests. The obtained results indicated the optimum factors of anodic such as voltages, times, and distances effect on anodic oxide scale A34 (8-volt, 5min, and 4cm) The results showed the high hardness value for the anodized sample was (475) HV. The results of (XRD) and (FE-SEM) revealed the formation of new phases in the surface layer (Cr2O3), which indicates that the surface modification conditions were very good. In contrast, the results of (AFM) displayed a development in the roughness of the surface values of the surface-modified samples with the increase in the treatment time. The results of the antibacterial activity test with E.Coli strains showed that the formed layer from surface modifications has a strong antibacterial effect to prevent bacterial growth. As for the results of the adhesion resistance test, it was shown that the modified layer for all types of surface treatments used had an acceptable adhesion strength. The results of the polarization curves showed a rise in the corrosion resistance of the surface-modified samples related to the untreated samples. The results revealed that the best condition for anodization was at the time (5) min, (8)v, and (4) cm where has a higher improvement (75%) in Tyrode's solution, while for the deposition of silver using DC sputtering plasma technique at the time (2) hrs, where the percentage of improvement was 81% The treatments and surface modifications that were used to develop 316L SS in mechanical and surface properties and corrosion resistance meet the future requirements of applying the alloy as a strong and alternative competitor for biomedical applications as surgical tools.
طلب نسخة من الملف
الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.