تحسين سلوك التآكل والخواص الميكانيكية والبايولوجية للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج باستخدام طلاءات سيراميكية مركبة نانوية بطريقة سول-جل

الباحث

الاء خالد عبد الرضا موسى

المشرف

نوال محمد داود - شيماء جابر كريم

الجامعة

جامعة بابل

الكلية / القسم

كلية هندسة المواد / هندسة المعادن

الشهادة

ماجستير

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Duplex stainless steel; Sol-gel coatings; Nano ceramic composite; Corrosion behavior

الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج (DSS) تتكون بنيته الجهريه من طورين من الأوستينايت والفرايت للتآكل وتكلفة منخفضة نسبيًا. تبحث هذه الدراسة في استخدام SY gill المقاوم للصدا المزدوج 2205 BLS للصدأ الأوستنايتي 316 ويمكن اعتباره ميزة لاستخدامه كمادة حيوية في جسم الإنسان بالإضافة إلى التكلفة المنخفضه. تبحث هذه الدراسة في استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 كمادة حيوية في تطبيقات العظام، حيث أطلي السطح بجزيئات نانوية سيراميكية باستخدام تقنية طلاء الغمر بعملية سول جل لتعزيز مقاومة التآكل والخواص الميكانيكيه والتوافق الحيوي والاندماج العظمي. يتم تنفيذ الطلاء بعد المعالجة الحرارية للركيزة. تعتبر المعالجة الحرارية wa 9 )44 4 الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 لإزالة الاطوار الثانوية والحصول على افضل بنية مجهرية. أظهرت نتائج الاختبارات أن المعالجة الحرارية ضرورية للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 للحصول على افضل بنية مجهرية تحتوي فقط على طورين من الفرايت والأوستينيت وعدم وجود الأطوار الثانوية وكذلك أصبح حجم الدقائق أكثر نعومه مما كان عليه قبل المعالجة وهذا مفيد لتحسين الخواص، وتعزيز مقاومة التآكل نسبة التحسن في مقاومة التآكل في محلول رنكر ومحلول (SBF) 706 على التوالي، وهذا يدل على نجاح المعالجة الحرارية. قسّمت العينات بعد dalled! الحرارية إلى مجموعات .مجموعة مطليه بطبقة مركبة بنسب مختلفة مع (0,10,20,3040(965102) (TiO>- .ومجموعة مطلية بطبقة مركبة بنسب مختلفة من (0,30,40,60,80)%ZnO) -19502)تم ترسيب طبقات clay على سطح الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج2205 باستخدام تقنية الطلاء بالغمر بطريقة السول جل. 'حدّدت خصائص الطلاء تقنيات التوصيف المختلفة والاختبار الميكانيكي (الصلادة الدقيقة، واختبار البلى و اختبار التصاقيه)، و درست سلوك العينات في السائل الذي يحاكي جسم الإنسان (محلول رنكر و البلازما باستخدام إمكانات الدائرة المفتوحة والديناميكية الكهروكيميائية. وأخيرا تم دراسة النشاط الحيوي وإطلاق الأيونات في السائل المحاكي لجسم الانسان والسلوك المضاد للبكتيريا باستخدام بكتريا Coli -]آ. أظهرت نتائج الاختبار clas عملية sol-gel في إنشاء طبقة متجانسة وكثيفة من الطلاءات النانوية السيراميكيه الحيويةي 110 وي1102-510 و 1102-7280 . الطلاء بالطبقة السيراميكيه من أكسيد التيتانيوم (110) تكون طبقه مساميه وموزعه بشكل متجانس واظهرت النتائج زياده في قيم الصلادة العالية (504HV ( و كذلك مقاومة البلى مما يؤدي إلى انخفاض معدل البلى وكذلك تحسين مقاومة التآكل بنسبة التحسن في محلول رنكر (49.7090)، ومحلول البلازما (22.52940 ). تعتبر مقاومة التآكل أفضل للطلاء المركب مقارنة بالعينة غير المطلية وعينة الطلاء بالتيتانيا . تم تحقيق أعلى نسبة تحسن في طلاء المركب 110-510 في D2(80% T-20%S) Aue بنسبة تحسن تصل الى 991.95 في محلول رنكر بينما تصل اعلى نسبة تحسن في محلول (51817)الى 992.11 في عينة D3(70%T-30%S) وتم تحقيق أعلى نسبة تحسن في طلاء 1102-70 في عينة E3(40%T-60%Z) بنسبة تصل الى 9095.97 في محلول رنكر بينما تصل اعلى نسبة تحسن في محلول ”581 الى 98.82/ لعينة E2(60%T-40%Z) وكان متوسط الصلادة الدقيقة للطلاء المركب النانوي أعلى من صلادة TIO, وحده وكذلك السطح بدون طلاء حيث أن وجود دقائق السيراميك النانوية ZnO 5 SiO, في طبقة طلاء التيتانيا TiO, من شأنه أن يحسن صلادة ومقاومة البلى لهذه الطبقة عند زيادة الكسر الحجمي ل SiO. و ZnO . تزداد مقاومة البلى بانخفاض معدل البلى بشكل jus لطلاءات السيراميك المركبة النانوية لطلاءات و1102-510' 5 TIO2-ZnO | كانت خشونة طلاء العينة أعلى مقارنة بلعينه الاساس بدون طلاء وزيادة قابلية الترطيب عن طريق تقليل زاوية التلامس . والطلاء GS pall له تأثير قوي مضا للبكتيريا يمكن أن يمنع نمو البكتيريا واكثر نشاط الحيوي .وكذلك توفر الطلاءات الحيوية تأثيرًا وقائيًا وتقلل من إطلاق الأيونات المعدنية السامة من سبيكة الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 في بيئة فسيولوجية . إن المعالجات الحرارية وتعديل السطحي للسبيكة التي تم استخدامها لتطوير الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 في الخواص الميكانيكية والسطحية ومقاومة التآكل ستلبي المتطلبات المستقبلية لتطبيق السبيكة كمنافس قوي وبديل للتطبيقات الطبية الحيوية لتقويم العظام .

Duplex stainless steel (DSS) which consist of two-phase austenite–ferrite microstructures are essential for many applications in different media due to their excellent mechanical strength, toughness, hardness and corrosion resistance with relatively low cost. This study investigates using of 2205 DSS as a biomaterial in orthopedic applications, where the DSS has low nickel content compared to 316 austenitic stainless steel can be considered as an advantage to be used as a biomaterial in human body added to cost saving. The surface of 2205 DSS have been coated with ceramic oxide particles by using sol gel process dip coating technique to enhance the corrosion resistance, mechanical properties and biocompatibility and osseointegration . The coating was carried out after heat treatment of the substrate . The heat treatment is necessary for 2205 DSS is required to remove secondary phases and to obtain best microstructure. The results of the tests show the heat treatment is necessary for 2205 DSS to obtain best microstructure only two phases ferrite and austenite and no precipitation of secondary phases and the grain size becomes smoothing than before treatment this is useful for improving the properties, and enhance corrosion resistance the improvement percentage in corrosion resistance in Ringer and SBF solution (78.79,44.77)% respectively, this indicates the success of the heat treatment. The specimens after heat treatment are divided into groups . group coated with composite coating in different Volume ratio with (TiO2- (0,10,20,30,40)%SiO2 ) and group coated with composite coating in different Volume ratio with (TiO2- (0,30,40,60,80)%ZnO) coating are successfully deposited on 2205 duplex stainless steel substrate by using sol gel process dip coating technique. The coating specimens analyzed through different characterization test and mechanical test (micro hardness, wear test, adhesion test) and the behavior of surface modified specimens in the fluid simulating the human body (Ringer and SPF solutions) was studied using open circuit potential and potentiodynamic polarization .finally bioactivity and ion release in simulated body fluid is investigated for the specimens and antibacterial behavior with bacterial strains of E.Coli . The results of the test show the sol-gel process is successful in creating a homogeneous and dense layer of TiO2, TiO2-SiO2, TiO2-ZnO bio ceramic nano composite coatings. The coating of titanium oxide (TiO2) which is formed characterized by porous and homogenous distribution and high hardness ( 504 HV) and wear resistance which leads to decreases wear rate and enhance corrosion resistance the improvement percentage in corrosion resistance in ringer and SBF solution (49.70%,22.52%) respectively. The corrosion resistance in ringer and SBF solution are better for composite coating compare with uncoated and TiO2 coating specimens. The highest percentage of improvement is achieved in TiO2-SiO2 coating in D2 (80% T-20%S) specimen reaches to 91.95% in ringer solution while in SBF solution the best improvement in D3(70%T-30%S) specimen reached to 92.11% and the highest percentage of improvement is achieved in TiO2 - ZnO coating in E3(40%T-60%Z) specimen reached to 95.97% in ringer solution while in SBF solution the best improvement in E2( 60%T – 40%Z) reach to 98.82% . The average micro hardness of the nano composite coating is higher than the hardness of the TiO2 alone and substrate since that the presence of SiO2 nano ceramic particles and ZnO in the TiO2 coating film would improve the hardness and wear resistance of this film when increase volume fraction of SiO2 and ZnO. The wear resistance increases by decreased wear rate drastically for TiO2-SiO2 and TiO2-ZnO coating .The roughness of specimen coating is higher compared to the base specimen without coating and increased wettability by decreased contact angle and composite coating has a strong antibacterial effect that could prevent the bacteria growth and composite coating specimens show higher bioactivity . Bio coatings offer a protective effect and decrease the release of toxic metallic ions from 2205 DSS alloy in a physiological environment . The heat treatments and surface modification that are used to develop 2205DSS in mechanical and surface properties and corrosion resistance will meet the future requirements of applying the alloy as a strong and alternative competitor for orthopedic biomedical applications.

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