التحسين السطحي لسبيكة Ti-6Al-7Nb الحياتية باستخدام طلاءات حياتية سيراميكية بطريقة الأكسدة المايكروية (MAO)

الباحث

قبس خالد ناجي صالح

المشرف

جاسم محمد سلمان المرشدي - نوال محمد داود

الجامعة

جامعة بابل

الكلية / القسم

هندسة المواد / هندسة المعادن

الشهادة

دكتوراه

السنة

2022

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Ti-6Al-7Nb;Micro-arc oxidation;Bioceramic coatings;Hydroxyapatite

تهدف هذه الدراسة إلى استخدام سبيكة تيتانيوم Ti-6Al-7Nb في التطبيقات الطبية. هذه السبيكة لها تطبيقات واسعة على رغم من أن التيتانيوم وسبائكه ذات مقاومة البلى ضعيفة وصلادة قليلة لذا فأن طريقة الأكسدة الميكروية Gas طريقة غير تقليدية (كيمائية / كهروكيميائية) لترسيب طبقات السيراميكية سميكة في محلول مائي يحتوي على عناصر معدلة من خلال تطبيق جهد الانهيار . وبصورة عامه تم أجراء العديد من المحاولات لدراسة تأثيرات المضافات الكيميائية وأنماط التيار في تحسين الطلاء السيراميكي . تم استخدام أضافات نانوية مثل الهيروكسي ابايت واكسيد الزركونيوم في عملية الترسيب وبعد عدة تجارب تم اعتماد أربع مجاميع من المحاليل الألكترولتيه. وتمت العملية بتراكيز مختلفة من الاضافات الطبيعية والنانوية في ظروف الفولتية المختلفة and 400)V ,350 ,300( والتيار 1-5(4) وبأزمان ترسيب and 60)min ,30 ,15 ,7( بواسطة منظومه طلاء محلية الصنع. Bae فحوصات جرت لجميع النماذج مثل فحوصات البنية المجهرية (FE-SEM) لمعرفه تضاريس السطحية وسمك طبقة الطلاء وفحص حيود بالأشعة السينية (XRD) والتحليل الطيفي (EDX) وأختبار (AFM) لرؤية البنية المورفولوجيا وطوبوغرافية للطلاءات والخشونة وأختبار الصلادة والبلى وزاوية التبلل (Wetting angle) وكذلك أختبار التأكل باستعمال الاستقطاب والدوري وأختبار تحرر أيونات وتصرف البكتريا المعروفه بال E.coli لدراسة طبقة الطلاء . نتائج الاختبارات أوضحت : أمكانية ترسيب طلاءات السيراميكية على سطح سبيكة Ti-GAI-) 7Nb ) باستخدام الاضافات وظروف مختلفة فولتية وزمن ترسيب. تم حصول على طبقة سيراميكة من أوكسيد التيتانيوم (TIO2) الذي يتكون على سطح خلال عملية الطلاء مسامية ومتجانسة في مجموعه A وذات صلادة عالية (311.5HV) عند عينة 30min) ع5 /35017)ومقاومة البلى حيث أدت الى فقدان بالوزن ونقصان معدل البلى )9.46%10°( وتأكل ممتازة تصل الى معدل التأكل 4mpy) 0.111( ومقدار تحرر أيونات أقل من سبيكة الاساس افضل مقارنه بالسبيكة غير مطلية ومع زيادة في الفولتية وزمن الترسيب أدت الى زيادة سمك الطبقة الى (SOpm) وزيادة في المسامية والخشونة وزيادة قابلية الترطيب . الطبقة مركبة سيراميكة من هيدروكسي ابايت (HA) وأكسيد التيتانيوم (ي110) في مجموعة JB طبقة من أوكسيد الزركونيوم (270) وأكسيد التيتانيوم (TiO2) في مجموعة © و الطبقة السيراميكه من هيدروكسي أبايت (HA) وأوكسيد الزركونيوم (ZrOr) وأكسيد التيتانيوم (ج110) في مجموعة Ge D لوحظ مع زيادة في فولتية وزمن ترسيب يزداد سمك طبقة ويزيد من تركيز HA و7202 وتقل المسامية مقارنه بالمجموعة (I) وبالتالي أفضل نتائج تم حصول عليها من حيث صلادة ( 368.1HV عند 300V و 466.7HV ( , (30min عند 300V و (30min و ( 584.9HV عند 300V و (15min مقاومة البلا تساوي ( 4.33x107 عند 300V و 1.06x10-7 ( , (30min عند 30017 و متم30) و ( 9.84x10-8 عند /3001 و صتدم5 1) . تحسين مقاومة التاكل لمحلولين بواسطة استقطاب والدوري تساوي ( 87.406 و 87.83 محلول رنكر واللعاب الصناعي على التوالي ) , ( 9446 و 88.13% في محلولين ) و ( 88% و 86 في محلولين ) و كذلك زيادة قابلية الترطيب بواسطة نقصان زاوية التلامس عند 300717 و 30min . كمية تحلل الايونات تقل مقارنتا بالسبيكة الاساس للمحلولين تساوي 0.0183PPm) في محلول رنكر ) و ) ppm 0.0191 في اللعاب الصناعي ) لطلاء TiO, و ( 0.0074PPm في محلول رنكر) و ( 10مم0.0077 في اللعاب الصناعي ) لطلاء HA/TIO?2 و طلاء 702/1102 تصل ( ام م2066 في محلول رنكر ) و ( 0,0048ppm في اللعاب ) وفي الطلاء النانوي AS yall 2 م( ) 0.0017ppm و منامم 0.0011 ) لكلا المحلولين . طلاء 702/1102 و 2/1102 114/720 تكون مضادة جدا للبكتريا وتمنع نمو البكتريا .

The current study aims to use Ti-6Al-7Nb alloy in medical applications include (orthopedic and dental implant) but it has poor wear resistance and hardness. So, Micro-Arc Oxidation (MAO) technique is adopted by applying breakdown voltage to an aqueous solution containing modifying components. It is an innovative chemical/electrochemical way of producing thick and durable ceramic coatings on titanium alloys. In MAO electrolyte, nano additives like as hydroxyapatite (HA) and zirconia (ZrO2) are used. The process was carried with different voltages (300, 350, and 400) V, current of (1-5) A, and deposition times (7, 15, 30, and 60) min by a home-made coating system. The coating characteristics are identified by using field emission scanning electron microscopy (FESEM), (EDX), atomic force microscopy (AFM) and the resulted phases are identified by X-Ray diffraction (XRD), mechanical test (microhardness, wear, and adhesion test). The electrochemical test in the Ringer’s and Saliva’s solution using a potentiodynamic and cyclic polarization tests and ion release. Moreover, the antibacterial behavior with bacterial strains of E.coli is investigated for the coating layer. The results of the tests showed the possibility of deposition of ceramics coatings on the surface of Ti-6Al-7Nb alloy by using additives and different voltages and deposition times. The ceramics layer of titanium oxide (TiO2) which is formed during coating porous and homogenous distribution in group A and high hardness (311.5HV) at (350V  30min) and wear resistance which leads to weight loss and decreases wear rate (9.46×10-6) and corrosion rate equals to (CR= 0.1114 mpy) in Ringer’s solution with increased voltage and time increased thickness layer (56μm) and increased porosity and roughness and increase wettability. A composite nano ceramic layer was obtained from hydroxyapatite (HA) with TiO2 in group B, nano ZrO2 with TiO2 in group C, and HA, ZrO2 with TiO2 in group D were observed with increased voltage and time increased thickness layer and concentration of HA and ZrO2 and decreased porosity compared TiO2 layer thus, the best results were obtained in terms of hardness (368.1 HV at HA/TiO2 layer for 400V30min), (466.7 HV at ZrO2/TiO2 layer for 400V30min), and (584.9 HV at HA/ZrO2/TiO2 for 400V15min). The wear resistance equal to (4.33×10-7 at HA/TiO2 layer for 400V30min), (1.06×10-7 at ZrO2/TiO2 layer for 400V30min), and (9.84×10-8 at HA/ZrO2/TiO2 for 400V15min). Improvement corrosion resistance in two solutions by using a potentiodynamic and cyclic polarization equals (87.4% and 87.83% for sample B11 in Ringer’s and Saliva’s solutions respectively), (94% and 88.13% for sample C11 in two solutions), and (88% and 91.12% at HA/ZrO2/TiO2 for 400V and 30min in two solution) and increased wettability by decreased contact angle. The amount of ions released are less than that of the base alloy in two solutions equal to (0.0183, and 0.0191) ppm in Ringer’s and Saliva’s solution for TiO2 coating and (0.0074, and 0.0077) ppm, HA/TiO2, and ZrO2/TiO2 reshod to (0.0066, and 0.0048) ppm, for nano composite coating HA/ZrO2/TiO2 (0.0017, and 0.0011) pp. The ZrO2/TiO2 and HA/ZrO2/TiO2 coating has a strong antibacterial effect that could prevent the bacteria growth.

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