اثر فرآیند Rotary Swaging بر آلیاژهای منیزیم
مقدمه[ویرایش]
امروزه بیو موادها به صورت گسترده‌ای در بدن انسان برای مصارف پزشکی، به کار برده می‌شوند. عمدهٔ استفادهٔ این مواد در موارد دندان پزشکی، قلبی-عروقی و اسکلتی- عضلانی است. به علاوه دریچهٔ قلب مصنوعی، لوله‌های توری در رگها و انواع بیرینگ مورد استفاده در مفاصل زانو و لگن، از جمله مصنوعات ساخته شده در این حوزه می‌باشند. در سال‌های اخیر، تحقیقات گسترده‌ای در رابطه با ایمپلنت‌هایی که با بدن سازگارند و ماندگاری بالایی دارند، صورت گرفته‌است. طبق پیش‌بینی‌ها، میزان عمل آرتروپلاستی (تعویض مفصل زانو) و تعویض لگن در بیست سال آینده، صد در صد افزایش می‌یابد. ارتقاء کیفیت و ماندگاری ایمپلنتها به جهت عدم نیاز به تکرار عمل جراحی، و حفظ خاصیت خود در گذر زمان، با اهمیت تلقی می‌شوند. از جمله عواملی که موجب عدم موفقیت در استفاده از ایمپلنتها می‌شوند، عبارتند از: مقاومت اندک نسبت به فرسایش و خوردگی، کپسولی شدن فیبری و تورم. علاوه بر این، مشکلات مرتبط با ویژگی‌های مکانیکی مانند تطابق بین خواص مکانیکی استخوان و ایمپلنت، منجر به عدم موفقیت موارد استفاده شده از ایمپلنتها گردیده اند.
به همین دلیل بیو موادها بایستی تطابق بهتری با شرایط محیطی بدن انسان داشته باشند. همچنین، مقاومت به خوردگی بالا و خواص مکانیکی تطابق پذیر با شرایط محیطی که در آن قرار می‌گیرند نیز، حائز اهمیت است. ایمپلنت‌های قابل تجزیه در بدن، یکی از شاخه‌های جدید در علم بیو مواد هستند که به تازگی، تحقیقات گسترده‌ای در رابطه با آنها در حال جریان است. به تازگی منیزیم و آلیاژهایش در این دسته جای گرفته‌اند. منیزیم به علت سمی نبودن، تطابق بسیار خوبی باشرایط بدن داشته و به‌طور طبیعی در بافت استخوان وجود دارد. منیزیم قابلیت حلالیت در بافت‌ها را داشته و به‌طور همزمان در رشد بافت جدید نیز اثر گذار است. تحقیقات زیادی در زمینهٔ پوشش مواد زیست خنثی مثل Ti-6Al-4V با آلیاژ منیزیم، جهت ایجاد بافت استخوانی در جریان است. به عنوان مثال، پیوند نفوذی منیزیم و آلیاژهایش برروی آلیاژ Ti-6Al-4V به همراه Zr، که منجر به ایجاد ساختاری هیبریدی گردیده است. علاوه بر این، کاربرد منیزیم به عنوان بیرینگ افزایش یافته که به دلیل ویژگی‌های منیزیم و آلیاژهایش است که تطابق و شباهت زیادی به رفتارهای استخوان دارند. یعنی پس از مجاورت ایمپلنت با استخوان، در اثر مرور زمان از چگالی استخوان کاسته نخواهد شد. ([۱] (Stress Shielding Effect با این وجود به علت خوردگی بالای آلیاژ منیزیم بعد از ۱۸–۱۲ هفته، یکپارچگی مکانیکی آن از بین رفته، در حالی که در (طی این زمان بهبود بافت آسیب دیده امکان‌پذیر نیست. تلاش‌های زیادی در راستای بهبود مقاومت به خوردگی از طریق آلیاژسازی یا ایجاد پوشش برروی آلیاژهای منیزیم، صورت گرفته‌است.
معرفی فر آیند Rotary Swaging[ویرایش]
فر آیند ([۲] Rotary Swaging (RS (آهنگری با استفاده از قالب‌های چرخان)، یک نوع خاصی از فرآیندهای آهنگری شعاعی است که در ساخت لوله‌ها و شفت‌های فلزی به کار می‌رود. همان گونه که در شکل ملاحظه می شود، در نتیجۀ حرکت نوسانی قالب ها که در اثر ضربات متعدد ساچمه های محیطی به دست می آید، قطعه کاری که به ناحیۀ فضای بین قالب ها وارد شده، به صورت تدریجی تغییر شکل یافته که عموماً این تغییر شکل همراه با کاهش قطر است. قالب های مورد استفاده در این فرآیند، به طور کلی از سه بخش تشکیل شده اند. بخش اول که در ورودی قالب قرار دارد، عبارت است از ناحیۀ کالیبراسیون که در انتهای این بخش صفحۀ خنثی (Neutral Plane) قرار دارد. بدین معنی که پس از عبور متریال از این صفحه، در اثر ضربات شعاعی حرکت محوری رو به عقب ندارد. ناحیۀ دوم ، بخش تغییر شکل است که در آن قطر قطعه کار کاهش یافته و نهایتاً در ناحیۀ سوم قطعه کار به قطر نهایی رسیده و تثبیت می گردد. در سال‌های اخیر این فرآیند برای ساخت محصولات متنوعی از آلیاژهای Al ,Cu ,Fe ,Ti به کار برده شده‌است.
افزاش استحکام[ویرایش]
با این وجود تحقیقات اندکی در زمینهٔ اثر این فرآیند بر آلیاژهای منیزیم صورت پذیرفته که نتایج حاصل از آنها نشان داد، این فرآیند سبب کاهش اندازهٔ دانه و نتیجتاً افزایش استحکام این آلیاژها گردیده‌است. به عنوان نمونه در یک بررسی برای افزایش استحکام آلیاژ WE43 که به عنوان ایمپلنت‌های فناپذیر در بدن کاربرد دارند، از فرآیند RS استفاده گردیده‌است. در این تحقیق آلیاژ ذکر شده تحت دو رژیم تغییر شکل با نسبت‌های تغییر شکل مختلف و در دماهای متفاوت، به وسیلهٔ فرآیند RS تحت تغییر شکل قرارگرفته است. قبل از اجرای فرآیند بیلت اکسترود شدهٔ اولیه به مدت ۸ ساعت در دمای ۵۲۵ درجهٔ سانتی گراد، همگن شده‌است. بر اساس نتایج به دست آمده در بررسی ریز ساختار آلیاژ تغییر شکل داده شده، فرآیند RS سبب کاهش انداهٔ دانه به‌طور قابل ملاحظه ای گردیده، به گونه ای که میانگین اندازهٔ دانه پس از دو رژیم تغییر شکل به ترتیب برابر با ۰.۰۲±۰٫۶۶ میکرو متر و ۰.۰۲±۰.۶۱میکرومتر گزارش شده اند. در حالی که میانگین اندازهٔ دانهٔ اولیه قبل از تغییر شکل برابر با ۵.۹±۶۱.۳ میکرومتر بوده‌است. مقایسهٔ ویژگی‌های مکانیکی قبل وبعد از تغییر شکل نشان داد که فرآیند RS اثر قابل توجهی بر خواص مکانیکی آلیاژ WE43 داشته‌است. نقاط تسلیم، شکست و حداکثر تغییر طول آلیاز WE43 قبل و بعد از فرآیند، در جدول زیر درج گردیده اند.(µ=ln(A0/Af علاوه بر این، کاهش دما سبب افزایش استحکام آلیاژ گردیده‌است به گونه ای که فازها نیز به صورت پراکنده تری توزیع شده‌اند.[۱]
| %,El | UTS,MPa | YS,MPa | State of Alloy |
|---|---|---|---|
| 9 | 234 | 161 | Initial State |
| 15.5 | 336 | 220 | T=400°C , µ=1.78 |
| 12.5 | 393 | 260 | ( T=350°C , µ=2.78 (Regime 1 |
| 7.2 | 416 | 287 | (T=325°C , µ=2.56 (Regime 2 |
مقاومت به خوردگی[ویرایش]
مقاومت به خوردگی آلیاژ WE43 که تحت فرآیند RS قرار گرفته، تغییر چندانی نکرده‌است. عموماً مقاومت به خوردگی فلزاتی که تحت تغییر شکل پلاستیک قرار می‌گیرند، کاهش می‌یابد. دلایل آن عمدتاً عبارتند از: افزایش طول مزردانه‌ها و چگالی نابه جایی‌ها، همچنین ایجاد دوقلویی‌هایی که پس ار تغییرشکل پلاستیک شدید در ریزساختار ایجاد می گردند. با این وجود آزمایش اخیر در مورد آلیاژ WE43 تصویر پیچیده تری را ارائه داده‌است. همان گونه که ذکر گردید، در بعضی از موارد استفاده از ایمپلنت به جای بافت استخوانی، پدیدهٔ Stress Shielding Effects یا اثر محافظت تنشی اتفاق می‌افتد. به گونه ای که به دلیل تفاوت مدول الاستیک استخوان با ایمپلنت، تمام بار وارده بر استخوان توسط ایمپلنت تحمل شده و بافت استخوانی به مرور از بین رفته و جذب شده و منجر به از بین رفتن مکان استقرار ایمپلنت می‌گردد. یکی از راه حل‌ها برای رفع این مشکل، استفاده از موادی با مدول الاستیک نزدیک به استخوان است. علاوه بر این، مقاومت به خوردگی ایمپلنت در محیط بدن نیز بسیار با اهمیت است. به عنوان نمونه افزایش منیزیم معادل درکامپوزیت بی متال Ti-Mg به عنوان ایمپلنت باعث می‌شود که مدول الاستیک آن پایین آمده و در حوزهٔ مدول الاستیسیتهٔ استخوان‌های اسفنجی قرار گیرد. همچنین کاهش چگالی شدت جریان با افزایش منیزم معادل حاصل از نتیجهٔ آزمایش مقاومت به خوردگی به صورت in-Vitro، حاکی از افزایش مقاومت به خوردگی است. مضافاً تولید اکسید منیزیم و هیدرواکسید منیزیم به صورت پوسته بر روی سطح پودرهای منیزیم در کامپوزیت، از دیگر دلائل این موضوع می‌باشند.نهایتاً، وجود مرزدانه‌های طولانی از آلیاژهای منیزیم سبب جلوگیری از خوردگی حفره ای گردیده و توزیع فازهای ثانویه به صورت یکنواخت، (در این مورد اینتر متالیک غنی از فلزات نادر خاکی) نیز در این زمینه اثرگذار می‌باشند.در این بررسی جهت ساخت این کامپوزیت علاوه بر روش متالورژی پودر، برای افزایش چگالی، کاهش تخلل و زینتر شدن بهتر ذرات پودر، از فرآیند RS گرم استفاده گردیده‌است.[۲]
مراجع[ویرایش]
- ↑ «Strengthening of Magnesium Alloy WE43 by Rotary Swaging». Materials Science Forum.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ «Titanium–magnesium based composites: Mechanical roperties and in-vitro corrosion response in Ringer's solution». Materials Science & Engineering A.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
This article "اثر فرآیند Rotary Swaging بر آلیاژهای منیزیم" is from Wikipedia. The list of its authors can be seen in its historical and/or the page Edithistory:اثر فرآیند Rotary Swaging بر آلیاژهای منیزیم. Articles copied from Draft Namespace on Wikipedia could be seen on the Draft Namespace of Wikipedia and not main one.
