راضیه چهارمحالی

راضیه چهارمحالی


تاریخ انتشار : Publish : نسخه قابل چاپ Print

 

دانشگاه بوعلی سینا

دانشکده مهندسی

گروه مهندسی مواد

 

اطلاعیه دفاع برای سمینار کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مواد

 

عنوان: بررسی رفتار خوردگی پوشش هیدروکسی آپاتیت به روش اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی روی آلیاژ AZ31 در محلول شبیه ساز بدن

 

استاد راهنما: آقای دکتر آرش فتاح الحسینی

آقای دکتر حمید اصفهانی

 

 

ارائه دهنده: راضیه چهارمحالی

 

 

تاریخ دفاع: یکشنبه 24/04/97 ساعت 9

 

 

مکان: کلاس 10

 

 

Faculty of Engineering    

Department of Materials Engineering

 

Thesis submitted for Master of Science in the Field of Materials Selection for Engineering Design

 

 

 

Title

 

 

Study of bio- electrochemical behavior of hydroxyapatite coating on AZ31B magnesium alloy  by plasma electrolyte oxidation  in simulated body fluid

 

 

Supervisor: Arash Fattah-Alhosseini (Ph.D)

Hamid Esfshsni (Ph.D)

 

 

By: Razieh Chaharmahali

 

 

 

July, 15, 2018

 

 

 

 

 

چکیده:

               در این پژوهش، پوشش هیدروکسی آپاتیت با استفاده از روش اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی (PEO)  بر روی آلیاژ منیزیم AZ31 تحت جریان مستقیم خطی و پالسی در الکترولیت قلیایی ایجاد شدند. پس از سنتز نانو ذرات هیدروکسی آپاتیت (HA) به روش رسوب شیمیایی چهار پارامتر مختلف شامل اثر درصد نانو ذرات هیدروکسی آپاتیت (5، 10 و 15 گرم بر لیتر)، چگالی جریان (1، 2/1 و 5/1 آمپر بر دسی¬متر مربع)، چرخه کار (20، 50 و 80 درصد) و زمان غوطه¬وری (1، 3، 5 و 7 روز) بر ریزساختار، ترکیب شیمیایی و رفتار الکتروشیمیایی پوشش¬ها مطالعه شد. ریزساختار و ترکیب شیمیایی نمونه¬های پوشش داده شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، الگوی پراش پرتو ایکس (XRD) و طیف¬سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS) مورد آنالیز قرارگرفت. به منظور مطالعه رفتار خوردگی پوشش¬های ایجاد شده در شرایط مختلف از آزمون¬های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و طیف¬سنجی امپدانس الکتروشیمیایی در محلول شبیه¬ساز بدن (SBF) استفاده شد. در ابتدا نانو ذرات هیدروکسی آپاتیت به روش رسوب شیمیایی تر سنتز شد. نتایج نشان داد که محصول بدست آمده تک فاز هیدروکسی آپاتیت است. به ¬منظور بررسی اثر درصد HA در الکترولیت بر ریزساختار و رفتار خوردگی پوشش¬ها تحت جریان مستقیم خطی در الکترولیت حاوی 5 گرم بر لیتر فسفات سدیم و 3 گرم بر لیتر هیدروکسید کلسیم در حضور درصدهای مختلف (5، 10 و 15) نانو ذرات هیدروکسی آپاتیت انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش درصد نانو ذرات هیدروکسی آپاتیت درصد تخلخل¬ها (7/6 درصد) کاهش و ضخامت پوشش (7/28 میکرومتر) افزایش یافت. نتایج حاصل از XRD نشان داد که پوشش¬ها ترکیبی از فسفات منیزیم و HA بودند. مقاومت به خوردگی پوشش¬ها در محلول SBF  با افزایش درصد نانوذرات HA به دلیل ایجاد ساختار متراکم افزایش یافت. در ادامه از الکترولیت بهینه شده حاوی 15 گرم بر لیتر نانوذارت HA  به -منظور بررسی اثر پارامترهای الکتریکی بر ریزساختار و رفتار خوردگی پوشش استفاده شد. نتایج نشان داد که افزایش چگالی جریان منجر به افزایش درصد تخلخل¬ها و ضخامت پوشش شد. نتایج حاصل از آزمون¬های الکتروشیمیایی نشان دادند که مقاومت به خوردگی پوشش ایجاد شده در چگالی جریان 1 آمپر بر دسی مترمربع، در مقایسه با سایر نمونه¬ها در حدود 43 درصد افزایش یافت. همچنین در بررسی اثر چرخه کاری، نتایج نشان داد که پوشش ایجاد شده در چرخه کاری 50 درصد دارای ساختاری متراکم با اندازه میانگین حفرات 8/4 درصد دارای بهترین رفتار خوردگی بود. بررسی اثر زمان غوطه¬وری در محلول شبیه¬ساز بدن نشان داد که با افزایش زمان غوطه¬وری مقاومت به خوردگی پوشش¬ها ناشی از رشد هیدروکسی آپاتیت بر روی پوشش افزایش یافت. نتایج نشان داد که با پوشش¬دهی HA به روش اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی بر روی آلیاژ منیزیمی AZ31 مقاومت پلاریزاسیون 87 درصد افزایش یافت و این درحالی است که سطح زیست فعال در سطح ایجاد شد.

واژه¬های کلیدی: آلیاژ AZ31،  نانوذرات هیدروکسی آپاتیت، اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی،  امپدانس الکتروشیمیایی، پلاریزاسیون پتانسیودینامیک

 

 

 

 

Abstract

Through this survey, Hydroxyapatite (HA) coatings were produced on AZ31 magnesium by Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) process in alkaline electrolyte using a pulsed DC power supply.Hydroxyapatite nanoparticles were used in PEO coatings to analyze four various parameters including the influence of HA nanoparticles percentage (5, 10 & 15 g/l), current density (1, 2.1, 5.1 A/dm2), Duty cycle (20, 50 & 80 %) and Floating Duration (1, 3, 5 & 7 Days) on the coatings chemical composition and electrochemical behavior. Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Diffraction (XRD) and Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis were carried out to study the coatings microstructure and chemical composition. In order to evaluate the corrosion behavior of the PEO coatings in corrosive environment of simulated Body Fluid (SBF), Potentiodynamic Polarization technique and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) measurements were utilized. First, single-phase Hydroxyapatite (HA) nanoparticles were synthesized through chemical deposition process. Then through PEO process, HA nanoparticles were added to the alkaline electrolyte of 5 g/l Na3PO4 & 3 g/l Ca(OH)2 , with varied percentage of 5, 10 & 15, respectively. According to the results, with increase in HA nanoparticles percentage, the coatings porosity was reduced (6.7 %) and the coatings thickness increased (28.7 µm). XRD analysis confirmed the coatings chemical composition of HA & Magnesium Phosphate. Moreover, increased HA addition in electrolyte, resulted in the coatings denser microstructure and therefore enhanced corrosion resistance. Through the experiment, using the optimized concentration of 15 g/l of HA nanoparticles in the coating electrolyte, the effects of electrical parameters on the coatings corrosion behavior & microstructure were also determined. Moreover, measurements revealed that increasing the current density, yield increase in the coatings porosity and thickness. Based on electrochemical tests results, coating specimens produced using the current density of 1 A/dm2 demonstrated nearly 43 % increase in corrosion resistance. Furthermore, studying duty cycle effect on the coatings corrosion behavior proved that coatings produced in duty cycle of 50 %, have dense microstructure with the average pore size of 4.8 % and show the best corrosion resistance. Investigating the effect of floating duration on the coatings corrosion behavior, it was found that increased floating duration, could improve the corrosion resistance of the PEO coatings containing HA. The results showed that HA coatings by PEO process on AZ31 magnesium could effectively increase the corrosion resistance up to 200 times due to the created bioactive surface on the specimens.

Key Words:AZ31, HA nanoparticles, Plasma Electrolytic Oxidation (PEO), Electrochemical Impedance, Potentiodynamic polarization

 

 

 

 

مشخصات فردی:

نام و نام خانوادگی: راضیه چهارمحالی

محل تولد: همدان

تاریخ تولد: 07/06/1372

آدرس پست الکترونیکی: razieh.sma26@gmail.com

 

مدرک تحصیلی

رشته

دانشگاه محل تحصیل

معدل

کارشناسی

مهندسی متالوژی

بوعلی سینا

38/15

کارشناسی ارشد

مهندسی متالوژی- شناسایی و انتخاب مواد

بوعلی سینا

61/16

سوابق تحصیلی:

 

 

سوابق تحقیقاتی:

عنوان

سال

بهبود رفتار خوردگی آلیاژهای منیزیم در محیط شبیه ساز بدن

1394

 

مقاله علمی:

عنوان

مجله

تأثیر غلظت فسفات سدیم بر رفتار خوردگی پوشش­های ایجاد شده به روش اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی روی آلیاژ منیزیم  AZ31Bدر محلول شبیه ساز بدن

خوردگی

 

عضویت در انجمن­ها:

·        انجمن مهندسی خوردگی ایران

·         انجمن مهندسی سطح ایران

 

 

 

مهارت و توانمندی­ها:

·        آشنایی با آزمون­های خوردگی و الکتروشیمیایی

·        آشنایی با آزمون­های غیر مخرب

·        آشنای با دستگاه­های آنالیز کمی و کیفی

·        تسلط کامل بر نرم افزارهای office

·        تسلط کافی به نرم افزار گرافیکی Photoshop

·        تسلط کافی در ترجمه متون تخصصی مهندسی مواد