تاثیر عملیات حرارتی، نورد گرم و آندایزینگ بر رفتار خوردگی آلیاژ زیست سازگار منیزیم حاوی روی، کلسیم و عناصر نادر خاکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران)

چکیده

در این پژوهش اثر عملیات حرارتی همگن‌سازی و عملیات مکانیکی نورد گرم بر ریزساختار و رفتار خوردگی آلیاژ پایه منیزیم سازگار با محیط بدن حاوی روی، کلسیم و عناصر نادر‌خاکی، مورد بررسی قرار گرفته‌است. در ادامه به منظور بهبود خواص خوردگی، فرایند آندایزینگ با استفاده از روش HAE، در ۳ چگالی جریان و ۲ زمان مختلف روی هریک از نمونه‌ها انجام شد و لایه‌ی اکسیدی حاصل توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد مطالعه قرار گرفت. آزمایش خوردگی در محلول PBS، در دمای ۳۷ درجه سانتی‌گراد و به روش غوطه‌وری انجام گرفت و کاهش وزن نمونه‌ها اندازه‌گیری شد. نتایج به دست آمده نشان داد که عملیات حرارتی همگن‌سازی سبب یکنواخت شدن ساختار و بزرگ شدن اندازه دانه شده و تأثیر مطلوبی بر مقاومت به خوردگی آلیاژ داشته و باعث کاهش ۲۰ درصدی نرخ خوردگی شده است. فرایند نورد داغ انجام شده نیز سبب افزایش اندازه دانه و همچنین کاهش ۹ درصدی نرخ خوردگی شده‌است. همچنین فرایند آندایزینگ به طور کلی تأثیر مطلوبی بر خواص خوردگی نمونه‌ها داشته و در بهترین شرایط مشاهده شده، کاهش ۸۰ درصدی در نرخ خوردگی را همراه داشته‌است. تأثیر زمان و چگالی جریان اعمالی فرایند آندایزینگ نیز مورد مطالعه قرار گرفت که نتایج حاصل برای هریک از نمونه‌ها تأثیر متفاوتی را نشان داده‌اند.

کلیدواژه‌ها


1. Kumta, Prashant N., et al. Degradable magnesium-based implant devices for bone fixation, U.S. Patent Application No. 15/750, 219.
2. Xin, Y., Tao Hu, and P. K. Chu. In vitro studies of biomedical magnesium alloys in a simulated physiological environment: a review, Acta biomaterialia, 7.4 (2011) 1452-1459.
3. Gu, Xue-Nan, and Yu-Feng Zheng. A review on magnesium alloys as biodegradable materials, Frontiers of Materials Science in China, 4.2 (2010) 111-115.
4. Staiger, Mark P., et al., Magnesium and its alloys as orthopedic biomaterials: a review, Biomaterials, 27.9 (2006): 1728-1734.
5. Harandi, Shervin Eslami, et al. Effect of calcium content on the microstructure, hardness and in-vitro corrosion behavior of biodegradable Mg-Ca binary alloy, Materials Research, 16.1 (2013): 11-18.
6. Xin, Yunchang, et al. Corrosion behavior of biomedical AZ91 magnesium alloy in simulated body fluids, Journal of Materials Research 22.7 (2007) 2004-2011.
7. Witte, Frank, et al. In vivo corrosion of four magnesium alloys and the associated bone response, Biomaterials, 26.17 (2005): 3557-3563.
8. Witte, Frank, et al. In vitro and in vivo corrosion measurements of magnesium alloys, Biomaterials, 27.7 (2006) 1013-1018.
9. Witte, Frank, et al., Biodegradable magnesium–hydroxyapatite metal matrix composites, Biomaterials, 28.13 (2007) 2163-2174.
10. Witte, Frank, et al., Degradable biomaterials based on magnesium corrosion, Current opinion in solid state and materials science, 12.5-6 (2008) 63-72.
11. Sigel H. Metal Ions in Biological System. New York: Marcel Dekker Inc, (1986).
12. Seiler H G, Sigel H. Handbook on Toxicity of Inorganic Compounds. New York: Marcel Dekker Inc, (1988).
13. Wu, C. S., et al., Study on the anodizing of AZ31 magnesium alloys in alkaline borate solutions, Applied Surface Science253.8 (2007) 3893-3898.
14. Kainer, K. U., ed, Magnesium alloys and technology. John Wiley & Sons, (2003).
15. Mizutani, Y., et al., Anodizing of Mg alloys in alkaline solutions, Surface and Coatings Technology, 169 (2003) 143-146.
16. Aung, Naing Naing, and Wei Zhou, Effect of grain size and twins on corrosion behaviour of AZ31B magnesium alloy, Corrosion Science, 52.2 (2010) 589-594.
17. Yin, D. L., et al, Warm deformation behavior of hot-rolled AZ31 Mg alloy, Materials Science and Engineering: A392.1-2 (2005) 320-325.
18. Wu, Chao-yun, and Jin Zhang, State-of-art on corrosion and protection of magnesium alloys based on patent literatures, Transactions of Nonferrous Metals Society of China 21.4 (2011) 892-902.
19. Shi, Zhiming, Ming Liu, and Andrej Atrens. Measurement of the corrosion rate of magnesium alloys using Tafel extrapolation, Corrosion science, 52.2 (2010) 579-588.
20. Song, Guangling, and Andrej Atrens. Understanding magnesium corrosion—a framework for improved alloy performance, Advanced engineering materials, 5.12 (2003): 837-858.
21. Standard, A. S. T. M., Standard practice for laboratory immersion corrosion testing of metals, American Society for Testing and Materials, G31-72 (2004).
22. Lei, T., et al., Enhanced corrosion protection of MgO coatings on magnesium alloy deposited by an anodic electrodeposition process, Corrosion Science, 52(10)(2010) p. 3504-3508.
23. Joni, M. S., & Fattah-alhosseini, A., Effect of KOH concentration on the electrochemical behavior of coatings formed by pulsed DC micro-arc oxidation (MAO) on AZ31B Mg alloy, Journal of Alloys and Compounds, 661(2016)237-244.
24. Song, G. L., & Shi, Z. Corrosion mechanism and evaluation of anodized magnesium alloys, Corrosion Science, 85(2014) 126-140.
25. رحیمی, محمدرضا؛ روح اله مهدی نوازاقدم؛ محمود حیدرزاده سهی؛ علی حسین رضایان قیه باشی و مریم اطلاعی، ، بررسی تاثیر زمان فرآیند آندایزینگ بر رفتار خوردگی آلیاژ منیزیم AZ31 در محیط شبیه ساز بدن، هفتمین کنفرانس بین‌المللی مهندسی مواد و متالورژی و دوازدهمین همایش ملی مشترک انجمن مهندسی متالورژی و مواد ایران و انجمن ریخته گری ایران، تهران، سازمان توسعه و نوسازی معادن و صنایع معدنی ایران-انجمن مهندسی متالورژی ایران و انجمن علمی ریخته گری ایران،(۱۳۹۷).
 
26. Vanysek, Petr. Electrochemical series, CRC handbook of chemistry and physics 8 (2000).
27. Chen, Yongjun, et al, "Recent advances on the development of magnesium alloys for biodegradable implants, Acta biomaterialia 10.11 (2014) 4561-4573.
28. Vlček, Marián, et al, Microhardness and in vitro corrosion of heat-treated Mg–Y–Ag biodegradable alloy, Materials 10.1 (2017) 55.
29. Shahri, Seyed Morteza Ghaffari, et al. Effect of solution treatment on corrosion characteristics of biodegradable Mg–6Zn alloy, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 25.5 (2015) 1490-1499.