رفتن به محتوای اصلی
x
تأثیر عملیات سطحی و عنصر مس بر ریزساختار و خواص بیوخوردگی قطعات فولادی زنگ نزن 316L ساخته شده به روش ذوب بستر پودر با لیزر
تاریخ دفاع
استاد

مرتضي شمعانيان اصفهاني

دانشکده
مهندسی مواد

فناوری ساختافزودنی فلزات بر مبنای ساخت لایه‌‌به‌لایه قطعات به عنوان یکی از روش‌های نوظهورساخت و تولید با هدف توسعه آلیاژهای جدید، تولید قطعات پیچیده، کاهش مراحل تولید وساخت قطعات با کیفیت بالا توسعه یافته است. هدف از تحقیق حاضر بررسی اثر عملیاتسطحی پولیش با لیزر و ساچمه زنی بر ریزساختار، مقاومت به خوردگی و زیست سازگاری آلیاژفولاد زنگ نزن آستنیتی 316 تولید شده با روش ذوب بستر پودر با لیزر است. همچنین،در پژوهش حاضر جهت توسعه آلیاژ جدید و بهبود خواص زیست سازگاری آلیاژ فولاد زنگنزن آستنیتی L316 ، آلیاژسازی درجا با عنصر مس با روش ذوب بستر پودر با لیزر انجامشد. بدین منظور، در فاز اول، نمونه‌های استوانه‌ای ‌شکل فولاد زنگ نزن با پارامترهایبهینه تولید شد. سپس عملیات سطحی پولیش با لیزر و ساچمه زنی بر روی نمونه‌ها انجامپذیرفت. در ادامه ویژگی‌های سطحی نمونه تولید شده و عملیات شده توسط آزمون‌هایزبری سنجی، تنش پسماند و ریز سختی مورد ارزیابی قرار گرفتند. همچنین، ریزساختارنمونه‌ها با استفاده از میکروسکوپ‌‌های الکترونی نوع روبشی و روبشی گسیل میدانی(مجهز به آشکارساز پراش الکترون‌های برگشتی) مشخصه‌یابی شد. علاوه بر آن، آزمون‌هایخوردگی در محلول شبیه سازی بدن انجام شد. بر اساس نتایج بدست آمده، نمونه پولیششده با لیزر، سطحی صاف با تنش پسماند کششی بالا نسبت به نمونه تولید شده نشان دادکه منجر به کاهش پتانسیل حفره‌ای و تشکیل لایه رویین با عیوب نقطه‌ای بیشتر شد. تجزیه و تحلیلریزساختار بر روی سطح نمونه‌های ساچمه زنی شده نشان داد که چگالی بالای عیوب شبکه‌ایو ریز کرنش موضعی باعث افزایش ریزسختی و ایجاد تنش پسماند فشاری در سطح شده است. با توجه به تجزیه و تحلیل طیف سنجیفوتوالکترون اشعه ایکس مشخص شد که فیلم لایه رویین موجود در سطح نمونه ساچمه زنی‌شدهحاوی اکسید کروم بیشتری نسبت به نمونه ساخته شده است. نتایج حاصل ازبررسی رفتار خوردگی بیانگر محدوده رویین گسترده‌تر در اندازه‌گیری‌های پلاریزاسیونچرخه‌ای پتانسیودینامیک، مقاومت پلاریزاسیون بالاتر در اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجیامپدانس الکتروشیمیایی و فیلم رویین با عیوب نقطه‌ای کمتر در آنالیز موت-شاتکی براینمونه‌ ساچمه زنی شده نسبت به نمونه تولید شده بود.   زبری سطح پایین، چگالی نقص کریستالی بالا و تنش‌پسماند فشاری مقاومت لایه رویین را در برابر انتقال عیوب نقطه‌ای افزایش داده کهمنجر به بهبود   مقاومت حفره‌ای شده است. نتایجشبیه سازی نیز نشان داد که افزایش مسیرهای نفوذ عنصری به سطح از جمله مرزدانه منجربه تشکیل سریع‌تر و یکنواخت‌تر لایه اکسیدی بر روی فولاد زنگ‌نزن شد. همچنین،تجزیه و تحلیل زیست فعالی نشان دهنده افزایش تمایل تشکیل آپاتیت به دلیل ترشوندگیبهتر و انرژی سطحی بالا برای نمونه‌های عملیات سطحی شده است. بررسی زیست سازگاریدر شرایط آزمایشگاهی و تکثیر سلولی برای نمونه ساچمه زنی شده نتایج مثبتی را نسبتبه نمونه ساخته شده ایجاد کرد که می تواند در اثر افزایش عیوب کریستالی سطح و انرژیسطحی باشد. در فاز دوم، نمونه‌های مکعبی ‌شکل فولاد زنگ نزن حاوی مس توسطآلیاژسازی درجا فولاد زنگ نزن با عنصر مس با روش ذوب بستر پودر با لیزر ساخته شد واثر گذاری عنصر مس بر ریزساختار و خواص زیستی مورد بررسی قرار گرفت. باتوجه به تجزیه و تحلیل آزمون پراش اشعه ایکس، اتم مس حین فرایند ساخت افزودنی دربستر پودر با لیزر در زمینه آستنیت فولاد زنگ نزن حل شده است. مشاهدات ریزساختارینشان داد که ساختار سلولی انجمادی با ابعاد کم‌تر از یک میکرومتر در زمینه آستنیتیتشکیل شده است. مقایسه بین ریزساختار نمونه‌های بدون مس و حاوی مس، نشان داد که بهترتیب تشکیل سلول‌های 77/0 میکرومتر و68/0 میکرومتر ناشی از سرعت سرد شدن K/s106×1/1 و K/s 106× 8/1 است. بنابراین، می‌تواننتیجه گرفت که افزودن مس باعث افزایش سرعت سرد شدن نمونه‌های فولاد زنگ نزن L316 شدهاست. علاوه بر این، نقشه‌های توزیع عناصر آلیاژی تأیید کردند که جدایش عنصر مس درمرزهای سلولی و همچنین روی اکسیدهای فلزی انجام شده است.با توجه به تجزیه و تحلیلطیف سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس ، فیلم لایه رویین موجود در سطح فولاد زنگ نزن حاویمس از Fe/Cr/Cu)xOy ) تشکیل شده است. آزمایش‌هایالکتروشیمیایی نشان داد که یک لایه سطح اکسید رویین ضخیم‌تر و با عیوب بیشتر رویفولاد زنگ نزن حاوی مس ایجاد شده است که به طور قابل‌توجهی مقاومت خوردگی حفره‌ایرا تحت شرایط آزمایشی مورد بررسی تضعیف کرد. بررسی رفتار ضد باکتری و تکثیر سلولیبرای فولاد زنگ نزن حاوی مس نتایج مثبتی را به همراه داشت که نشان‌دهنده این بودکه رهایش یون مس نقش مهمی در از بین بردن باکتری‌ها و افزایش اتصال س

تحت نظارت وف ایرانی