رفتن به محتوای اصلی
x
سنتز، مشخصه یابی و بهینه سازی خواص آلیاژ آنتروپی بالای CoCrFeMoNi به عنوان جایگزینی برای ساخت استنت های فلزی بدون پوشش
تاریخ دفاع
استاد

علي اشرفي

دانشکده
مهندسی مواد

در سال‌های اخیر آلیاژهای آنتروپی بالا مسیر جدیدی برای توسعه مواد پیشرفته با خواص منحصربه‌فرد معرفی کرده‌اند به‌طوری‌که این آلیاژها در زمینه‌های طراحی و تولید آلیاژهای مناسب برای کاربردهای پزشکی و صنعتی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. باوجود گزینه‌های مختلف در انتخاب مواد اولیه، پیشرفت‌های فراوانی در فن‌آوری‌های ساخت و اصلاح سطح، 50% عدم موفقیت استنت‌ها یک چالش بزرگ برای دانشمندان و پزشکان است. با توجه به اینکه بیماری‌های قلبی عروقی عامل اصلی مرگ‌ومیر در کشورهای مختلف است، نیاز به استنت‌هایی با خواص بهتر برای جامعه علمی و پزشکی بسیار مهم است. در راستای دستیابی به آلیاژی با خواص ارتقاءیافته برای تولید استنت‌ها، ترکیب جدیدی از نوع آلیاژ آنتروپی بالای CoCrFeMo0.45Ni پیشنهاد شد. با توجه به پیشینه تحقیقاتی انتظار می‌رود این آلیاژ خواص مکانیکی مناسب (ترکیبی از استحکام و انعطاف‌پذیری)، رفتار مقاومت به خوردگی بالایی داشته باشد. به منظور تولید شمش‌­های همگن، بدون تخلخل و با ساختار شیمیایی یکنواخت از روش VAR استفاده گردید. با توجه به نتایج آزمون DSC و پیش‌بینی ترمودینامیکی CALPHAD دمای ? 1200 به مدت 12 ساعت برای انجام فرایند همگن‌سازی انتخاب گردید. درنهایت نمونه همگن‌شده با مقدار کار سرد 20 تا 70 درصد به‌صورت ورق‌های با ضخامت نهایی µm 100 آماده شد. سیستم‌های آلیاژی حاصل با ترکیب کلی CoCrFeMo0.45Ni عمدتاً شامل فاز FCC و ترکیبات بین‌فلزی غنی از Mo بود. بررسی ریزساختاری، خواص مکانیکی و رفتار خوردگی این نمونه‌ها نشان داد که طی مراحل نورد سرد متوالی، با دستیابی به ریزدانگی بالاتر، چگالی بالایی از نابجایی و دوقلویی‌ها، استحکام بالایی در حدود 800 تا MPa 1400 حاصل شد. در ادامه با انجام آنیل در سه دمای 950، 1050 و ? 1150 بر روی نمونه‌ی 60 درصد نورد سرد شده، انعطاف‌پذیری نمونه‌های نورد سرد شده تا 55% افزایش یافت. این نمونه‌ها استحکام و انعطاف‌پذیری قابل‌مقایسه‌ای با آلیاژهای مورداستفاده در ساخت ایمپلنت‌های مشابه شامل فولاد زنگ نزن، نایتینول و آلیاژهای پایه CoCrMo نشان دادند. همچنین تمامی نمونه‌ها خواص مقاومت به خوردگی بالاتری نسبت به ورق 316L که به روش مشابه نورد شده، نشان دادند. در این میان خواص مقاومت به خوردگی نمونه 60 درصد نورد سرد شده، با توجه به مشخصه‌های ریزساختاری بهبود قابل‌توجهی (تا حدود 64 درصد) در میان سایر نمونه‌ها نشان داد. تشکیل فیلم روئین از ترکیبات اکسیدی Cr، Mo و هیدروکسیدهای Cr و Ni عاملی بر بهبود مقاومت به خوردگی این آلیاژ بوده است؛ همچنین نتایج آزمون ICP پس از سه ماه غوطه‌وری، کاهش قابل‌توجهی در میزان رهایش یون‌های محلول نظیر نیکل (حداقل تا 60 برابر) نسبت به نمونه‌ی L316 نشان داد. بر اساس دستورالعمل‌های سازمان مواد غذایی و دارویی ایالات متحده آمریکا، نیکل به عنوان مانعی بر بهبود آسیب ناشی از گرفتگی، عامل تنگی مجدد رگ و ایجاد حساسیت بوده است. از سوی دیگر نتایج آزمون CPP، حساسیت تمامی نمونه‌ها به خوردگی حفره‌ای را نشان داد. این رفتار را می‌توان با انحلال ترجیحی یون‌های آهن در الکترولیت به دلیل پایداری کم گونه‌های آهن در مقایسه با عناصر Co، Cr، Fe و Mo توضیح داد. نتایج آزمون کشت سلول HUVEC پس از 1، 3 و 7 روز نشان داد که نمونه‌های آنیل شده عملکرد بسیار مناسب زیستی ارائه می‌دهند که با نمونه آلیاژ MP35 قابل‌مقایسه است. بررسی زنده‌مانی سلولی طی 7 روز، نمونه‌های نورد سرد شده را در طبقه‌بندی (0-1) عدم سمیّت/حداقل مقدار سمیّت قرار داد. همچنین بر اساس نتایج آزمون همولیز، غیرهمولیتیک بودن تمامی نمونه‌ها را تأیید کرد که در این میان نمونه‌ی 60 درصد نورد سرد شده حتی نسبت به نمونه‌ی MP35 رفتار خون سازگاری بهتری داشت. طبق تحقیقات انجام شده و مقایسه نتایج با مواد استنت تجاری نشان داد که آلیاژ آنتروپی بالای CoCrFeMo0.45Ni پتانسیل تبدیل‌شدن به ماده پایه در کاربردهای ایمپلنت استنت را دارد.  

  

تحت نظارت وف ایرانی