فهرست مطالب
فصلنامه مواد پیشرفته در مهندسی
سال چهل و یکم شماره 1 (بهار 1401)
- تاریخ انتشار: 1401/03/31
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 1-17
امروزه افراد بسیاری به دلیل صدمات وارده به بافت استخوان نیاز به استفاده و کاشت ثابت کننده های استخوانی دارند. به دلیل تحریک سیستم ایمنی پس از کاشت، عفونت در محل عمل بسیار رایج است که باعث ایجاد تورم و درد در ناحیه عمل می شود. استفاده از نانوذرات اکسید روی باعث کاهش عفونت در محل عمل و کاهش نیاز بیمار به مصرف آنتی بیوتیک می شود. هدف از انجام این پژوهش ساخت و مشخصه یابی اتصالات پلیمری آنتی باکتریال قابل جذب جهت کاربرد در بافت سخت است که بتواند نیاز بیمار به جراحی مجدد جهت خروج اتصالات دایمی را برطرف کند. برای این منظور از پلیمرهای زیست تخریب پذیر پلی لاکتیک اسید و پلی کاپرولاکتون و نانوذرات هیدروکسی آپاتیت و اکسید روی و همچنین حلال کلروفرم استفاده شد. برای ساخت نمونه ها از روش محلولی استفاده شد و با استفاده از هم حمام فراصوت و همزن مغناطیسی نمونه ها ساخته شد. جهت بررسی مورفولوژی داربست های ساخته شده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی استفاده شد. ارزیابی سمیت نمونه ها توسط آزمون MTT بررسی شد. رفتار نانوکامپوزیت ها در مقابل باکتری های اشریشیاکلای (ای کلای) و استافیلوکوکوس اوریوس (اس آریوس) توسط اندازه گیری قطر هاله عدم رشد بررسی شد. نتایج نشان داد که میزان قطر هاله عدم رشد در زمینه پلیمری در برابر باکتری ای کلای 0/219 ± 14/79 میلی متر و برای زمینه بهینه 0/341 ± 38/72 میلی متر بود. همچنین میزان قطر هاله عدم رشد در برابر باکتری اس آریوس در زمینه پلیمری 0/32 ± 17/42 میلی متر و برای ماتریس بهینه 0/318 ± 39/97 میلی متر اندازه گیری شد که نشان از فعالیت آنتی باکتریال نانوذرات اکسید روی دارد. همچنین مشاهده شد که سلول های فیبروبلاست روی سطح داربست های اصلاح شده زنده مانی بیشتری نسبت به داربست پلیمری داشتند. این نتایج نشان داد که اصلاح داربست ها با نانوذرات باعث مهار رشد باکتری در محیط کشت می شود. این مطالعه نشان داد که اضافه کردن نانوذرات اکسید روی باعث بهبود خاصیت ضد باکتریایی داربست ها و همچنین بهبود زندهمانی سلول ها و کاهش سمیت داربست می شود.
کلیدواژگان: هیدروکسی آپاتیت، اکسید روی، آنتی باکتریال، اشریشیاکلی، استافیلوکوکوس اورئوس -
صفحات 19-35
در این پژوهش، افزودن بازدارنده آلی متیونین (به عنوان بازدارنده دوست دار محیط زیست) به محیط 0/1 مولار اسیدسولفوریک برای فولاد زنگ نزن آستنیتی Lو316 (ساخته شده به روش نوردی و روش چاپ سه بعدی)، باعث بهبود مقاومت به خوردگی شده است. برای بررسی این تاثیرات از آزمون های الکتروشیمیایی پتانسیل مدار باز و امپدانس و آزمون های ساختاری همچون میکروسکوپ نوری و الکترونی و طیف سنجی فوتوالکترون پرتوی ایکس استفاده شد. مقاومت به خوردگی در حضور بازدارنده بیشتر از نمونه بدون بازدارنده بوده و بازده بازدارندگی متیونین تا 64 درصد و مقاومت انتقال سطحی تا 2/77 برابر افزایش یافت. افزودن متیونین علاوه بر کاهش ناهمواری سطح، باعث کاهش تجمیع حفرات سطحی شده است. مکانیزم جذب شیمیایی و فیزیکی بازدارنده (جذب سمت با بار منفی مولکول متیونین با نواحی آندی سطح فلز با بار مثبت) در همه نقاط سطح نمونه با بازدارنده، رخ داده است. همچنین میزان اکسیژن در حفرات کاهش یافته و توزیع گوگرد در سطح یکنواخت شده است. ضخامت لایه های اکسیدی رویین کننده در اثر افزودن بازدارنده، بیشتر از نمونه بدون بازدارده محاسبه شد.
کلیدواژگان: فولاد زنگ نزن L316، ذوب لیزری انتخابی، بازدارنده متیونین، خوردگی -
صفحات 37-58
در پژوهش حاضر، تاثیر افزودن Si3N4 بر ریزساختار، سختی و ضریب اصطکاک و نرخ سایش آلیاژ NiCrAlY بررسی شده است. خصوصیات ساختاری و مکانیکی نمونه های تولیدی توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی، دستگاه پراش سنج پرتو ایکس، دستگاه سختی سنجی ویکرز ارزیابی شد. ابتدا پودر Si3N4 به مقادیر 1، 3 و 5 درصد وزنی با پودر NiCrAlY به مدت 2 ساعت در آسیاب مکانیکی با یکدیگر مخلوط شدند؛ در ادامه مخلوط های پودری در دمای 1100 درجه سانتی گراد تحت عملیات تف جوشی پلاسمای جرقه ای (SPS)، قرار گرفتند. نتایج حاصل از الگوی پراش پرتو ایکس، نشان می دهد نمونه های تولیدی از دو فاز محلول جامد Ni(Cr)-وγ و ترکیبات بین فلزی NiAl-وβ تشکیل شده است. نتایج سختی سنجی نشان می دهد که با افزودن 1 درصد Si3N4 به NiCrAlY، سختی نمونه از 418 به 614 ویکرز افزایش می یابد. همچنین، نمونه مقاومت به سایش (mg/m) 10-5و× 1/42 از خود نشان می دهد؛ اما با افزایش درصد وزنی Si3N4 در نمونه 1 به 5 درصد وزنی، سختی از 614 به 543 ویکرز کاهش می یابد.
کلیدواژگان: نانو کامپوزیت NiCrAlY، تف جوشی پلاسمای جرقه ای، Si3N4 -
صفحات 59-79
در این پژوهش، خواص اتصال فولاد زنگ نزن آستنیتی 321 از دیدگاه ریزساختاری، مکانیکی و خوردگی مورد بررسی قرار گرفته شده است. به منظور دستیابی به عامل های بهینه فرایند جوشکاری قوسی تنگستن-گاز با جریان ضربانی (PCGTAW) از روش طراحی آزمایش تاگوچی استفاده شده است. در این فرایند جوشکاری، جریان ضربان در سه سطح 140،120 و 160 آمپر، جریان زمینه در سطح های 40، 50 و 60 آمپر، بسامدهای 2، 5 و 7 هرتز و درصد روشن بودن ضربان 30، 50 و 70 انتخاب شد. از آرایه متعامد L9 روش تاگوچی برای طراحی آزمایش استفاده شد. مقاومت به خوردگی در محیط 1 مولار H2SO4 توسط آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیک چرخه ای در دمای اتاق ارزیابی شد. به منظور دستیابی به شرایط بهینه چگالی جریان رویین شدن (A/cm2)، مشخصه کیفی هر چه کمتر بهتر (LB:وLow is Better) انتخاب شد. شرایط بهینه هنگامی حاصل شد که جریان زمینه و جریان ضربان 50 و 140 آمپر، بسامد 5 هرتز و درصد روشن بودن ضربان 50 بود. تحت شرایط بهینه لگاریتم چگالی جریان رویین شدن 4/5 (A/cm2) حاصل شد. از سوی دیگر آنالیز واریانس نشان داد که درصد زمان روشن بودن ضربان برابر با 36 و جریان زمینه برابر با 46 آمپر، تاثیر گذارترین عامل ها بر چگالی جریان رویین شدن اتصال فولاد زنگ نزن آستنیتی 321 با استفاده از فرایند PCGTAW هستند. ارزیابی خواص مکانیکی توسط آزمون سنبه برشی انجام شد. خواص مکانیکی هر یک از نمونه ها در محدوده مطلوب قرار داشت. در شرایط بهینه بیشینه نیروی برشی و استحکام به ترتیب برابر با Nو3200 و MPaو612 بود. سطح شکست نمونه های آزمون سنبه برشی شامل دو ناحیه تغییر فرم برشی و ناحیه شکست بود. همچنین بررسی ها نشان داد که مهم ترین عامل تاثیر گذار بر خواص اتصال فولاد زنگ نزن آستنیتی 321 حرارت ورودی است.
کلیدواژگان: فولاد زنگ نزن آستنیتی، جوشکاری قوسی تنگستن-گاز با جریان ضربانی، روش تاگوچی، آزمون سنبه برشی، آزمون خوردگی پتانسیودینامیک -
صفحات 81-95
نانوذرات مغناطیسی در گستره وسیعی از زمینه های علمی از قبیل سیالات مغناطیسی، کاتالیزورها، بیوتکنولوژی، پزشکی، ذخیره اطلاعات و اصلاح محیط زیست مورد توجه محققان هستند. یکی از این کاربردها مهم آنها درمان پزشگی است. اگرچه نانوذرات مغناطیسی فریت اسپینلی بعلت خواص مغناطیسی مطلوب برای اینگونه کاربردها مناسب هستند، اما عدم زیست سازگاری و تمایل به تشکیل آگلومره این نانوذرات در محلول های آبی، در این رابطه مشکل ساز است. یک روش موثر برای حذف یا به حداقل رساندن این مشکل، استفاده از برخی پوشش ها است. در این تحقیق، ابتدا نانوفریت های اسپینل آهن (FeFe2O4) و همچنین روی (ZnFe2O4) به روش همرسوبی معکوس و در حضور گاز نیتروژن سنتز شده و تشکیل فازهای مورد نظر توسط آزمون پراش اشعه ایکس تایید شد. رفتار مغناطیسی ذرات توسط مغناطیس سنج ارتعاشی تعیین شد. همچنین برای تعیین مورفولوژی و توزیع اندازه ذرات به ترتیب از میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی و آزمون پراکندگی نور دینامیکی استفاده شد. نتایج طیف سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه نشان داد که دو باند ʋ1، ʋ2 در فرکانس بالا و به ترتیب در cm-1و578-554 و cm-1و397-368 قرار دارد که هر دو مشخصه ساختار اسپینل هستند. سپس نانوذرات مغناطیسی فریت آهن توسط پلیمرهای تخریب پذیر کیتوسان و پلی اتیلن گلیکول پوشش داده شدند. بررسی تصاویر میکروسکوپی الکترونی عبوری و همچنین مشاهده طیف های مادون قرمز با تبدیل فوریه از نانوذرات پوشش داده شده، نشان داد که نانوذرات FeFe2O4 با مورفولوژی کروی شکل، پوشش دهی یکنواختی از پلیمرها بر روی آنها تشکیل شده است.
کلیدواژگان: نانومواد، فریت اسپینل، هم رسوبی معکوس، پوشش دادن، کیتوسان، پلی اتیلن گلیکول -
صفحات 97-111
آلیاژ منیزیم AZ91 ریختگی یکی از پرکاربردترین آلیاژهای منیزیم است. این آلیاژ به علت دمای یوتکتیک پایین و همچنین حضور ترکیبات بین فلزی در دمای یوتکتیک از جمله آلیاژهای حساس به ذوب‌شدگی در روش‌های جوشکاری ذوبی و جوش همزن اصطکاکی نقطه‌ای است. هدف از این پژوهش، مطالعه رفتار ذوب‌شدگی آلیاژ AZ91 در حین فرایند جوشکاری همزن اصطکاکی نقطه‌ای است. برای این منظور فرایند جوشکاری همزن اصطکاکی نقطه‌ای در دو سرعت چرخشی متفاوت 1000 و 2500 دور بر دقیقه و زمان ماند یک ثانیه بر روی ورق‌هایی از جنس AZ91 و با ضخامت 10 میلی‌متر انجام شد. نتایج نشان داد در سرعت چرخشی پایین پدیده غالب خردایش مکانیکی، توزیع مجدد و انحلال رسوبات γ است. درحالی که در سرعت چرخشی بالا پدیده غالب ذوب‌شدگی است. انجماد مجدد مذاب تشکیل شده منجر به جایگزینی ساختار یوتکتیک معمولی با ذرات γ یوتکتیک می‌شود. علاوه بر آن با نزدیک شدن به منطقه همزده شده ذوب‌شدگی تشدید می‌شود. همچنین حضور لایه مذاب در امتداد مرزدانه سبب کاهش استحکام مرز دانه و وقوع ترکیدگی ذوب‌شدگی می‌شود.
کلیدواژگان: جوشکاری همزن اصطکاکی نقطه ای، ذوب شدگی، انجماد مجدد، ترکیدگی ذوب شدگی
-
Pages 1-17
Today, many people need to use bone grafts and implants because of damage to bone tissue. Due to the stimulation of the immune system after implantation, infection at the operation site is very common, which causes swelling and pain in the operation area. The use of zinc oxide nanoparticles reduces infection at the operation site and reduces the patient's need for antibiotics. In the present study, the morphology of the scaffolds was investigated by field emission scanning electron microscope (FE-SEM). The toxicity of the samples was evaluated using MTT assay. The behavior of nanocomposites against Escherichia coli and Staphylococcus aureus was investigated by measuring the diameter of the growth inhibition zone. It was found that modification of scaffolds with nanoparticles caused a growth inhibition in bacterial culture medium. It was also observed that fibroblast cells on the surface of the modified scaffolds had longer survival than polymer scaffolds. This study showed that the addition of oxidizing nanoparticles improves the antibacterial properties of scaffolds and cell viability and reduces scaffold toxicity.
Keywords: Hydroxyapatite, Zinc oxide, Antibacterial, Escherichia coli, Staphylococcus aureus -
Pages 19-35
In this study, the addition of organic methionine inhibitor (as an eco-friendly inhibitor) to 0.1 M sulfuric acid media on corrosion resistance of 316L austenitic stainless steel (fabricated by rolling method and three-dimensional (3D) printing method) was investigated. Open-circuit potential electrochemical test and impedance, and structural tests such as optical and electron microscopy and x-ray photoelectron spectroscopy were conducted. The results showed that the corrosion resistance in the presence of inhibitor was higher than the sample without inhibitor and the inhibitory efficiency of methionine was increased up to 64% and the resistance to surface transfer between metal oxide and electrolyte was improved up to 2.77 times. The addition of methionine reduced the surface roughness and accumulation of the surface cavities. The chemical and physical adsorption mechanism of the inhibitor (negatively charged side adsorption of the methionine molecule with positively charged anodic regions of the metal surface) occurred at all points on the surface of the sample with the inhibitor. Also, the amount of oxygen in the cavities was reduced and the distribution of sulfur was uniform. The thickness of the passivator oxide layers was calculated more than the sample without inhibition due to the addition of inhibitor.
Keywords: 316L Stainless Steel, Selective Laser Melting, Methionine Inhibitor, Corrosion -
Pages 37-58
The present research has examined the effect of adding Si3N4 on the mechanical and structural properties of NiCrAlY alloy. The structural and mechanical properties of the manufactured samples were characterized by SEM, XRD, micro-hardness evaluation and pin on disk wear test. Various concentrations of Si3N4 powder (1, 3, and 5 wt.%) were mixed with NiCrAlY powder using a mechanical ball mill. Next, the mixtures were sintered at 1100 °C using the spark plasma sintering (SPS) technique. The XRD patterns indicated that the samples were composed of two phases of solid solution γ-Ni(Cr) and intermetallic compounds β-NiAl. The results of micro-hardness measurements showed that adding 1% Si3N4 to NiCrAlY enhanced the hardness from 418 to 614 HV. However, with an increase in the Si3N4 content from 1 to 5 wt%, the hardness diminished from 614 to 543 HV, and by Adding Si3N4 to the NiCrAlY, its tribological properties were significantly improved.
Keywords: NiCrAlY nanocomposite, spark plasma sintering, Si3N4 -
Pages 59-79
This research investigated the bonding properties of AISI 321 austenitic stainless steel from microstructural, mechanical, and corrosion points of view. To obtain the optimal parameters of pulsed current gas tungsten arc welding (PCGTAW), the Taguchi method was used. A cyclic potentiodynamic polarization test evaluated the corrosion resistance of the welded samples. The optimal conditions were achieved when the background current, the pulse current, the frequency, and the percentage of the pulse on time were 50 amps, 140 amps, 5 Hz, and 50, respectively. On the other hand, the analysis of variance showed that the percentage of pulse on time equal to 36 and the background current equal to 46 amperes were the most influential factors on the surface current density of the austenitic stainless steel 321 connection using the PCGTAW process. The mechanical properties were assessed using punch shear testing. In the optimal condition, the maximum shear force and strength were 3200 N and 612 MPa, respectively. The results showed that the most critical factor affecting the bonding properties of 321 steel was the heat input.
Keywords: AISI 321 austenitic stainless steel, PCGTAW, Taguchi method, Shear punch test, potentiodynamic polarization test -
Pages 81-95
Magnetic nanoparticles are of interest in various research fields such as magnetic fluids, catalysts, biotechnology, medicine, information storage, and environmental issues. However, spinel ferrite magnetic nanoparticles with proper magnetic properties could not be used alone in these applications because of their lack of biocompatibility and instability in aqueous solutions. Surface coating is an effective strategy to eliminate or minimize this issue. In this study, FeFe2O4 and ZnFe2O4 spinel ferrites were synthesized using the reverse co-precipitation method under a nitrogen gas atmosphere. The magnetic behavior of the particles, determined by a vibrating magnetometer (VSM) showed the saturation magnet (Ms) values of the FeFe2O4 and ZnFe2O4 spinel. Fourier-transform infrared (FTIR) spectra showed two high-frequency bands v1 and v2 at about 554-578 and 368-397 cm-1, respectively, which were related to the spinel structure. Finally, the synthesized FeFe2O4 nanoparticles were coated with chitosan and polyethylene glycol (PEG) biopolymers. The TEM and FTIR analysis indicated that the magnetic nanoparticles were uniformly coated by the biopolymers.
Keywords: Nanomaterials, Spinel ferrite, Reverse co-precipitation method, Coating, Chitosan, Polyethylene glycol -
Pages 97-111
Cast AZ91 alloy is one of the most used magnesium alloys, which is sensitive to liquation in the fusion weld method,s and friction stir spot welding due to low eutectic temperature and the presence of the intermetallic compound in eutectic temperature. In this research, the liquation behavior of AZ91 alloy during friction stir spot welding was investigated. The process was carried out at two rotation speeds of 1000 and 2500 rpm and a dwell time of 1 second on the plate of AZ91 with a 10 mm thickness. Microstructural characterization was carried out using optical and scanning electron microscopes. The results showed that at low rotation speed (1000 rpm), mechanical grinding redistribution and dissolution of 𝛾-Mg17Al12 precipitates occurred. While at high rotation speed (2500 rpm), the predominant phenomenon was liquation. In this condition, the liquation initiated around the 𝛾 phase, and then the liquid re-solidified, leading to the typical eutectic structure instead of initial 𝛾 precipitates. Moreover, the liquation intensified by approaching the stirred zone. Also, the presence of liquid film along grain boundaries resulted in decreased grain boundary strength and liquation cracking.
Keywords: Friction stir spot welding, Liquation, Re-solidification, Liquation cracking
©2000-2024 magiran.com All Rights Reserved.