فهرست مطالب

نشریه مهندسی متالورژی و مواد
سال سی و پنجم شماره 2 (پیاپی 34، تابستان 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/04/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مینا پرنیان، سید مجتبی زبرجد* صفحات 1-13

    در مطالعه ی حاضر، طرح جدیدی برای ساخت داربست های پلی-کاپرولاکتون(PCL)/ژلاتین(GEL)/کیتوسان(CS) به منظور افزایش عملکرد در مهندسی بافت عروق پیشنهاد شده است. از پلیمر مصنوعیPCL جهت بالا بردن خواص مکانیکی داربست و همچنین از دو پلیمر طبیعی GEL و CS به عنوان عوامل موثر در تحریک و تکثیر سلول ها استفاده شده است. کامپوزیت های سه تایی پلی کاپرولاکتون-ژلاتین-کیتوسان با نسبت های مختلف وزنی پلی کاپرولاکتون (70،80،90 و 60) به روش الکتروریسی دو طرفه ساخته شدند. نمونه ها در معرض بخار گلوتارآلدهید با غلظت 25 درصد وزنی اتصال عرضی داده شدند. ارزیابی میکروسکوپی نشانگر تشکیل مناسب کامپوزیت مذکور می باشد. آنالیز FTIR پیوند بین اجزاء در نمونه های کامپوزیتی را تایید کرد. همچنین نتایج حاصل از آزمون زاویه تماس آب نشان از آبدوست شدن داربست زمینه PCL با افزودن ژلاتین و کیتوسان می باشد. به طوریکه زاویه تماس PCL خالص از 98 درجه به حدود 22 درجه با حضور ژلاتین و کیتوسان می رسد. ارزیابی تخریب پذیری در محلول فسفات بافر سالین نشان داد که کاهش وزن داربست های ساخته شده با گذشت زمان از 1 تا 28 روز برای همه ی داربست ها اتفاق می-افتد. با توجه به اینکه ماهیت پلی کاپرولاکتون آب گریز و ماهیت ژلاتین-کیتوسان آب دوست می باشد، بیشترین میزان تخریب در الیاف ژلاتین-کیتوسان با بیش از 50 درصد تخریب پس از 28 روز و کمترین میزان تخریب مربوط به نمونه حاوی 70 درصد وزنی PCL با کمتر از 23 درصد تخریب پس از 28 روز می باشد.

    کلیدواژگان: پلی کاپرولاکتون، ژلاتین، کیتوسان، داربست، الکتروریسی
  • مسعود صحرائی، علی محمد ناصریان نیک*، حمید سازگاران صفحات 15-30
    فوم های فلزی یا فلزات سلولی خانواده ای از مواد نو و پیشرفته به شمار می آیند که با توجه به ویژگی های منحصر به فردشان، امکان زیادی برای توسعه در سال های آینده خواهند داشت. پژوهش حاضر به ساخت فوم های فلزی از جنس فولاد زنگ نزن L316 که کاربردهای نسبتا وسیعی در صنایع پزشکی (به ویژه ساخت ایمپلنت ها) دارد، می پردازد. برای این منظور، از روش متالورژی پودر و انحلال دانه های کروی اوره در آب به عنوان فضا نگه دارنده استفاده شد. اندازه گیری تخلخل، ارزیابی دیواره سلول ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و آزمون فشار روی نمونه های فولادی انجام شد. اثر میزان تخلخل و فشار اعمالی در طی فرآیند تولید روی رفتار مکانیکی فوم های تولیدی مورد مطالعه قرار گرفته است. علاوه بر این، برای اولین بار، آزمون فشار توسط مدل صریح المان محدود فوم فولادی با 30 درصد تخلخل شبیه سازی شد. نتایج حاکی از آن است که بیشترین استحکام تسلیم، استحکام نهایی و ناحیه پلاتو در فوم فولاد زنگ نزن با 30 درصد وزنی اوره و فشار اعمالی برابر با 250 مگاپاسکال رخ داده است. تصاویر میکروسکوپی بیانگر آن است که اتصال ذرات آهن به خوبی صورت گرفته است و سلول ها مطابق با هندسه دانه های اوره، کاملا کروی شکل هستند. علاوه بر این، مکانیزم تخریب نمونه های آزمایشگاهی و نمونه های شبیه سازی شده تقریبا شبیه یکدیگر رخ می دهد.
    کلیدواژگان: فوم فولاد زنگ نزن، ذرات کروی اوره، فشار، فضاساز
  • حمید سازگاران*، هادی نصیری صفحات 31-50

    در این پژوهش، فوم های سربی حاوی نانوذرات آلومینا (0، 1/0، 2/0، 4/0 و 8/0 درصد وزنی) به روش متالورژی پودر مبتنی بر استفاده از فضاساز قابل انحلال (دانه های اوره) تولید شدند. نحوه ی انحلال دانه های اوره، میزان تخلخل و رفتار فشاری فوم های تولیدی و همچنین ریزساختار دیواره سلول ها توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدان مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاکی از آن است که در طی فرآیند غوطه وری چندمرحله ای، حدود 80 درصد وزنی از دانه های اوره، پس از هفت مرحله، انحلال یافتند. تصاویر به دست آمده از میکروسکوپ نوری نشان داد که اتصال بسیار خوبی بین ذرات پودر سرب بعد از تف جوشی ایجاد شده است. علاوه بر این، با افزایش درصد وزنی نانوذرات آلومینا، میزان تخلخل فوم های سربی که در محدوده 80 تا 83 درصد اندازه گیری شده است، افزایش می یابد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی و نقشه های اسپکتروسکوپی اشعه ایکس تولید شده توسط پرتو الکترونی بیانگر توزیع نسبتا یکنواخت نانوذرات آلومینا در دیواره سلول ها است. رفتار فشاری فوم های سربی ابتدا با افزودن نانوذرات آلومینا (1/0 درصد وزنی) افت می کند و سپس، با افزایش آن ها تا 4/0 درصد وزنی بهبود و در ادامه، در نمونه های حاوی 8/0 درصد وزنی آلومینا کاهش رخ می دهد.

    کلیدواژگان: فوم سرب، نانو-ذرات آلومینا، تخلخل، ریزساختار، ویژگی های فشاری
  • مهران قدرتی، سید مهدی رفیعائی* صفحات 51-64
    در پژوهش حاضر ابتدا سرامیک زیستی آلومینات منیزیوم (MgAl2O4) با اندازه ذرات 27 تا 40 نانومتر به روش سنتز احتراقی تولید شد. همچنین کامپوزیتهای زمینه پلیمری PLA/MgAl2O4 با استفاده از روش های جوشی لایه نشانی مذاب (FDM) و دوغابی ساخته شده و خواص آنها مورد مطالعه و مقایسه قرارگرفت. برای بررسی خواص کامپوزیتهای تولید شده آنالیزهای پراش پرتو ایکس(XRD) ، میکروسکوپ الکترونی روبشی (FE-SEM)، طیف سنج فروسرخ FT-IR)) و طیف سنجی پلاسمای جفت شده القایی (ICP) بخدمت گرفته شدند. نتایج XRD نشان داد که در نمونه های کامپوزیتی که به روش FDM سنتز می شوند PLA از بلورینگی بیشتری نسبت به روش دوغابی برخوردار است که این امر ناشی از سرد شدن نسبتا آهسته مذاب پلیمر است. برای بررسی خواص زیست فعالی این کامپوزیت از محلول شبیه سازی شده ی بدن (SBF) استفاده شده و نتایج حاصل از آزمون ICP نشان داد که میزان کلسیم و فسفر در هفته ی چهارم در نمونه ی پرینت شده PLA/MgAl2O4 در بالاترین مقدار و به ترتیب برابر mg/L77 و mg/L40 بوده اند. این نتایج نشان می دهند که فرآوری این کامپوزیتها به روش پرینت سه بعدی، تخریب پذیری بیشتری را نسبت به روش دوغابی به ارمغان آورده و از مرغوبیت بالاتری برای مصارف زیستی برخوردار است.
    کلیدواژگان: اسپینل آلومینات منیزیوم، سنتز احتراقی، داربست زمینه پلیمری، لایه نشانی مذاب، دوغابی
  • سمانه صاحبیان*، محسن حداد سبزوار، علی شجری، فاطمه نجارنیا صفحات 65-76

    استفاده از توزیع تجمعی فاز ثانویه در کامپوزیت یکی از راه های موثر برای کاهش آستانه نفوذ الکتریکی، افزایش رسانایی و بهبود محافظت ماده در برابر امواج الکترومغناطیس می باشد. در این پژوهش از فرآیند اختلاط مکانیکی و پرس گرم برای ساخت کامپوزیت های پلی اتیلن/کربن سیاه، با توزیع تجمعی و تصادفی استفاده شد. تصاویر میکروسکوپی الکترونی نشان داد که در طی فرایند اختلاط مکانیکی، پوشش دهی پلیمر با کربن سیاه به خوبی انجام شده است. علاوه براین، نتایج انطباق مطلوبی را بین پوشش دهی مطلوب کربن بلک بر سطح پلی اتیلن با دانسیته بالا و بهبود رسانایی الکتریکی در ساختار سگرگیت را نشان می دهد. در نمونه حاوی 2 درصد وزنی کربن سیاه با ایجاد ساختار تجمعی رسانایی الکتریکی نسبت به ساختار تصادفی، حدود 3000 برابر افزایش یافت. با استفاده از آزمون تحلیلگر شبکه برداری مشاهده شد با افزایش میزان کربن سیاه از 2 به 5 درصد وزنی، بیشینه میزان محافظت الکترومغناطیس کامپوزیت از6 dB به dB 16 افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: کامپوزیت پلیمری رسانا، محافظت الکترومغناطیس، رسانایی الکتریکی، توزیع سگرگیت، کربن-سیاه
  • غلامرضا داودی، محمدمراد شیخی، زهره بلک*، شهروز یوسف زاده صفحات 77-94
    در این تحقیق، به بررسی اثر افزودن نانوذرات کاربید سیلیسیوم، کاربیدزیرکونیوم و نانوالیاف کربن در دماها و زمان های مختلف تف جوشی بر چقرمگی شکست و سختی سرامیک ZrB2 پرداخته شده است. با توجه به تعداد بالای نمونه های مورد نیاز، (چهار متغیر در سه سطح) به منظور بهینه سازی چقرمگی شکست و سختی از طراحی آزمایش به روش تاگوچی با آرایه L9 استفاده شد. سختی و چقرمگی شکست کامپوزیت های ساخته شده به روش تف جوشی با جرقه پلاسما، به روش های ماکرو ویکرز و اندازه گیری طول ترک مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که نمونه 8 با ترکیب شیمیایی ZrB2-25Vol%SiC-15ZrC-10CNF تف جوشی شده در دمای 1875 درجه سانتی گراد به مدت 7 دقیقه دارای بیشترین میزان سختی ماکرو ویکرز (33±400 کیلوگرم بر میلی متر مربع) و چقرمگی شکست (4/±3/7 مگاپاسکال. جذر متر) است. هم چنین تحلیل واریانس (ANOVA) نشان داد که دما و زمان موثرترین متغیرها بر چقرمگی شکست (به ترتیب با سهم 84 درصد و 5/10 درصد) و سختی (به ترتیب با سهم 3/74 و 9/15 درصد) هستند.
    کلیدواژگان: چقرمگی شکست، سختی، سینتر با جرقه پلاسما، روش تاگوچی، دی بوراید زیرکونیوم
|
  • Seyed Mojtaba Zebarjad *, Mina Parnian Pages 1-13

    In the present study, a design for the construction of poly-caprolactone (PCL)/gelatin (GEL)/chitosan (CS) scaffolds has been proposed in order to increase performance in tissue engineering. The artificial polymer PCL is used to increase the mechanical properties of the scaffold, and two natural polymers GEL and CS are used as factors in the proliferation of cells. Polycaprolactone-gelatin-chitosan ternary composites with different weight ratios of polycaprolactone (70, 80, 90 and 60) were made by double-sided electrospinning method. The samples were cross-linked in glutaraldehyde vapor with 25% by weight. Microscopic evaluation indicates the proper formation of the composite. FTIR analysis confirmed the bonding between the components in the composite samples. Also, the results of the water contact angle test showed promotion the hydrophilicity of the PCL scaffold by adding gelatin and chitosan. So that the contact angle of pure PCL reaches from 98 degrees to about 22 degrees with the presence of gelatin and chitosan. The evaluation of degradability in phosphate buffered saline solution showed that the weight loss of the fabricated scaffolds occurs with the passage of time from 1 to 28 days for all scaffolds. Because of the nature of poly-caprolactone and gelatin-chitosan, the highest degradation rate after 28 days in gelatin-chitosan fibers is more than 50% and the lowest degradation rate related to the sample containing 70 wt% PCL is less than 23%.

    Keywords: Polycaprolacton, Gelatin, Chitosan, Electrospinnin, Scaffold
  • Masood Sahraei, Ali Mohammad Naserian-Nik *, Hamid Sazegaran Pages 15-30
    Foam materials are a family of new and advanced materials that due to their unique characteristics, will have a lot of potential for development in the coming years. The current research deals with the production of metal foams made of 316L stainless steel, which has a relatively wide application in the medical industry (especially in the production of implants). For this purpose, the methods of powder metallurgy and dissolving spherical urea particles in water has been used as a spacer have been employed. Porosity measurement, cell wall evaluation by scanning electron microscope and pressure test on steel specimens have been investigated. The effect of porosity and applied pressure during the production of the foams on their mechanical behavior have been studied. In addition to conducting experimental tests, the compressive test was simulated using an explicit finite element model for a steel foam with 30 percent of porosity. The results indicate that the failure mechanism of both experimental and simulated specimens occur approximately similar.
    Keywords: Stainless Steel Foam, Spherical Urea Particles, Pressure, Space Holder
  • Hamid Sazegaran *, Hadi Nasiri Pages 31-50

    In this work, lead foams containing alumina nano-particles (contains from 0, 0.1, 0.2, 0.4 and 0.8 wt. %) are manufactured through powder metallurgy using urea granules as leachable space holders. The leaching behavior of urea granules, porosity contents and compression properties of lead foams and also, microstructure of cell walls by optical and field emission scanning electronic microscopes are investigated. The results show in the multi-stage of leaching processes, about 80% of urea granules dissolved in seven stages. The optical images prove the good agglomeration of lead powder particles. By increasing the alumina particles, the porosity content of manufactured foams that is in the range of 80-83% is increased. The images of FESEM and X-ray spectroscopic maps show the uniform distribution of alumina nano-particles in the cell walls. The compression properties of manufactured foams, by increasing the alumina nano-particles to 0.1 wt.% first decreases, then after 0.4 wt.% enhanced, and finally in the 0.8 wt.% of nano-particles goes down again.

    Keywords: Lead Foam, Al2o3 Nano-Particles, Porosity, Microstructure, Compressional Properties
  • Mehran Ghodrati, Seyed Mahdi Rafiaei * Pages 51-64
    In the present study, magnesium aluminate bio-ceramic (MgAl2O4) with particle size of 27 to 40 nm was produced by combustion synthesis method. Also, PLA/MgAl2O4 polymer matrix composites were made using FDM and slurry welding methods and their properties were studied and compared. X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (FE-SEM), infrared spectrometer (FT-IR) and inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) were used to investigate the properties of the produced composites. XRD results showed that in the composite samples synthesized by FDM method, PLA has more crystallinity than the slurry method, which is caused by relatively slow cooling of the polymer melt. To investigate the bioactive properties of this composite, the simulated body solution (SBF) was used and the results of the ICP test showed that the amount of calcium and phosphorus in the fourth week in the PLA/MgAl2O4 printed sample was the highest and equal to 77 mg/L and respectively were 40 mg/L. These results show that the processing of these composites by the 3D printing method brings more degradability than the slurry method and has a higher quality for biological uses.
    Keywords: Magnesium Aluminate Spinel, Combustion Synthesis, Polymer Matrix Scaffold, FDM, Slurry
  • Ali Shajari, Fatemeh Najjarnia, Mohsen Hadad, Samane Sahebian * Pages 65-76

    The application of conductive particles with segregated distribution in the polymeric matrices is one of the most effective ways to reduce percolation threshold, increase conductivity, and improve electromagnetic interference (EMI) shielding properties. In this study, mechanical mixing and hot compression molding were used to fabricate polyethylene/carbon black composite with segregate structure and random distributions. Scanning electron microscope images showed that during the mechanical mixing process, the polymeric granules were well coated with carbon black. besides, there is good relation between conductivity and well dispersed of carbon black on the surface of HDPE granules. The electrical conductivity of segregated structure composite ( 2 wt% carbon black) increased about 3000 times compared to the random structure(2%wt carbon black). Using the vector network analyzer, it was revealed that by increasing the black carbon content from 2 to 5 wt%, the maximum EMI shielding effectiveness of the composite increased from 6 dB to 16 dB, respectively.

    Keywords: Conductive Polymer Composite, Conductive Property, Segregated Structure, Carbon Black, Electromagnetic Interference Shielding Property
  • Gholamreza Davoudi, Mohamadmorad Sheikhi, Zohre Balak *, Shahrouz Yousefzade Pages 77-94
    In this research, the effect of adding silicon carbide nanoparticles, zirconium carbide, and carbon nanofibers at different sintering temperatures and times on fracture toughness and hardness of ZrB2 ceramics has been investigated. Due to the high number of required samples (four variables in three levels) to optimize the fracture toughness and hardness, the design of the experiment (DOE) by the Taguchi method was used. The hardness and fracture toughness of the composites fabricated by spark plasma sintering (SPS) were evaluated by macro-Vickers and crack length measurement methods respectively. The results showed that sample 8 with the chemical composition of ZrB2-25Vol%SiC-15ZrC-10CNF sintered at 1875°C for 7 minutes has the maximum amount of HV hardness (400±33) and fracture toughness (7.3±0.4) Mpa.m1/2. Also, analysis of variance (ANOVA) indicated that temperature and time are the most effective variables on fracture toughness (with contributions of 84% and 10.5% respectively) and hardness (with contributions of 74.3% and 15.9% respectively).
    Keywords: Fracture Toughness, Hardness, SPS, Taguchi, Zrb2