تأثیر اندازه پودر منیزیم در استحکام فشاری بایوکامپوزیت متخلخل منیزیم-هیدروکسی آپاتیت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 پژوهشگر پسادکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

3 عضو هیئت‌علمی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

منیزیم و آلیاژهای آن به دلیل دارا بودن مدول الاستیسیته مشابه با استخوان و همچنین ویژگی‌های زیست سازگاری و زیست تخریب پذیری، کاربردهای گسترده‌‌ای در صنایع پزشکی و ساخت ایمپلنت‌های جذبی پیدا کرده‌اند. از طرفی بکارگیری ایمپلنت‌های منیزیمی با ساختار متخلخل می‌تواند سبب رشد نرخ جایگزینی استخوان به جای ایمپلنت جذبی گردد. با اضافه نمودن ذرات تقویت کننده هیدروکسی آپاتیت به منیزیم و آلیاژهای آن، می‌توان خواص مکانیکی و خوردگی آن را نیز بهبود بخشید. در این مقاله اثر اندازه پودر منیزیم در استحکام فشاری بایوکامپوزیت متخلخل منیزیم-هیدروکسی آپاتیت مورد مطالعه قرار گرفته است. نمونه‌های منیزمی و کامپوزیتی غیر متخلخل و متخلخل با درصد تخلخل حجمی 24% و 58% با استفاده از روش متالورژی پودر ساخته شده‌اند. برای این منظور دو نوع پودر منیزیم با اندازه‌های متفاوت µm 63 و µm 250، ذرات تقویت کننده هیدروکسی آپاتیت و ذرات آمونیوم‌بی‌کربنات بعنوان فاصله ‌دهنده بکار گرفته شد. نتایج آزمون فشار تک محوره نشان داد استحکام تمامی نمونه‌های خالص و کامپوزیتی که با پودرهای منیزیمی به اندازه µm 63 ساخته شده‌اند نسبت به نمونه‌های ساخته شده با پودر µm 250 تا میزان 103% بیشتر است. همچنین در تمامی تخلخل‌های بررسی شده کامپوزیت‌ها در مقایسه با نمونه‌های خالص استحکام فشاری بالاتری از خود نشان می‌دهند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of magnesium particle size on compressive strength of Mg/Hydroxyapatite porous bio-composite

نویسندگان [English]

  • Alireza Ronaghi 1
  • Amirhossein Jabbari Mostahsan 2
  • Mohammad Sedighi 3
1 MSc Graduate, School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Postdoctoral Researcher, Faculty of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
3 Faculty Member, School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Magnesium and its alloys have found a wide range of applications in medical industry and manufacturing of absorbable bio-implants because of having a modulus of elasticity similar to bone as well as having biocompatibility and biodegradability characteristics. Moreover, employing magnesium implants with a porous structure can lead to an increase in the rate of bone replacement instead of the initial absorbable implant. On the other hand, by adding hydroxyapatite reinforcing particles to magnesium and its alloy, their mechanical properties and corrosion resistance may be improved. In this paper, the effect of magnesium particle size on compressive strength of Mg/hydroxyapatite porous bio-composites has been studied. The magnesium and composite specimens with non-porous and porous (with a volume porosity of 24% and 58%) structures were produced using powder metallurgy method. For this purpose, two types of magnesium powder with particle sizes of 63 µm and 250 µm, hydroxyapatite particles as reinforcement, and ammonium bicarbonate particles as space holder, were used. The results of the uniaxial compressive tests revealed that the strength of all the pure and composite specimens fabricated by 63 µm powder has improved up to 103%, compared to those of the specimen fabricated by 250 µm powder. In addition, for both amounts of volume porosity, the composites offer a higher compressive strength than that of the pure specimens.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Magnesium Powder
  • Bio-Composite
  • Mg/Hydroxyapatite
  • Particle Size
  • Porous Structure
  • Compressive Strength

مراجع

[1] Davis ME. Ordered porous materials for emerging applications. Nature: 2002;417(6891):813-21. doi: 10.1038/nature00785
[2] Hornberger H, Virtanen S, Boccaccini AR. Biomedical coatings on magnesium alloys–a review. Acta biomaterialia: 2012;8(7):2442-55. doi: 10.1016/j.actbio.2012.04.012
[3] Friedrich HE, Mordike BL. Magnesium technology: Springer; 2006. doi: 10.1007/3-540-30812-1
[4] Chen J, Tan L, Yu X, Etim IP, Ibrahim M, Yang K. Mechanical properties of magnesium alloys for medical application: A review. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials: 2018;87:68-79.doi: 10.1016/j.jmbbm.2018.07.022
[5] Zhang B, Hou Y, Wang X, Wang Y, Geng L. Mechanical properties, degradation performance and cytotoxicity of Mg–Zn–Ca biomedical alloys with different compositions. Materials Science and Engineering: C. 2011;31(8):1667-73. doi: 10.1016/j.msec.2011.07.015
[6] Elin RJ. Assessment of magnesium status. Clinical Chemistry: 1987;33(11):1965-70.doi: 10.1093/clinchem/33.11.1965
[7] Hofstetter J, Martinelli E, Weinberg AM, Becker M, Mingler B, Uggowitzer PJ, et al. Assessing the degradation performance of ultrahigh-purity magnesium in vitro and in vivo. Corrosion Science: 2015;91:29-36. doi: 10.1016/j.corsci.2014.09.008
[8] Nag S, Banerjee R. Fundamentals of Medical Implant Materials. In: Narayan RJ, editor. Materials for Medical Devices. 23: ASM International; 2012. p. 0. doi: 10.31399/asm.hb.v23.a0005682
[9] Wang Q, Tan L, Xu W, Zhang B, Yang K. Dynamic behaviors of a Ca–P coated AZ31B magnesium alloy during in vitro and in vivo degradations. Materials Science and Engineering: B. 2011;176(20):1718-26. doi: 10.1016/j.mseb.2011.06.005
[10] Kirkland N, Kolbeinsson I, Woodfield T, Dias G, Staiger M. Synthesis and properties of topologically ordered porous magnesium. Materials Science and Engineering: B. 2011;176(20):1666-72. doi: 10.1016/j.mseb.2011.04.006
[11] Staiger M, Kolbeinsson I, Newman J, Woodfield T, Sato T. Orientation imaging microscopy of polycrystalline sodium chloride. Materials characterization: 2010;61(4):413-9. doi: 10.1016/j.matchar.2010.01.007
[12] Nguyen TL, Staiger MP, Dias GJ, Woodfield TB. A novel manufacturing route for fabrication of topologically‐ordered porous magnesium scaffolds. Advanced Engineering Materials: 2011;13(9):872-81. doi: 10.1002/adem.201100029
[13] Zimmermann T, Hort N, Zhang Y, Müller W-D, Schwitalla A. The video microscopy-linked electrochemical cell: an innovative method to improve electrochemical investigations of biodegradable metals. Materials: 2021;14(7):1601. doi: 10.3390/ma14071601
[14] Witte F, Kaese V, Haferkamp H, Switzer E, Meyer-Lindenberg A, Wirth C, et al. In vivo corrosion of four magnesium alloys and the associated bone response. Biomaterials: 2005;26(17):3557-63.doi: 10.1016/j.biomaterials.2004.09.049
[15] Yazdimamaghani M, Razavi M, Vashaee D, Moharamzadeh K, Boccaccini AR, Tayebi L. Porous magnesium-based scaffolds for tissue engineering. Materials Science and Engineering: C. 2017;71:1253-66. doi: 10.1016/j.msec.2016.11.027
[16] Seyedraoufi Z, Mirdamadi S. Synthesis, microstructure and mechanical properties of porous Mg-Zn scaffolds. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials: 2013;21:1-8. doi: 10.1016/j.jmbbm.2013.01.023
[17] Mohammadi S, Jabbari A, Sedighi M. Mechanical Properties and Microstructure of Mg-SiC p Composite Sheets Fabricated by Sintering and Warm Rolling. Journal of Materials Engineering and Performance: 2017;26:3410-9. doi: 10.1007/s11665-017-2760-1
[18] Sabet A, Jabbari A, Sedighi M. Microstructural properties and mechanical behavior of magnesium/hydroxyapatite biocomposite under static and high cycle fatigue loading. Journal of Composite Materials: 2018;52(13):1711-22. doi: 10.1177/0021998317731822
[19] Omidi N, Jabbari A, Sedighi M. Mechanical and microstructural properties of titanium/hydroxyapatite functionally graded material fabricated by spark plasma sintering. Powder Metallurgy: 2018;61(5):417-27. doi: 10.1080/00325899.2018.1535391
[20] Ghazizadeh E, Jabbari A, Sedighi M. In vitro corrosion-fatigue behavior of biodegradable Mg/HA composite in simulated body fluid. Journal of Magnesium and Alloys: 2021;9(6):2169-84. doi: 10.1016/j.jma.2021.03.027
مهندسی ساخت و تولید ایران
دوره 10، شماره 2 - شماره پیاپی 64
مقالات برتر کنفرانس مهندسی ساخت و تولید ایران 2022
اردیبهشت 1402
صفحه 33-40

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار