جستجو در تالارهای گفتگو

بررسی خوردگی تنشی ماده مرکب Al-TiB2 با استفاده از آزمون های کشش با نرخ کرنش کم محمد علی گلعذار محمود فاضل نجف آبادی

خوردگی ایمپلنت های دندانی یک مشکل کلینیکی جدی است.علی رغم پیشرفت های اخیر مبتکرانه تکنولوژیکی و توسعه قابل توجه در طراحی وساخت مواد دندانی و جراحی شکست هایی نیز اتفاق افتاده است . مقاله حاضر مشکلات خوردگی در ایمپلنت های دندانی را بیان می کند. اهمیت بالینی خوردگی ایمپلنت های دندانی خیلی مهم است و متداولترین نوع نوع خوردگی خوردگی گالوانیکی است که در تماس با محیط های vivo و vitro اتفاق می افتد. این مقاله به بررسی های مختلف در ایمپلنت های دندانی تیتانیم دندانی و آلیاژهای مربوطه نگاهی دارد مطالعات انجام شده تناسب و سازگاری حیاتی تیتانیم را برای استفاده در عارضه های دهانی ثابت کرده اند.هدف این است که خوردگی گالوانیکی را که به طور ذاتی در اطراف ایمپلنت های دندانی تیتانیمی وقتی با یک آلیاژپایه فلزی جفت می شوند اتفاق می افتد را بررسی کند. مقدمه: استفاده از ایمپلنت های دندانی در معالجات دندانی جزئی وکلی یکی از عوامل کیفیت معالجات در دندان پزشکی پیشرفته شده است. ایمپلنت های دندانی برای اولین بار در دهه 1930 استفاده شد ولی استفاده کلینیکی از آنها حدود 20 سال بعد رایج شد. مواد مختلفی برای ایمپلنت های دندانی استفاده می شوند. خوردگی فلزات در بیومتریال ها از چند مدل اصلی پیروی می کند.فلزات در معرض واکنش های شیمیایی با عناصر غیر فلزی در محیط تولید ترکیبات شیمیایی می کنند.معولا این محصولات را محصولات خوردگی می نامند. یکی از نیازهای اصلی برای فلزات یا آلیاژهایی که در بدن انسان استفاده می شوند سازگاری با بدن است و بنابراین نباید محصولاتی که برای بدن یا خود فلز زیان بخش و مضر هست تولید کند یا به تولید آنها کمک کند. حفرات دهانی در معرض تغییرات گسترده PH و نوسانات دما قرار دارد.فروپاشی فلز ممکن است از طریق عمل رطوبت، اتمسفر، اسید یا محلول های الکلی و مواد شیمیایی معین رخ دهد. و نیز گزارش شده است که آب، اکسیژن، کلرایدها، و سولفور فلزات موجود در آلیاژهای دندانی را از بین می برد. تیتانیم با موفقیت به عنوان مواد ایمپلنتی استفاده می شود و به دلیل خواص فوق العاده مانند واکنش ناپذیری، مقاومت مکانیکی، چگالی کم، عدم مسموم کنندگی، مقاومت در برابر خوردگی و سازگاری با بدن به طور گسترده استفاده می شود. سازگاری با محیط طبیعی مشخصه وضع همزیستی متقابل بین بیومتریال ها و محیط بیولوژیکی است که هیچ یک نباید بر روی دیگری اثر نامطلوب داشته باشد این توانایی یک ماده در انجام یک پاسخ مناسب در کاربردی خاص می باشد یعنی بافت هایی که در تماس با مواد هستند نباید از سم، تحریک، التهاب، حساسیت یا فعالیت سرطان زایی صدمه ببیند برای ایمپلنت های دندانی سازگاری با بدن مربوط به خواص مکانیکی و خوردگی ماده می باشد. خوردگی ، از بین رفتن تدریجی مواد به وسیله حملات الکتروشیمیایی انجام می شود به خصوص وقتی که یک ایمپلنت فلزی در محیط الکترولیت مخالف که به وسیله بدن انسان مهیا می شود قرار گیرد. نوع خوردگی به فرآیند تأثیر متقابل بین یک ماده جامد و محیط شیمیایی آن بستگی دارد که باعث کاهش ماده، تغییر در خواص ساختاری آن یا کاهش انسجام ساختار می شود. در طول خوردگی آلیاژهای ریختگی عناصری را در بدن انسان در یک زمان کوتاه مدت(روزها)وزمان بلند مدت(ماهها) آزاد می کنند خوردگی بیومتریال ها به پارامترهای هندسی،متالورژیکی و محلول شیمیایی بستگی دارد. انواع خوردگی : خوردگی یکنواخت که یک نوع خوردگی اجتناب ناپذیر است که تمام موادی فلزاتی که در معرض یک محلول الکترولیت قرار دارند به آن دچار می شوند. خوردگی حفره ای که به صورت موضعی خوردگی متقارن در حفرات سطح فلز اتفاق می افتد که معمولأ در فلزاتی که به وسیله یک لایه نازک اکسید محافظت شده اند اتفاق می افتد. با حضور کلراید در محیط فیلم به صورت موضعی شکسته و سرعت از بین رفتن فلز با تشکیل حفرات افزایش می یابد. جنبه های خوردگی دندانی در سیستم تیتانیم با استفاده از تکنیک های الکتروشیمیایی مختلف بر روی تیتانیم وآلیاژهایش با آهن در کاربرد های دندانی مورد مطالعه قرار گرفت. حساسیت به خوردگی حفره ای موضعی تیتانیم وآلیاژهایش به وسیله پتانسیل شکست jBr ، پتانسیل حفاظتی jPr، تفاوت بین آنها و تراکم جریان های مربوطه از نمودارهای پلاریزاسیون آندی ارزیابی شده است . هم چنین پتانسیل شکست برای تیتانیم در بزاق بدون یون های کلراید و فلوراید بیشتر و فلوراید در محلول فیزیولوژیکی پسیوو می شود. خوردگی شکافی موضعی: خوردگی شکافی موضعی نتیجه هندسی دستگاه است. خوردگی شکافی بین دو سطح نزدیک به هم یا به هم فشرده شده که تبادل اکسیژن ندارند اتفاق میافتد کاهش PHو افزایش غلظت یون های کلراید دو فاکتور مهم برای آغاز و انتشار پدیده خوردگی شکافی می باشند. وقتی خاصیت اسیدس محیط افزایش می یابد با گذشت زمان لایه پسیوو آلیاژحل شده و فرآیند خوردگی موضعی تسریع می شود. خوردگی گالوانیکی: خوردگی گالوانیکی فروپاشی فلز است که به وسیله تفاوت های میکروسکوپی پتانسیل های الکتروشیمیایی کنترل می شوند است که معمولا در نتیجه نزدیکی دو فلز متفاوت اتفاق می افتد. خوردگی تنشی: خوردگی تنشی به علت خستگی فلزات که به همراه با محیط خورنده باشد اتفاق می افتد. سطح اختلاف بازسازی فلز ممکن است دارای حفرات یا شکافهای کوچکی باشد که در نتیجه تنش و حفره خوردگی اتفاق می افتد. خوردگی سایشی بیشتر دلیل آزاد شدن فلزات در بافت های خوردگی سایشی است. فعالیت همزمان شیمیایی و مکانیکی باعث خوردگی سایشی می شود. خوردگی گالوانیکی در ایمپلنت های دندانی تیتانیمی بیشتر خوردگی هایی که معمولا در ایمپلنت های دندانی به وجود می آید از نوع خوردگی گالوانیکی است. تیتانیم برای کاشته شدن در قسمت انتهایی استخوان استفاده می شود. مطالعات طولانی و مشاهدات کلینیکی این حقیقت را نشان می دهد هنگامی که تیتانیم در بافت های زنده استفاده می شود خورده نمی شود و در صورت تشکیل زوج گالوانیکی تیتانیم و دیگر مواد فلزی زیستی ممکن است خورده شود. بنابراین نگرانی زیادی در ارتباط با ماده ای که برای روکش ایمپبلنت استفاده می شود وجود دارد. آلیاژهای طلا به دلیل سازگاری زیستی عالی، مقاومت در برابر خوردگی و خواص مکانیکی به عنوان روکش انتخاب می شوند. نرخ روزافزون آلیاژهای استفاده شده در دندان پزشکی منجر به ساخت مواد فلزی مؤثر در قیمت گردیده است این آلیاژهای مختلف نظیر آلیاژهای Ag- Pd Co-Crو آلیاژهای تیتانیم خواص مکانیکی خوبی دارا هستند و به لحاظ قیمت تأثیرگذار اما مقاومت به خوردگی آنها نگران کننده است. خوردگی گالوانیک وقتی رخ می دهدکه آلیاژهای متفاوت در تماس با هم داخل حفره دهانی یا داخل بافت ها قرار می گیرند. پیچیدگی فرآیند الکتروشیمیایی در بردارنده ایمپلنت روکش می باشد به پدیده خوردگی حفره ای و زوج گالوانیکی مربوط است. ASTM خوردگی گالوانیک را به عنوان خوردگی تسریع شده فلز تعریف می کند که به دلیل تماس الکتریکی با یک رسانا غیر فلزی یا بی اثرتردر یک محیط خورنده اتفاق می افتد. وقتی دو یا بیش از دو وسیله پروتز دندانی که از آلیاژهای متفاوت تشکیل شده اند در تماس با همدیگر قرار می گیرند اگر در معرض مایعات دهانی قرار بگیرند اختلاف بین پتانسیل های خوردگی باعث جریان الکتریکی بین آنها می شود یک سلول گالوانیکی تشکیل می شود و جریان گالوانیک باعث تسریع خوردگی فلز بی اثر می شود این جریان گالوانیکی از طریق فلز یا اتصال فلزی و نیز از طریق بافت ها نیز عبور می کند که ایجاد درد میکند این جریان از طریق دو الکترولیت یعنی بزاق دهان یا مایعات دیگر داخل دهان و مایعات بافتها و استخوانها جریان می یابد . پدیده خوردگی گالوانیکی وقتی دو فلز متفاوت ( با دو پتانسیل الکترودی متفاوت) با هم تماس پیدا می کنند یک پتانسیل تولید میشود و نتیجه نهایی اینست که یک واکنش شیمیایی همراه با اکسیداسیون در یک سطح ( آند ) و احیا در سطح دیگر( کاتد) رخ می دهد. تبادل یونها از طریق الکترولیتی که دو اکترود در آن قرار دارند صورت می گیرد فلزات مربوطه تجزیه می شوند و گفته می شود که خورده شدهاند . این نوع خاص را خوردگی الکتروگالوانیک می گویند زیرا یک نوع رطوبت است که در آن الکتروگالوانیک وجود دارد زیرا جریان بار می باشد. سلول الکترو شیمیایی دارای دو الکترود خواهد بود: (a) Oxidation Anode M ® M n+ + n e-1 (b) Reduction - Cathode M+e ® 1/2H2 or M ® e ® M O2 + 2H2O + 4e ® 4OH بنابراین جریان بار اتفاق می افتد . حفره دهانی می تواند یک سلول الکترو شیمیایی را تحت شراط خاص تحریک کند. اگر یک روکش آلیاژ پایه فلزی بر روی ایمپلنت تیتانیم قرار گیرد یک سلول الکتروشیمیایی ساخته میشود. آلیاژ فلزی کم اثرتر آند را شکل می دهد و تیتانیم پر اثر تر کاتد را شکل مثدهد. الکترونها از طریق تماس فلزی انتقال می یابند و مدار توسط انتقال یون از طریق بزاق ، مخاط و مایع بافتی کامل می شود . در مطالعات Vitro تغییرات قابل ملاحظه مربوط به زوج گالوانیکی دذر ادبیات آن گزارش شده است خوردگی گالوانیکی تیتانیم با آمالگام و آلیاژهای پروتیزی ریخته گری شده درvitro مورد مشاهده قرار گرفته است هیچ جریان یا تغییراتی در PHثبت نشده هنگامی که طلا ، کبالت- کروم،فولاد ضد زنگ ، کامپوزیت کربن یا آلیاژهای پالادیم نقره در تماس با تیتانیم بوده اند. تغییرات وقتی رخ می دهد که آمالگام در تماس با تیتانیم بود. خوردگی گالوانیک سیستم های ایمپلنت-روکش از دو جهت مهم هستند: اولا امکان تاثیرات بیولوژیکی که ممکن است از حل نشدن عناصر آلیاژی ناشی شود ثانیا جریانی که ناشی از خوردگی گالوانیکی است ممکن است منجر به تخریب استخوان گردد. مطالعات نشان داده است که آلیاژهای که قابل استفاده در روکش های گالوانیکی زوج شده با تیتانیم هستند با پیش نیازهای زیر تعیین می کنند: 1.در عمل زوج شدن تیتانیم باید دارای پلاریزاسیون آندی ضعیف باشد 2.جریانی که توسط سلول گالوانیکی تولید می شود نیز باید ضعیف باشد. 3.پتانسیل شکاف بیشتر از پتانسیل مجموع باشد. مطالعات vivo علیرغم مقاومت بالای خوردگی تیتانیم شواهد نشان می دهد که تیتانیم آزاد میشود و در بافت های مجاور ایمپلنت تیتانیم جمع می شود. اگر چه تیتانیم زیست سازگاری بالایی دارد مشاهده شده است واکنش بافت با انواع تیتانیم آزاد شده از یک عکس العمل ملایم تا یک عکس العمل شدید متغیر است. تیتانیم مانند همه ایمپلنت های فلزی بی اثر دیگر با لایه اکسید محافظ پوشیده می شود. اگر چه این مانع به لحاظ ترمودینامیکی پایدار است اما فلزاتی که دارای انواع تیتانیم هستند هنوز از طریق مکانیزم های نامحلول پسیوو آزاد می شود اگر چه شکل شیمیایی تیتانیم که در vivo آزاد می شود هنوز به وسیله آزمایش مشخص نشده است ، یک احتمال Ti(OH)440است . آنالیز جذب اتمی آزادسازی زیاد یون های فلزی را از آمالگام و نونه های آلیاژی گالیم که با تیتانیم زوج شده اند در مقایسه با شرایطی که زوج نشده اند را نشان می دهد اگر چه که تفاوت ها همیشه معنی دار نیستند. خوردگی گالوانیکی زوج هی آمالگام-تیتانیم در دراز مدت ممکن است مهم باشد ونیاز به تحقیقات بیشتر است. زوج شدن آلیاژ گالیم با تیتانیم ممکن است منجر به خوردگی گالوانیکی زیاد و عکس العمل های آسیب سلولی می شود. نتیجه: خوردگی بیومتریال ها دندانی یک مشکل کلینیکی جدی است . علی رغم پیشرفت های تکنولوژیکی و متالورژیکی نوآورانه و موفقیت های قابل ملاحظه در طراحی و توسعه مواد دندانی و جراحی ، نا کامی هایی نیز اتفاق افتاده است . تا کنون ایمپلنت های تیتانیم و آلیاژهای پایه فلزی زیادی طراحی و ساخته شده اند مطالعات نشان داده اند که سازگارند و شرایط موجود را دارا هستند باید در بازسازس عارضه های دهانی استفاده شوند این مقاله خوردگی ایمپلنت های دندانی تیتانیمی ناهمگن را با آلیاژهای پایه فلزی ناهمگن تحت شرایط vivoوvitoارزیابی می کنند منبع

سوال : چرا فولاد زنگ نزن نوع 316 زنگ می زند؟ پاسخ : فولادهای زنگ نزن (S.S) طبق دسته بندی موسسه آهن و فولاد امریکا (AISI) به دو گروه سری 300-200 و سری 400 طبقه بندی می شوند که هر سری شامل چندین فولاد با رفتارهای مختلف می باشد. فولادهای زنگ نزن سری 300-200 آستنیتی (Austenitic) می باشند که بسیار چقرمه (tough) و نرم (ductile) بوده و نیازی به عملیات حرارتی ندارند در نتیجه این فولادها برای جوشکاری مناسب اند و تحت شرایط عادی اتمسفری نیازی به آنیله شدن ندارند. این فولادها در برابر خوردگی مقاومند و معمولا غیر مغناطیسی هستند و فقط از طریق کار سرد (cold work) سخت می شوند. محدوده کربن در این فولادها 0.08 تا 0.25 درصد، میزان کروم 16 تا 26 درصد و میزان نیکل 6 تا 22 درصد است. آنچه که در نوع 316 باعث تمایز آن نسبت به انواع دیگر فولاد S.S همچون 304 شده وجود میزان حداکثر 3 درصد مولیبدنیوم در آن می باشد.مولیبدنیوم مقاومت خوردگی این آلیاژ کروم-نیکل را در برابر تخریب اکثر مواد و حلالهای شیمیایی صنعتی بالا برده و همچنین در برابر خوردگی حفره ای (pitting) حاصل از کلرایدها مقاومت میکند.به همین خاطر نوع 316 مهمترین فولادی است که در محیطهای دریایی استفاده می گردد. Type Analysis of Stainless Type 316 دو عامل مهم در خوردگی این نوع فولادها یکی حساس شدن (sensitization) و عامل دیگر که باعث زنگ زدن جوشهای آن می شود اکسید زدایی نکردن آن می باشد.حال هر کدام بطور مختصر توضیح داده می شود. حساس سازی یا حساس شدن (sensitization): رسوب (ته نشین شدن) کرباید در مرز دانه ها ،هنگامی که فولادهای زنگ نزن آستنیتی در یک بازه زمانی در محدوده دمای بین 425 تا 870 درجه سانتیگراد(800 تا 1600 درجه فارنهایت) حرارت داده می شوند (بخصوص در جوشکاری) را حساس شدن می گویند. مدت زمانی که فولاد در این دما قرار میگیرد مقدار کرباید رسوب شده را تعیین میکند.وقتی کرومیوم کرباید در مرز دانه ای رسوب میکند نواحی کناری فورا از کروم تهی میشود.در صورتیکه این ته نشینی و تهی سازی نسبتا پیوسته باشد ،فولاد را نسبت به خوردگی بین دانه ای (intergranular corrosion) مستعد می سازد.همچنین حساس شدن مقاومت فولاد را در برابر انواع دیگر خوردگی همچون خوردگی حفره ای (pitting) ،خوردگی شکافی (crevice corrosion) و ترک خوردگی تنشی(SCC) کاهش می دهد. روش جلوگیری از sensitization با استفاده از منحنی های حساس سازی دما-زمان میتوان از حساس شدن جلوگیری نمود و تاثیر میزان کربن را روی این پدیده مشاهده نمود.در شکل پايين نمونه ای از اين منحنی ها را برای فولاد ۳۰۴ را مشاهده می تماييد. روش دیگر جلوگیری از حساس شدن استفاده از فولادهای پایدار( stabilized steels) همچون 321 و 347 میباشد.اینگونه فولادهای زنگ نزن محتوی تیتانیوم (titanium) و یا نیوبیوم(niobium) بوده که میل به ترکیب با کربن دارند و به آسانی کرباید تشکیل میدهند،این موضوع باعث میشود حتی وقتی در طولانی مدت در معرض دمای sensitization قرار بگیرد کروم در حلال باقی بماند . تنها راه حل اصلاح فولادهای زنگ نزن حساس شده، آنیله کردن آن می باشد. منبع