تاثیر سرعت انجماد بر خواص مکانیکی و خوردگی آلیاژهای زیست تخریب‌پذیر Zn-xAl

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• زینب احمدی ¹
• رضا تقی آبادی ²
• مرتضی ثقفی یزدی ¹

¹ گروه مهندسی مواد، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)

² گروه مهندسی مواد-دانشگاه بین المللی امام خمینی

10.22067/jmme.2025.93286.1207

چکیده

در تحقیق حاضر، تاثیر سرعت انجماد (1/4 و 7/14 درجه سانتیگراد بر ثانیه) بر ریزساختار، خواص مکانیکی و رفتار خوردگی آلیاژهای زیست تخریب‌پذیر Zn-Al حاوی 5/0، 1، 2 و 4 درصد وزنی آلومینیم بررسی شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، افزودن آلومینیم به روی خالص موجب توسعه ریزساختار متشکل از دندریت‌های غنی از روی (فاز ) و ساختار یوتکتوئید متشکل از فاز غنی از آلومینیم (α) و فاز غنی از روی  در نواحی بین دندریتی می‌شود. در سرعت انجماد 1/4 درجه سانتیگراد بر ثانیه آلیاژ Zn-4Al با استحکام کششی 321 مگاپاسکال و ازدیاد طول 2/16 درصد خواص مکانیکی معیار برای کاربردهای زیست پزشکی را محقق می‌کند اما با افزایش سرعت انجماد و بهبود خواص مکانیکی، آلیاژ Zn-2Al با استحکام کششی و درصد ازدیاد طول به ترتیب 330 مگاپاسکال و 24 درصد نیز قادر به تامین خواص مکانیکی معیار آلیاژهای زیست تخریب‌پذیر است. بر اساس نتایج آزمایش پلاریزاسیون تافل، در هر دو سرعت انجماد، افزودن آلومینیم تا 1 درصد وزنی موجب افزایش جریان و نرخ خوردگی روی خالص می‌شود. افزودن حدود 2 درصد وزنی آلومینیم تاثیری مثبت بر مقاومت به خوردگی دارد (چگالی جریان 6-10× 514/4 آمپر بر سانتیمتر مربع) اما افزایش بیشتر غلظت آلومینیم (تا 4 درصد وزنی) مجددا نرخ خوردگی را افزایش می‌دهد. کمترین نرخ خوردگی در آلیاژ Zn-2Al منجمد شده تحت سرعت 7/14 درجه سانتیگراد بر ثانیه مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

• زیست تخریب پذیر
• آلیاژ Zn-Al
• سرعت انجماد
• خواص مکانیکی
• رفتار خوردگی

موضوعات

• ریخته گری و انجماد

---

عنوان مقاله [English]

Effect of Solidification Rate on Mechanical and Corrosion Behavior of Zn-xAl Biodegradable Alloys

نویسندگان [English]

• Zeynab Ahmadi ¹
• Reza Taghiabadi ²
• Morteza Saghafi Yazdi ¹

¹ Department of materials science, Imam Khomeini International University

² Department of materials science,, Imam Khomeini International University

چکیده [English]

The effect of solidification cooling rate (4.1 and 14.7 °C/s) was studied on the microstructure, mechanical properties and corrosion behavior of biodegradable Zn-Al alloys containing 0.5, 1, 2 and 4 wt. % Al. According to the results, the addition of Al developed a microstructure comprising of Zn-rich dendrites (-phase) and Al-rich α-phase and -phase eutectoid in interdendritic regions. At the solidification rate of 4.1 °C/s, the Zn-4Al alloy with a tensile strength of 321 MPa and an elongation of 16.2 % fulfilled the benchmark mechanical properties of biomedical implants. Increasing the solidification cooling rate enhanced the mechanical properties where the Zn-2Al alloy with a tensile strength and elongation of 330 MPa and 24 %, respectively, fulfilled the benchmark mechanical properties of biodegradable alloys. According to the Tafel polarization tests, irrespective the cooling rate, the addition of 1 wt. % Al increased the corrosion rate/corrosion current of pure Zn. The addition of ~2 wt. % Al improved the corrosion resistance (corrosion current density of 4.51410-6 A/cm2), but its further increase to ~4 wt. % increased the corrosion rate again. The lowest corrosion rate was observed in the Zn-2Al alloy solidified at a cooling rate of 14.7 °C/s.

کلیدواژه‌ها [English]

• Biodegradable
• Zn-Al alloy
• solidification cooling rate
• mechanical properties
• corrosion behavior