تاثير عمليات حرارتي- مكانيكي بر رفتار خوردگي آلياژ منيزيمي AZ31 در محيط شبيه‌سازي ‌شده بدن

The Effect of Thermomechanical Process on the Corrosion Behavior of AZ31 Magnesium Alloy in Simulated Body Fluid

آلياژهاي منيزيمي، به دليل استحكام مناسب، مدول­ يانگ و چگالي شبيه به استخوان انسان، داراي كاربردهاي پزشكي بالقوه­اي در حوزه كاشتني­ هاي زيست ­تخريب­ پذير هستند. با اين­حال، يكي از مهم­ترين موانع كليدي براي كاربردهاي باليني آلياژهاي منيزيم، خوردگي سريع اين آلياژها در محيط بدن انسان است. اصلاح دانه ناشي از فرآيند حرارتي - مكانيكي، يك روش موثر براي افزايش استحكام و شكل­ پذيري آلياژهاي منيزيم بوده و ممكن است مقاومت به خوردگي آلياژهاي منيزيمي را تحت تاثير قرار دهد. از اين­ رو، در اين پژوهش تاثير فرآيند حرارتي - مكانيكي (شامل پرس گرم در دماي C˚ 250 و سپس عمليات حرارتي آنيل به مدت يك ساعت در دماي C˚ 300) بر رفتار خوردگي آلياژ منيزيمي AZ31 پس از يك، چهار و هفت روز غوطه­ وري در محلول شبيه­ سازي­ شده ­بدن در دماي C˚ 25، مورد بررسي قرار گرفت. براي بررسي ريز­ساختار نمونه­ ها از ميكروسكوپ نوري و الكتروني و از آزمون قطبش و مقاومت ظاهري الكتروشيميايي به ترتيب براي ارزيابي نرخ خوردگي و مقاومت به خوردگي استفاده گرديد. بررسي ريز­ساختار نمونه ­ها، نشان داد كه عمليات حرارتي - مكانيكي موجب اصلاح دانه و بروز دوقلويي­ ها گرديد. تبلور مجدد حاصل از فرآيند حرارتي - مكانيكي موجب ريز شدن دانه­ ها، افزايش مرزهاي دانه و كاهش چگالي نابجايي ­ها شد كه به نوبه خود مانع گسترش خوردگي مي­ شوند. نتايج حاصل از آزمون­ هاي مقاومت ظاهري و قطبش نيز نشان داد كه ميزان مقاومت به خوردگي نمونه AZ31 تحت عمليات حرارتي - مكانيكي، پس از هفت روز غوطه­ وري، افزايش و نرخ خوردگي آن كاهش يافته است.

Magnesium alloys, with suitable strength, human-like elastic modulus and density, have potential medical applications in the field of biodegradable implant materials. However, one of the most important barriers to clinical applications of magnesium alloys is the rapid corrosion of these alloys in human body fluids. Grain refinement is an effective way to increase the strength and ductility of magnesium alloys and may improve the corrosion resistance of them. Grain refinement due to the thermomechanical process is an effective way to increase the strength and ductility of magnesium alloys and may affect the corrosion resistance of magnesium alloys. Hence, in this study, the effect of thermomechanical process (including warm forging at 250 ˚C and then annealing for 1 hour at 300 ˚C) on the corrosion behaviour of AZ31 magnesium alloy after 1, 4 and 7 days of immersion in a simulated body fluid was investigated at 25 ˚C. To investigate the microstructure of the samples, an optical and scanning electron microscopes were used. The electrochemical polarization and impedance tests were used to evaluate corrosion rate and corrosion resistance, respectively. The microstructure analysis of the samples showed that the thermomechanical process refined the grain and caused the twins to appear. In fact, the recrystallization resulting from the thermomechanical process caused the grain to refine, increasing the grain boundaries, and reducing the dislocations density, which, in turn, prevented corrosion. The results of impedance and polarization tests also showed that the corrosion resistance of AZ31 sample under thermomechanical operation increased after 7 days of immersion and decreased its corrosion rate.