بررسي خواص خوردگي- خستگي آلياژ Ti-6Al-4V در محلول رينگر

Corrosion Fatigue Properties of Ti-6Al-4V Titanium Alloy in Ringer’s Solution

در حال حاضر اصلاح عملكرد زيست مواد فلزي كه در بازسازي بافت‌هاي سخت نظير استخوان به عنوان ايمپلنت مورد استفاده قرار مي‌گيرند، نزد پژوهشگران داراي اهميت ويژه اي مي‌باشد. در اين پژوهش با انجام آزمون خوردگي- خستگي به روش استاندارد چرخشي- خمشي بر روي نمونه هاي مختلف، خواص خوردگي- خستگي آلياژ تيتانيوم Ti-6Al-4V مورد بررسي قرار گرفت و نتايج با داده‌هاي حاصل از آزمون خستگي در هوا بر روي نمونه‌هاي مشابه مقايسه گرديد. همچنين، جهت تعيين تركيب شيميايي و بررسي ريز ساختار و تحليل نحوه اشاعه ترك از ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني و ميكروسكوپ نوري استفاده شد. جهت تجزيه و تحليل تصاوير ميكروسكوپي نيز از نرم افزار MIP استفاده شد. نتايج نشان داد كه حضور محيط خورنده در اطراف نمونه همزمان با اعمال بار چرخه‌اي، از يك سو سبب كاهش چشمگير عمر خستگي آلياژ شده و از سوي ديگر سبب حذف حد خستگي مي‌گردد. علاوه بر اين، مطالعات سطوح شكست نشان داد كه تجمع محصولات خوردگي كه عموماً تركيبباتي سخت مي‌باشند در نوك ترك سبب ايجاد انحراف در مسير اشاعه آن شده و همزمان با نفوذ محلول به دهانه ترك، فرآيند رشد و اشاعه آن با مسير پر پيچ و خمي به سمت مركز نمونه همراه مي‌باشد. نتايج نشان داد كه، علاوه بر وجود تفاوت‌هاي اساسي در شكل ظاهري سطوح شكست، ابعاد و نحوه اشاعه ترك خستگي در آزمون خوردگي- خستگي كاملاً با ترك‌هاي ايجاد شده در آزمون خستگي متفاوت مي باشد.

Nowadays modification of metallic biomaterials which are used as implants for bone and hard tissues replacement is considered as an important subject. In the current study corrosion fatigue properties of Ti-6Al-4V alloys were studied via standard test methods and the results were compared with the fatigue properties of the specimens at the same conditions. Field emission scanning electron microscopy and optical microscopy were used to investigate the chemical composition, microstructural features and crack propagation characteristics of the specimens. MIP software was used for analysis of the SEM micrographs. Results showed that the presence of corrosive environment not only results in considerable decrease in fatigue life of the alloy, but also eliminate the fatigue limit. Furthermore, microstructural studies revealed that aggregation of corrosion-produced compounds in front of crack tip usually having more hardness values results an obvious deviation of crack propagation from its main direction and concurrent with penetration of corrosive solution into the crack, propagation process will be followed by a tortuous path through the bulk of the specimens. Moreover, there was a significant different between the fatigue fracture surfaces compare to corrosion fatigue fracture surfaces. Dimensions, and crack propagation of fatigue specimens were completely different from corrosion fatigue cracks.