غربالگری ترکیبی آلیاژ زیرکونیوم نیوبیوم (Zr-Nb) با مدل از نوع CALPHAD برای ایمپلنت های نوید بخش زیست پزشکی
Compositional screening of Zr-Nb-Mo alloys with CALPHAD-type model for promising bio-medical implants
چکیده
تقاضاهای فزاینده برای جایگزین های بافت سخت زیستی (HTR) فشار را برای توسعه مواد ایمپلنت زیست پزشکی با سازگاری مناسب زیستی و مکانیکی افزایش داده است. سه معیار غربالگری ترکیب های آلیاژی برای کاربرد زیست پزشکی پیشنهاد شده بودند: ۱- پایداری ترمودینامیکی فاز سازگاز زیستی برای جلوگیری از استحاله های و ۲- ثابت الاستیک برشی C’ تتراگونال و مدول برشی مثبت برای جلوگیری از نرم شدن شبکه آکوستیک ناشی از استحاله ساختاری. ۳- مدول یانگ مناسب آلیاژ از نوع β در محدوده GPa 30-10 یا نزدیک به آن برای جلوگیری از اثر حفاظتی تنشی.
برای اعتبارسنجی معیارهای پیشنهادشده، غربالگری اولیه محاسباتی برای نامزد کردن ترکیب هایی از آلیاژ زیرکونیوم نیوبیوم (Zr-Nb) بوسیله مدلسازی بر پایه CALPHAD انجام شد. با محاسبه ترمودینامیکی، نه تنها منحنی کنتور TO برای نشان دادن مرزهای غیرکلاسیک تجزیه فاز β_bcc و استحاله مارتنزیتی بکار برده شد بلکه دامنه ترکیبی که در آن آلیاژها نیروی محرکه بحرانی نسبتا کمی برای توقف جوانه زنی و رشد α_fcc از خود نشان میدهند نیز تعیین شد. مدول یانگ در دمای بدن و کنتور از بین رفتن ثابت الاستیک برشی تتراگونال در کل دامنه ترکیبی پیشبینی شدند. با روی هم قرار دادن دامنه های ترکیبی که بطور مجزا معیارها را برآورده میکنند، ترکیب های نامزد به شکل Zr-(18-24)Nb-0-3 Mo (درصد اتمی) تعیین شدند.
این ترکیب ها در تطابق خوبی با ترکیب بطور تجربی ساخته شدهی آلیاژهای زیست پزشکی هستند در نتیجه، این موضوع قابلیت اتکا به این معیار را بیشتر نشان میدهد. معیارهای پیشنهادی بعلاوه متدولوژی محاسباتی برمبنای CALPHAD بعنوان یک کل، راهی جدید را برای توسعه مواد زیست پزشکی بالقوه در چارچوب ژنوم مواد باز میکنند.
جهت دانلود ترجمه تخصصی و فارسی این مقاله می توانید وجه آنرا پرداخت نموده و بلافاصله دریافت نمایید.
ABSTRACT
The increasing demands for biological hard tissue replacements (HTR) press on the development of biomedical implant materials with good biological and mechanical compatibility. Three criteria of screening promising alloy compositions for bio-medical application were proposed: (1). High thermodynamic stability of biological compatible phase to avoid β_bcc→α_hcp and β_bcc→αʹ_hexagonal transformations. (2). Positive tetragonal shear elastic constant C′ and shear modulus to avoid the acoustic lattice softening induced structural transformation. (3). Appropriate Young’s modulus of β_type alloy in or close to 10–۳۰ GPa to avoid the “stress-shielding effect”.
To validate the proposed criteria, the initiatives of computational screening for candidate compositions of Zr-Nb-Mo alloys were implemented by CALPHAD based modeling. With the thermodynamic calculation, not only the plot of T0 contour was employed to indicate the boundaries of nonclassical decomposition of β_bcc phase and martensitic transformation, but also the composition range in which the alloys exhibit relative low critical driving force to trigger nucleation and growth of α_hcp was determined. The Young’s modulus at body temperature and the contour of the vanishing tetragonal shear elastic constant were predicted within the entire composition range. By superimposing the composition ranges which individually satisfy the criteria, the “candidate composition” were determined as Zr-(18−۲۴)Nb-(0−۳)Mo (atom%).
They are in good agreement with the composition in the experimentally fabricated biomedical alloys, thus further exemplify the reliability of the criteria. The proposed criteria together with the CALPHAD based computational methodology as a whole open up a new way to develop the potential bio-medical materials in the framework of Materials Genomes.
محصولات مرتبط
اثرات آنتی باکتریال فلزات Antibacterial effects of metals
اثرات آنتی باکتریال فلزات Antibacterial effects of metals اثرات آنتی باکتریال فلزات ABSTRACT In this chapter, the antibacterial effects of…
اثر عملیات حرارتی فولاد میکروآلیاژی بر خواص مکانیکی Mechanical Properties of a Microalloyed Steel
عملیات حرارتی فولاد میکروآلیاژی Effect of Intercritical Heat Treatment on Mechanical Properties of a Microalloyed Steel اثر عملیات حرارتی بین دماهای…
اثر اندازه نمونه بر ریزساختار و انجماد جهت دار فاز بین فلزی Al2Cu
Effect of sample size on intermetallic Al2Cu microstructure and orientation evolution during directional solidification اثر اندازه نمونه بر ریزساختار فاز…
تولید ذرات ریز τ-MnAl با روش های مختلف A comparison of τ-MnAl particulates produced via different routes
A comparison of τ-MnAl particulates produced via different routes مقایسه ذرات ریز τ-MnAl تولید شده از طریق راه های مختلف…
تنها اشخاصی که این محصول را خریداری کرده اند و وارد سایت شده اند می توانند در مورد این محصول بازبینی ارسال کنند.