تغییر انتخابی استحکام فوم سلول‌بستۀ آلیاژ al-si-cu و مقایسۀ آن با استحکام استخوان تازۀ گوسفند

هدف از پژوهش حاضر تهیۀ استخوان مصنوعی از فوم سلول‌بستۀ فلزی با استحکامی نزدیک به استخوان طبیعی است. فوم فلزی از آلیاژ a356 آمریکایی با مقادیری مشخص از فلز مس تهیه شد. با عملیات حرارتی پیرسازی روی این فوم آلومینیم آلیاژی می‌توان به استحکام‌های فشاری و جذب انرژی شکست موردنظر طراح، رسید. نتایج آنالیز میکروسکوپ الکترونی نشان داد طی عملیات پیرسازی در دمای 165 درجۀ سلسیوس و زمان‌های مختلف 2، 7، 15 و 24 ساعت، ذرات مس حل‌شده در دیواره‌های نازک حباب‌های جامد فوم alsicu، توانسته‌اند با تجزیه مناطق gp غنی از مس، فازهای شبه‌پایدار و بسیار ریز  و  را ایجاد نمایند. تعداد این فازهای شبه‌پایدار در واحد سطح، با عملیات پیرسازی افزایش می‌یابد و سبب بالا رفتن شدید استحکام استخوان مصنوعی می‌شود. برای صحت‌سنجی مقادیر استحکام فشاری و مقایسه بااستخوان تازۀ ساق، نمونه‌های استخوان مصنوعی در زمان‌های پیرسازی فوق، تهیه شدند و همراه بااستخوان تازۀ یک ساق کامل گوسفند، مقاومت به بارگذاری فشاری آن‌ها در کنار یکدیگر اندازه‌گیری شد و مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که نمونۀ مربوط به سیکل پیرسازی در دمای 165 درجۀ سلسیوس به مدت‌زمان 15 ساعت، به‌ترتیب دارای استحکام الاستیک و انرژی شکست mpa 31 و mj/m3 60/13 نزدیک به استحکام استخوان طبیعی، mpa 23 و mj/m3 00/12 است و با افزایش زمان پیرسازی بیشتر، استحکام مجدداً افت می‌کند.

The Desired Strength of Al-Si-Cu Alloy Closed Cell Foam and Its Comparing with the Strength of Ship’s Fresh Bone

The present study aims to create an artificial bone from metal foam with a strength close to that of natural bone. The metal foam was made of A356 American alloy and a specific amount of Copper. As the aluminum alloy foam undergoes aging, the desired compressive strength and toughness can be achieved. Four aging cycles were conducted with durations of 2, 7, 15, and 24 hours and all under the temperature of 165 Celsius degrees. The results from the electron microscope analysis revealed that Copper particles, which were dissolved in the thin walls of solid bubbles in the AlSiCu foam, were able to create the metastable and very small phases of and by decomposing the Copperrich GP zones. The number of these metastable phases grows during the aging process and this causes the strength of the artificial bone to increase. To validate the quantities of compressive strength and also to compare them with those of a fresh shin bone, the artificial bone samples were obtained from the aging cycles. These samples, along with a sheep’s fresh entire shin bone, were measured and compared in terms of resistance to compressive loading. The results showed that the strength and toughness of the sample which underwent a 15hour aging cycle (165 Celsius degrees) were 30 MPa and 13.60 MJ/m3, respectively –close to those of a natural bone that equate to 13 MPa and 12.00 MJ/m3. The results also revealed that the sample’s strength declines again as the aging process is further prolonged.