An investigation on the fabrication and characterization of friction stir processed nano-HAp reinforced AZ91D magnesium matrix surface composite for bio-implants

搅拌摩擦加工 材料科学 极限抗拉强度 复合数 复合材料 转速 田口方法 基质(化学分析) 粒度 纳米- 冶金 物理 量子力学
作者
Satpal Kundu,Lalit Thakur
出处
期刊:Journal of The Mechanical Behavior of Biomedical Materials [Elsevier]
卷期号:143: 105918-105918 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.jmbbm.2023.105918
摘要

In the present research, friction stir processed (FSPed) nano-hydroxyapatite reinforced AZ91D magnesium matrix surface composite has been developed with improved ultimate tensile strength (UTS) and biological performance, which are needed for the bio-implants. Nano-hydroxyapatite reinforcement with varying proportions (5.8%, 8.3%, and 12.5%) was introduced into the AZ91-D parent material (PM) by the grooving method with different grooves of 0.5, 1 & 1.5 mm of width and 2 mm depth machined on the surface of the PM. Taguchi's L-9 orthogonal array was employed to optimize the processing variables for enhancing the UTS of the developed composite material. The optimum parameters were discovered to be the tool rotational speed of 1000 rpm, transverse speed of 50 mm/min, and 12.5% reinforcement concentration. The results revealed that the tool rotational speed contributes the highest effect (43.69%) on UTS, followed by the reinforcement percentage (37.49%) and transverse speed (18.31%). The FSPed samples at the optimized parameter setting confirmed the enhancement of 30.17% and 31.86% in UTS and micro-hardness, respectively, compared to the PM. Cytotoxicity of the optimized sample was also found superior compared to the other FSPed samples. The optimized FSPed composite's grain size was 6.88 times smaller than the AZ91D parent matrix material. The improved mechanical and biological performances of the composites are attributed to the significant grain refinement and proper dispersion of the nHAp reinforcement in the matrix.
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