Date of Award

5-2023

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Mechanical Engineering (MSME)

Department

Mechanical and Aerospace Engineering

First Advisor

Prof. Abdel-Hamid Ismail Mourad

Abstract

This thesis is concerned with the electrochemical investigation of the copper-zirconium

based metallic glass Cu51Zr30Hf14Ag5. Studying the corrosion behavior of the novel melt-spun metallic glass ribbons contributes to further research on the possibility of building future bio-implants. The objectives of this thesis are to synthesize the metallic glass ribbons which are free from cytotoxic elements using melt spinning technique, verify their amorphous nature using X-ray diffraction method, study the corrosion behavior using Potentiodynamic polarization and Electrochemical Impedance Spectroscopy in different acidic, neutral and basic solutions, and finally examine the surface morphology of the tested samples using scanning electron microscopy that is coupled with energy dispersive spectroscopy. The results of the experiments done in this thesis show that the addition of Ag and Hf in the novel Cu51Zr30Hf14Ag5 metallic glass generally results in a better corrosion resistance than the previously studied Cu46Zr40Ti8.5Al5.5in the tested solutions, where the novel metallic glass shows a corrosion resistance in the different solutions with the order neutral > alkaline > acidic. The results will contribute to further studies concerned about the potential applications of the novel metallic glass, in addition to its potential use in bio-implants. Furthermore, the study will contribute to introducing more metallic glasses with new compositions tailored for specific potential applications. The Potentiodynamic Polarization and Electrochemical Impedance Spectroscopy results were supported by the scanning electron microscopy and the spectral mapping done using the energy dispersive spectroscopy.

Arabic Abstract

تعنى هذه الرسالة بالتحقيق الكهروكيميائي للزجاج المعدني القائم على النحاس والزركونيوم (Cu51Zr30Hf14Ag5). تساهم دراسة سلوك التآكل لشرائط الزجاج المعدني المصهور والمغزول باستخدام تقنية (Melt-Spinning) في إجراء مزيد من البحوث التي تدور حول إمكانية بناء قطع تستخدم في عمليات زرع حيوية مستقبلية. تتلخص أهداف هذه الأطروحة في تصنيع شرائط الزجاج المعدني الخالية من العناصر السامة للخلايا باستخدام تقنية الغزل الذائب (Melt-Spinning)، والتحقق من طبيعتها غير المتبلورة (non-crystalline) باستخدام طريقة حيود الأشعة السينية (X-Ray Diffraction)، ودراسة سلوك التآكل للزجاج المعدني باستخدام الاستقطاب الديناميكي الفعال (Potentiodynamic Polarization)، والتحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية (Electrochemical Impedance Spectroscopy) في عدة محاليل حمضية، ومحاليل محايدة، ومحاليل قلوية. وأخيرا تقوم الدراسة ب فحص أسطح العينات المختبرة باستخدام الفحص المجهري الإلكتروني (scanning electron microscopy) المقترن بالتحليل الطيفي المشتت للطاقة (Energy Dispersive Spectroscopy) لدعم النتائج. تظهر نتائج التجارب التي تم إجراؤها في هذه الرسالة أن إضافة عنصري الفضة (Ag) والهافنيوم (Hf) في الزجاج المعدني المستحدث (Cu51Zr30Hf14Ag5) ينتج بشكل عام مقاومة تآكل أفضل من الزجاج المعدني المدروس سابقا (Cu46Zr40Ti8.5Al5.5)، حيث يظهر الزجاج المعدني الجديد مقاومة للتآكل في المحاليل المختلفة بالترتيب الآتي: مقاومة التآكل في المحاليل المحايدة > المحاليل القلوية > المحاليل الحمضية. ستساعد نتائج هذه الدراسة الباحثين المعنيين بدراسة التطبيقات المحتملة للزجاج المعدني المستحدث، بالإضافة إلى إكمال دراسة إمكانية استخدامه في الغرسات الحيوية. كما ستساهم الدراسة في قيام الباحثين بتطوير تركيبات جديد ة للزجاج المعدني ، لتكون مصممة للتطبيقات الأخرى المحتملة. تم دعم نتائج الاستقطاب الديناميكي الفعال ونتائج التحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية عن طريق الفحص المجهري الإلكتروني ورسم الخرائط الطيفية الذي تم إجراؤه باستخدام التحليل الطيفي المشتت للطاقة.

Download
COinS