Publication:
Surface passivation of porous NiTi shape memory alloy via thermal oxidation

cris.virtual.department#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtual.orcid#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtualsource.department9471f1a9-f9e4-4667-96ac-df4e9bbbcfe7
cris.virtualsource.orcid9471f1a9-f9e4-4667-96ac-df4e9bbbcfe7
dc.contributor.authorNur Amanina Abd Kadir
dc.contributor.supervisorHafizah Hanim Mohd Zaki
dc.contributor.supervisorNur Ayuni Jamal
dc.contributor.supervisorMd Abdul Maleque
dc.date.accessioned2025-03-26T02:25:55Z
dc.date.available2025-03-26T02:25:55Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractPorous NiTi alloy has been developed especially in the biomedical sector due to its shape memory ability and mechanical properties which is similar to human bones. However, NiTi alloy carries the risk of Ni ions leaching when implanted in the human body making it less favorable for biomedical use for long term. Therefore, this project aimed to passivate porous NiTi by oxidizing its surface through annealing treatment. The porous NiTi alloy was initially fabricated using the powder metallurgy method, incorporating CaH₂ as a pore-forming agent in varying amounts from 0.25 to 15.00 wt%. Meanwhile, the annealing process was conducted at temperatures ranging from 300°C to 700°C for 15 minutes to achieve surface oxidation. Here, the morphology, porosity level, phase identification, transformation behavior, and mechanical properties were evaluated using various characterization techniques such as densitometer, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), differential scanning calorimetry (DSC), and universal testing machine (UTM) in compression mode, respectively. The results reveal that when the percentage of CaH2 is increased to 15wt.%, the porosity of sintered sample can reach up to 42%. The shape of the pores become irregular and partially interconnected. Higher percentage of CaH2 tend to create more interconnected pore structure that beneficial for the transport of bodily fluids and bone healing process. In terms of phase identification, during phase formation, the undesired phases like NiTi2, Ni3Ti and Ni-rich phases co-exist with NiTi. For the transformation behavior, martensitic transformation peaks were observed for samples with ≤3wt% CaH2 with an enthalpy value of approximately 4 J/g. However, when the concentration of the CaH2 increased to ≥6 wt. %, the enthalpy change (ΔH) values decrease significantly, and the samples no longer exhibit martensitic transformation. This is attributed to the pores structure and the presence of undesirable phases alongside NiTi formation, both of which hinder the transformation enthalpy for porous NiTi. For mechanical properties, as the CaH2 content increases to 15 wt. %, both the strength and stiffness decrease substantially, dropping from 78 MPa to 4 MPa and from 3 GPa to 0.31 GPa, respectively. Notably, a stiffness of 2 GPa was recorded with 3 wt. % of CaH2, which is comparable to the stiffness of cancellous human bones (typically in the range of 2-4 GPa). This similarity minimizes the stress shielding effect. Consequently, porous NiTi alloy, with its lower stiffness and unique shape memory properties, emerges as an excellent choice for surgical implants. Based on these findings, the sample with 3 wt. % of CaH2 was identified as the optimal sample. The subsequent phase of the study focused on surface passivation via thermal oxidation using annealing treatment. The sample was annealed at various temperatures ranging from 300°C to 700°C. It is evident that higher annealing temperatures promote the formation of thicker oxide layers due to thermodynamic principles. The evaluation of biocompatibility revealed that raising the annealing temperature to 500°C significantly lowered the measurement of Ni ion release. However, further temperature increments led to the development of an unstable and brittle oxide layer, resulting in an increased release of Ni ions. Overall, the development of a porous NiTi alloy with a passivated surface through thermal oxidation treatment has exhibited promising outcomes for applications in the field of biomedical.
dc.description.abstractarabicالمسامیة بشكل خاص في القطاع الطبي الحیوي نظرًا لقدرتھا على تذكر الشكل NiTi تم تطویر سبیكة خطر تسرب أیونات NiTi والخصائص المیكانیكیة التي تشبھ العظام البشریة. ومع ذلك، تحمل سبیكة النیكل عند زرعھا في جسم الإنسان مما یجعلھا أقل ملاءمة للاستخدام الطبي الحیوي على المدى الطویل. المسامي عن طریق أكسدة سطحھ من خلال معالجة التلدین. NiTi لذلك، یھدف ھذا المشروع إلى تحمیل كعامل CaH₂ المسامیة في البدایة باستخدام طریقة مسحوق المعادن، مع دمج NiTi تم تصنیع سبیكة لتشكیل المسام بكمیات متفاوتة من 0.25 إلى 15.00 ٪ وزنا.ً وفي الوقت نفسھ، أجریت عملیة التلدین في درجات حرارة تتراوح من 300 درجة مئویة إلى 700 درجة مئویة لمدة 15 دقیقة لتحقیق أكسدة السطح. ھنا، تم تقییم الشكل ومستوى المسامیة وتحدید الطور وسلوك التحویل والخصائص المیكانیكیة والحیود ،(SEM) باستخدام تقنیات توصیف مختلفة مثل مقیاس الكثافة، والمجھر الإلكتروني الماسح (UTM) وآلة الاختبار الشاملة ،(DSC) وقیاس السعرات الحراریة التفاضلیة ،(XRD) بالأشعة السینیة إلى 15 ٪ بالوزن، یمكن أن CaH في وضع الضغط، على التوالي. تكشف النتائج أنھ عندما تزداد نسبة 2 تصل مسامیة العینة الملبدة إلى 42 ٪. یصبح شكل المسام غیر منتظم ومترابط جزئیاً. تمیل النسبة المئویة إلى إنشاء بنیة مسام أكثر ترابطًا مفیدة لنقل السوائل الجسدیة وعملیة التئام العظام. CaH الأعلى من 2 Ni3Ti و NiTi من حیث تحدید الطور، أثناء تكوین الطور، تتعایش المراحل غیر المرغوب فیھا مثل 2 بالنسبة لسلوك التحویل، لوحظت ذروات التحول المارتنسیتي للعینات .NiTi والمراحل الغنیة بالنیكل مع ومع ذلك، عندما زاد تركیز .J/g بقیمة إنثالبي تبلغ حوالي 4 CaH التي تحتوي على ≤ 3% من وزن 2 بشكل كبیر، ولم تعد (ΔH) إلى ≥ 6% من وزنھ، انخفضت قیم التغیر في المحتوى الحراري CaH2العینات تظھر تحولاً مارتینسیتیًا. ویعزى ذلك إلى بنیة المسام ووجود مراحل غیر مرغوب فیھا إلى جانب المسامي. بالنسبة للخصائص المیكانیكیة، NiTi وكلاھما یعیق المحتوى الحراري للتحویل ل ،NiTi تكوین إلى 15 % من وزنھ، تنخفض كل من القوة والصلابة بشكل كبیر، حیث تنخفض CaH مع زیادة محتوى 2 من 78 میجا باسكال إلى 4 میجا باسكال ومن 3 جیجا باسكال إلى 0.31 جیجا باسكال على التوالي. وھو ما یضاھي ،CaH والجدیر بالذكر أنھ تم تسجیل صلابة تبلغ 2 جیجا باسكال مع 3% من وزن 2 4 جیجا باسكال). یقلل ھذا التشابھ من تأثیر الحمایة - صلابة العظام البشریة الإسفنجیة (عادة في نطاق 2 المسامیة، بصلابتھا المنخفضة وخصائصھا الفریدة في الذاكرة NiTi من الإجھاد. وبالتالي، فإن سبیكة الشكلیة، تظھر كخیار ممتاز للغرسات الجراحیة. بناءً على ھذه النتائج، تم تحدید العینة التي تحتوي على على أنھا العینة المثالیة. ركزت المرحلة اللاحقة من الدراسة على التخمید السطحي عن CaH ٪3 من 2 طریق الأكسدة الحراریة باستخدام معالجة التلدین. تم تلدین العینة عند درجات حرارة مختلفة تتراوح من 300 درجة مئویة إلى 700 درجة مئویة. من الواضح أن درجات حرارة التلدین الأعلى تعزز تكوین طبقات أكسید أكثر سمكًا بسبب المبادئ الدینامیكیة الحراریة. كشف تقییم التوافق الحیوي أن رفع درجة حرارة التلدین إلى 500 درجة مئویة أدى إلى انخفاض كبیر في قیاس إطلاق أیونات النیكل. ومع ذلك، أدت الزیادات الإضافیة في درجات الحرارة إلى تطویر طبقة أكسید غیر مستقرة وھشة، مما أدى إلى المسامیة ذات السطح الخامل من خلال NiTi زیادة إطلاق أیونات النیكل. بشكل عام، أظھر تطویر سبیكة المعالجة بالأكسدة الحراریة نتائج واعدة للتطبیقات في مجال الطب الحیوي .
dc.description.cpsemailcps2u@iium.edu.my
dc.description.degreelevelMaster
dc.description.emailamaninanur@gmail.com
dc.description.identifierThesis : Surface passivation of porous NiTi shape memory alloy via thermal oxidation / by Nur Amanina binti Abd Kadir
dc.description.identityG2036166Nuramaninaabdkadir
dc.description.kulliyahKulliyyah of Engineering (KOE)
dc.description.nationalityMALAYSIA
dc.description.notesThesis (MSCE)--International Islamic University Malaysia, 2025.
dc.description.physicaldescription1 online resource (xvii, 96 leaves) ; illustrations.
dc.description.programmeMaster of Science in Engineering
dc.identifier.urihttps://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/32851
dc.language.isoen
dc.publisherKuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2025
dc.rightsOWNED BY IIUM
dc.titleSurface passivation of porous NiTi shape memory alloy via thermal oxidation
dc.typemaster thesis
dspace.entity.typePublication
oairecerif.author.affiliation#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
G2036166Nuramaninaabdkadir_SEC.pdf
Size:
22.39 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Full text.

Collections