AC impedance study of the corrosion resistance of the passivated Ti15Mo implant alloy in physiological saline solution

• Autorzy: Szklarska M. , Łosiewicz B. , Dercz G. , Stróż D.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2016.6.7

Warianty tytułu

PL

Badania impedancyjne odporności korozyjnej pasywowanego stopu Ti15Mo w roztworze soli fizjologicznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The object of this work was the self-passivated Ti–15 wt % Mo implant alloy subjected to anodic oxidation in 1 M acetic acid aqueous solution at 5 V for 1 h. In order to thicken the oxide film a superior biocompatibility and corrosion resistance of the anodized implant was achieved. Surface of the tested alloy before and after anodizing was characterized using X-ray diffraction analysis (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and profilometry. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements revealed a passive behaviour of the alloy under the experimental conditions. The bilayer oxide film consists of a porous outer layer (6.7±1.0 nm) and a thin, solid inner-barrier layer (1.4±0.3 nm). The obtained film is three times thicker than the oxide layer formed by self-passivation. The electrochemical studies in physiological saline solution (PSS) at 37°C showed that the anodic oxidation improved the corrosion resistance of the Ti15Mo alloy. No pitting corrosion was detected in anodic polarization measurements up to 9.5 V due to the presence of the barrier oxide layer on the alloy surface and phase composition of the examined alloy which contained only β-Ti phase.

PL

W ostatnich latach tytan oraz jego stopy ze względu na bardzo dobre właściwości mechaniczne, dużą biozgodność oraz dobrą odpornością korozyjną zyskują coraz większą popularność jako biomateriały do zastosowań w medycynie. Wśród nich można wyróżnić stop Ti15Mo, w którym alergenne i kancerogenne pierwiastki takie jak Ni, Al czy V zostały zastąpione przez biozgodny molibden. Dodatek stopowy w postaci Mo zwiększa odporność korozyjną, jednocześnie redukując moduł Younga. Stop Ti15Mo dużą odporność na korozję zawdzięcza obecnej na powierzchni stabilnej warstwie tlenkowej, która tworzy się samoistnie w wyniku kontaktu z powietrzem atmosferycznym. W celu polepszenia odporności korozyjnej stopu, a tym samym jego biokompatybilności, próbki Ti15Mo poddano pasywacji w 1 M roztworze kwasu octowego. Do określenia zachowania korozyjnego badanego materiału w środowisku biologicznym wykorzystano metodę elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (ESI).

Słowa kluczowe

EN

Ti15Mo alloy; anodization; oxide layer; corrosion resistance; EIS

PL

stop Ti15Mo; utlenianie azotowe; warstwa tlenkowa; odporność korozyjna; ESI

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 37, nr 6
• Strony: 317--321
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Szklarska M.

• Institute of Materials Science, University of Silesia, Chorzów, Poland

autor

Łosiewicz B.

• Institute of Materials Science, University of Silesia, Chorzów, Poland

autor

Dercz G.

• Institute of Materials Science, University of Silesia, Chorzów, Poland

autor

Stróż D.

• Institute of Materials Science, University of Silesia, Chorzów, Poland

Bibliografia

• [1] Oliveira N. T. C., Aleixo G., Caram R., Guastaldi A. C.: Development of Ti–Mo alloys for biomedical applications: Microstructure and electrochemical characterization. Mater. Sci. Eng. A 452-453 (2007) 727÷731.
• [2] Kazek-Kęsik A., Dercz G., Kalemba I., Suchanek K., Kukharenko A. I., Korotin D. M., Michalska J., Krząkała A., Piotrowski J., Kurmaev E. Z., Cholakh S. O., Simka W.: Surface characterisation of Ti–15Mo alloy modified by a PEO process in various suspensions. Mater. Sci., Eng. C 39 (2014) 259÷272.
• [3] Simka W., Krząkała A., Korotin D. M., Zhidkov I. S., Kurmaev E. Z., Cholakh S. O., Kuna K., Dercz G., Michalska J., Suchanek K., Gorewoda T.: Modification of a Ti–Mo alloy surface via plasma electrolytic oxidation in a solution containing calcium and phosphorus. Electrochim. Acta 96 (2013) 180÷190.
• [4] Szklarska M., Dercz G., Rak J., Simka W., Łosiewicz B.: The influence of passivation type on corrosion resistance of Ti15Mo alloy in simulated body fluids. Arch. Metall. Mater. 60 (2013) 2687÷2693.
• [5] Szklarska M., Dercz G., Simka W., Dudek K., Starczewska O., Łężniak M., Łosiewicz B.: Alginate biopolymer coatings obtained by electrophoretic deposition on Ti15Mo alloy. Acta. Phys. Pol. A 125 (2014) 919÷923.
• [6] Sul Y. T., Johansson C. B., Jeong Y., Albrektsson T.: The electrochemical oxide growth behaviour on titanium in acid and alkaline electrolytes. Med. Eng. Phys. 23 (2001) 329÷346.
• [7] Kuphasuk C., Oshida Y., Andres C. J., Hovijitra S., Barco M., Brown D.: Electrochemical corrosion of titanium and titanium-based alloys. J. Prosthet. Dent. 85 (2001) 195÷202.
• [8] Zhou Y. L., Luo D. M.: Corrosion behavior of Ti–Mo alloys cold rolled and heat treated. J. Alloys Compd. 509 (2011) 6267÷6272.
• [9] Habazaki H., Uozumi M., Konno H., Nagata S., Shimizu K.: Formation of barrier-type amorphous anodic films on Ti–Mo alloys. Surf. Coat. Technol. 169-170 (2003) 151÷154.
• [10] Pan J., Thierry D., Leygraf C.: Hydrogen peroxide toward enhanced oxide growth on titanium in PBS solution: Blue coloration and clinical relevance. J. Biomed. Mater. Res. 28 (1996) 1143÷1153.
• [11] Szewczenko J., Marciniak J., Kaczmarek M.: Corrosion resistance of anodized Ti6Al4V ELI alloy after long-term exposure to Ringer’ solution. Eng. Biomater. 106-108 (2011) 21÷25.
• [12] Błaszczyk T., Burnat B., Klimek L., Scholl H.: Corrosion properties of titanium GR2 after different surface modifications Eng. Biomat. 96-98 (2010) 10÷15.
• [13] ASTM G 102-89 (2004). Standard practice for calculation of corrosion rates and related information from electrochemical measurements.
• [14] Atlas of Eh-pH diagrams, Intercomparison of thermodynamic databases. National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Naoto TAKENO (2005).
• [15] Birch J. R., Burleigh T. D.: Oxides formed on titanium by polishing, etching, anodizing, or thermal oxidizing. Corrosion 56 (2000) 1233÷1241.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.