The Influence of Passivation Type on Corrosion Resistance of Ti15Mo Alloy in Simulated Body Fluids

• Autorzy: Szklarska M. , Dercz G. , Rak J. , Łosiewicz B. , Simka W.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0433

Warianty tytułu

PL

Wpływ rodzaju pasywacji powierzchni stopu Ti15Mo na jego odporność korozyjną w środowisku płynów ustrojowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work reports on determination of the influence of passivation type of Ti15wt.%Mo implant alloy surface on its corrosion resistance in simulated body fluids. The alloy under investigation was subjected to natural self-passivation in air, and forced passivation by autoclaving in steam, boiling in 30 % solution of H₂O₂, and electrochemical passivation in 0.9 % NaCl solution. Resistance of the passivated Ti15Mo alloy to pitting corrosion was studied at 37ºC in 0.9 % NaCl solution using open circuit potential method, anodic polarization curves, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Comparative estimation of the determined parameters of corrosion resistance revealed that the obtained passive layers improve anticorrosive properties of the tested alloy. Surface of the alloy subjected to passivation in steam autoclave reveals the highest protection against pitting corrosion. Anodic potentiodynamic curves showed that the Ti15Mo alloy after different passivation types of the surface is characterized by a lack of susceptibility to pitting corrosion up to potential of 9 V. Based on the EIS investigations, the thickness of the formed oxide layers (TiO₂, anatase) was determined to be in the range from 2.0 to 7.8 nm in dependence on the applied type of passivation. It was ascertained that electrochemical properties of the Ti15Mo alloy and possibility of its surface passivation using simple methods, make it an attractive material for use in biomedicine for long-term implants.

PL

Praca dotyczy określenia wpływu rodzaju pasywacji powierzchni stopu Ti15%wag.Mo na jego odporność korozyjną w środowisku płynów ustrojowych. Badany stop poddano naturalnej samopasywacji w powietrzu oraz wymuszonej pasywacji w autoklawie parowym, w gotującym się 30 % roztworze H₂O₂ oraz elektrochemicznej pasywacji w 0,9 % roztworze NaCl. Odporność pasywowanego stopu Ti15Mo na korozję wżerową badano w temperaturze 37°C w roztworze 0,9 % NaCl metodą potencjału obwodu otwartego, krzywych polaryzacji anodowej oraz elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (ESI). Ocena porównawcza wyznaczonych parametrów odporności korozyjnej wykazała, że wytworzone warstwy pasywne poprawiają właściwości antykorozyjne badanego stopu. Powierzchnia stopu poddana pasywacji w autoklawie parowym wykazuje najwyższą ochronę przed korozją wżerową. Anodowe krzywe potencjodynamiczne ujawniły, że stop Ti15Mo poddany różnym sposobom pasywacji powierzchni wykazuje brak podatności na korozję wżerową aż do potencjału wynoszącego 9 V. W oparciu o badania ESI wyznaczona została grubość otrzymanych warstw tlenkowych (TiO₂, anataz), która w zależności od zastosowanego sposobu pasywacji mieściła się w zakresie od 2,0 do 7,8 nm. Stwierdzono, że właściwości elektrochemiczne stopu Ti15Mo oraz możliwość pasywowania jego powierzchni prostymi metodami, czynią go atrakcyjnym materiałem do zastosowań w biomedycynie na implanty długoterminowe.

Słowa kluczowe

EN

biomaterial; electrochemical impedance spectroscopy; corrosion resistance; passivation; titanium alloys

PL

biomateriały; elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna; odporność na korozję; pasywacja; stopy tytanu

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 4
• Strony: 2687--2694
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Szklarska M.

• University of Silesia, Institute of Materials Science, Silesian Interdisciplinary Centre for Education and Research, 75 Pułku Piechoty 1A, 41-500 Chorzów, Poland

autor

Dercz G.

• University of Silesia, Institute of Materials Science, Silesian Interdisciplinary Centre for Education and Research, 75 Pułku Piechoty 1A, 41-500 Chorzów, Poland

autor

Rak J.

• University of Silesia, Institute of Materials Science, Silesian Interdisciplinary Centre for Education and Research, 75 Pułku Piechoty 1A, 41-500 Chorzów, Poland

autor

Łosiewicz B.

• University of Silesia, Institute of Materials Science, Silesian Interdisciplinary Centre for Education and Research, 75 Pułku Piechoty 1A, 41-500 Chorzów, Poland

autor

Simka W.

• Silesian University of Technology, Faculty of Chemistry ,6 B. Krzywoustego Str., 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] M. Geetha, U. Kamachi Mudali, A.K. Gogia, R. Asokamani, R. Baldev, Corros. Sci. 46, 877-892 (2004).
• [2] M. Freitag, B. Łosiewicz, T. Goryczka, J. Lelątko, Solid State Phenom. 183, 57-64 (2012).
• [3] J. Szewczenko, J. Marciniak, M. Kaczmarek, Eng. Biomat.
• [4] T. Błaszczyk, B. Burnat, L. Klimek, H. Scholl, Eng. Biomat. 96-98, 10-15 (2010).
• [5] M. Papakyracou, H. Mayer, C. Pypen, H. Plenk Jr, S. Stanzl- Tschegg, Int. J. Fatigue 22, 873-886 (2000).
• [6] S. Shabalovskaya, J. Anderegg, J. Van Humbeeck, Acta Biomater. 4, 447-467 (2008).
• [7] N. T. C. Oliviera, A. C. Guastaldi, Acta Biomater. 5, 399-405 (2009).
• [8] J. R. Birch, T. D. Burleigh, Corrosion, 56, 1233-1241 (2000).
• [9] ASTM G 102-89: „Standard Practice for Calculation of Corrosion Rates and Related Information from Electrochemical Measurements”.
• [10] J. Disegi, Implant Materials Wrought-15% Molybdenum, Synthes, West Chester 2009.
• [11] N. Takeno, Atlas of Eh-pH diagrams. Intercomparision of thermodynamic databases. Open File Report No. 419. National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Geological Survey of Japan, Tokyo, Japan 2005.
• [12] M. Metikos-Hukovic, A. Kwokal, J. Piljac, Biomaterials 24, 3765-3775 (2003).
• [13] W. Simka, Electrochim. Acta, 56, 9831-9837 (2011).
• [14] K. Wang, Y. S. Li, P. He, Electrochim. Acta, 43, 2459-2467 (1998).
• [15] Y. L. Zhoua,, D. M. Luob, J. Alloys Compd. 509, 6267-6272 (2011).
• [16] H. Habazakia, M. Uozumia, H. Konnoa, S. Nagatab, K. Shimizuc, Surf. Coat. Technol. 169 -170, 151-154 (2003).
• [17] Z. Lekston, B. Łosiewicz, A. Winiarski, M. Jędrusik- Pawłowska, M. Kromka-Szydek, K. Miernik, Eng. Biomat. 96-98, 29-33 (2010).
• [18] A. Lasia, in: B.E. Conway, J.O’M. Bockris, R.E. White (Eds.), Modern Aspects of Electrochemistry 35, Kluwer/Plenum, New York (2002).
• [19] H. Morawiec, J. Lelątko, A. Winiarski, G. Stergioudis, T. Goryczka, P. Pączkowski, Eng. Biomat. 37, 32 (2004).
• [20] A. Pardo, M. C. Merino, A. E. Coy, F. Viejo, R. Arrabal, E. Matykina, Corros. Sci. 50, 1796-1806 (2008).

Uwagi

PL

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