Wpływ symulowanych wodnych środowisk fizjologicznych na odporność korozyjną stopów Ti6Al4V i Ti10Mo4Zr oraz ich składników stopowych

• Autorzy: Loch J , Krawiec H. , Łukaszczyk A.

Warianty tytułu

EN

Influence of Simulated Physiological Solution to Corrosion Resistance of Ti6Al4V and Ti10Mo4Zr Alloys and Alloying Elements

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy było porównanie korozyjnego zachowania się najbardziej popularnego stopu tytanu Ti-6Al-4V, stosowanego na implanty biomedyczne, ze stopem Ti-10Mo-4Zr. Badania odporności korozyjnej zostały przeprowadzone w fizjologicznym roztworze Hank’a. Odporność korozyjną obu stopów porównano na podstawie badań potencjału korozyjnego i potencjo dynamicznych krzywych polaryzacyjnych wykonanych techniką liniowej woltamperometrii (LSV). Stop tytanu Ti-10Mo-4Zr posiada niższy moduł Younga wynoszący 74 ÷ 86 GPa niż stop Ti-6Al-4V (110 GPa). Jest wskazane, aby materiały metaliczne stosowane w implantologii wykazywały moduły Younga raczej niższe, to znaczy zbliżone do modułu Younga kości około 30 GPa. W związku z tym, biorąc pod uwagę właściwości mechaniczne, stop Ti-10Mo-4Zr jest bardziej atrakcyjnym materiałem przeznaczonym na implanty. Badania odporności korozyjnej w fizjologicznym roztworze Hank’a wykazały jednoznacznie, że stop Ti-10Mo-4Zr, podobnie jak stop Ti-6Al-4V, wykazuje bardzo dobra odporność na korozję. Wysoka odporność obu stopów tytanu jest związana z tworzeniem się termodynamicznie stabilnej i trwałej warstwy tlenkowej zawierającej głównie tlenek tytanu TiO2. Bardzo dobra odporność na korozję i korzystniejsze właściwości mechaniczne wskazują, że jednofazowy stop Ti-10Mo-4Zr jest bardzo atrakcyjnym materiałem przeznaczonym na implanty biomedyczne.

EN

The aim of this paper was the comparison of the corrosion behavior two titanium alloy Ti-6Al-4V and Ti-10Mo-4Zr. Up to now Ti-6Al-4V alloy is common used as a bioimplants. Corrosion resistance tests for both Ti alloys have been performed in Hank's physiological solution. Corrosion resistance of both alloys were compared on the basis of the corrosion potential measurements and polarization curves obtained by means of linear voltammetry technique (LSV). Titanium alloy Ti-10Mo-4Zr has a lower Young’s modulus of about 74 GPa compare to Ti-6Al-4V alloy (110 GPa). It is desirable that the metallic materials used for implants should have a rather low Young's modules that is similar to the Young's modulus of human bones (30 GPa). Therefore, considering the mechanical properties the Ti-10Mo-4Zr alloy is very attractive as a material for bioimplants. The study of corrosion resistance in Hank's physiological solution clearly showed that the Ti-10Mo-4Zr like Ti 6Al-4V-shows very good resistance to corrosion. High corrosion resistance of both titanium alloys is related to the formation of thermodynamically stable oxide layer consists mainly of titanium dioxide TiO2. Very good corrosion resistance and favorable mechanical properties indicate that the single-phase Ti-10Mo-4Zr alloy is a very attractive material for biomedical implants.

Słowa kluczowe

PL

stopy odporne na zużycie; stopy tytanu; korozja; roztwory fizjologiczne

EN

wear resistant alloys; titanium alloys; corrosion; physiological solutions

• Wydawca: Komisja Odlewnictwa Polskiej Akademii Nauk Oddział w Katowicach
• Czasopismo: Archives of Foundry Engineering
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 14, iss. 4 spec.
• Strony: 89--94
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Loch J

• AGH Akademia Górniczo – Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Katedra Chemii i Korozji Metali, Wydział Odlewnictwa, ul. Reymonta 23, 30-059 Kraków, Polska

autor

Krawiec H.

• AGH Akademia Górniczo – Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Katedra Chemii i Korozji Metali, Wydział Odlewnictwa, ul. Reymonta 23, 30-059 Kraków, Polska

autor

Łukaszczyk A.

• AGH Akademia Górniczo – Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Katedra Chemii i Korozji Metali, Wydział Odlewnictwa, ul. Reymonta 23, 30-059 Kraków, Polska

Bibliografia

• [1] Assis, S. L., Wolynec, S., & Costa, I. (2008). The electrochemical behaviour of Ti-13Nb-13Zr alloy in various solutions. Materials and Corrosion, 59(9), 739–743. doi:10.1002/maco.200804148.
• [2] Bai, Y., Hao, Y. L., Li, S. J., Hao, Y. Q., Yang, R., & Prima, F. (2013). Corrosion behavior of biomedical Ti-24Nb-4Zr- 8Sn alloy in different simulated body solutions. Materials Science & Engineering. C, Materials for Biological Applications, 33(4), 2159–67. doi:10.1016/j.msec. 2013.01.036.
• [3] Bogusławski, S. (1987). Mała encyklopedia medycyny. Tom 3 (Państwowe., p. 926). Warszawa.
• [4] Bordji, K., Jouzeau, J. Y., Mainard, D., Payan, E., Netter, P., Rie, K. T., … Hage-Ali, M. (1996). Cytocompatibility of Ti- 6Al-4V and Ti-5Al-2.5Fe alloys according to three surface treatments, using human fibroblasts and osteoblasts. Biomaterials, 17(9), 929–40. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8718939.
• [5] Cheng, X., & Roscoe, S. G. (2005). Corrosion behavior of titanium in the presence of calcium phosphate and serum proteins. Biomaterials, 26(35), 7350–6. doi:10.1016/j. biomaterials.2005.05.047.
• [6] Chłopek, J. (2009). Biomateriały: naśladowanie budowy i odtwarzanie funkcji naturalnych struktur biologicznych. In: Podstawy inżynierii biomedycznej - Tom II (pp. 207–225). Kraków: Wydawnictwo AGH.
• [7] Cuéllar-Cruz, M., Vega-González, a, Mendoza-Novelo, B., López-Romero, E., Ruiz-Baca, E., Quintanar-Escorza, M. a, & Villagómez-Castro, J. C. (2012). The effect of biomaterials and antifungals on biofilm formation by Candida species: a review. European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases : Official Publication of the European Society of Clinical Microbiology, 31(10), 2513–27. doi:10.1007/s10096-012-1634-6.
• [8] Dimah, M. K., Devesa Albeza, F., Amigó Borrás, V., & Igual Muñoz, a. (2012). Study of the biotribocorrosion behaviour of titanium biomedical alloys in simulated body fluids by electrochemical techniques. Wear, 294-295, 409–418. doi:10.1016/j.wear.2012.04.014.
• [9] Elias, C. N., Lima, J. H. C., Valiev, R., & Meyers, M. A. (2008). Biomedical Applications of Titanium and its Alloys. Biological Materials Science, (March), 46–49.
• [10] Gurappa, I. (2002). Characterization of different materials for corrosion resistance under simulated body fluid conditions. Materials Characterization, 49(1), 73–79. doi:10.1016/S1044-5803(02)00320-0.
• [11] Krawiec, H., Loch, J., & Vignal, V. (2013). Comparison of corrosion behaviour of titanium alloys TiAl6V4 and TiMo12Zr5 in Ringer ’ s solution : influence of microstructure and plastic strain. Ceramics - Reaktywność Ciał Stałych = Reactivity of Solids, 115.
• [12] Marciniak, J. (2013). Biomateriały. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej. Gliwice.
• [13] Metikos̆-Huković, M., Kwokal, a, & Piljac, J. (2003). The influence of niobium and vanadium on passivity of titanium-based implants in physiological solution. Biomaterials, 24(21), 3765–3775. doi:10.1016/S0142-9612(03)00252-7.
• [14] PN-EN ISO 10993-15. (2005). Biologiczna ocena wyrobów medycznych - Cz. 15; Identyfikacja i oznaczanie ilościowe produktów degradacji metali i stopów. (PKN, Ed.)PN-EN ISO 10993-15.
• [15] Ramage, G., Martínez, J. P., & López-Ribot, J. L. (2006). Candida biofilms on implanted biomaterials: a clinically significant problem. FEMS Yeast Research, 6(7), 979–86. doi:10.1111/j.1567-1364.2006.00117.x.
• [16] Souza, J. C. M., Barbosa, S. L., Ariza, E., Celis, J.-P., & Rocha, L. a. (2012). Simultaneous degradation by corrosion and wear of titanium in artificial saliva containing fluorides. Wear, 292-293, 82–88. doi:10.1016/j.wear.2012.05.030.
• [17] Souza, J. C. M., Ponthiaux, P., Henriques, M., Oliveira, R., Teughels, W., Celis, J.-P., & Rocha, L. a. (2013). Corrosion behaviour of titanium in the presence of Streptococcus mutans. Journal of Dentistry, 41(6), 528–34. doi:10.1016/j.jdent.2013.03.008.
• [18] Vasilescu, C., Drob, S. I., Neacsu, E. I., & Mirza Rosca, J. C. (2012). Surface analysis and corrosion resistance of a new titanium base alloy in simulated body fluids. Corrosion Science, 65, 431–440. doi:10.1016/j.corsci.2012.08.042
• [19] Vieira, A. C., Ribeiro, A. R., Rocha, L. a., & Celis, J. P. (2006). Influence of pH and corrosion inhibitors on the tribocorrosion of titanium in artificial saliva. Wear, 261(9), 994–1001. doi:10.1016/j.wear.2006.03.031.
• [20] Zhao, C., Zhang, X., & Cao, P. (2011). Mechanical and electrochemical characterization of Ti–12Mo–5Zr alloy for biomedical application. Journal of Alloys and Compounds, 509(32), 8235–8238. doi:10.1016/j.jallcom.2011.05.090.