Pasywacja chemiczna i powłoka ochronna SiC jako sposoby poprawy odporności na korozję elektrochemiczną stopu dentystycznego z grupy Co-Cr-Mo-W Wirobond C

• Autorzy: Rylska, D. , Wendler, B. , Sokołowski, J. , Sokołowska, J. , Łukomska-Szymańska, M.

Warianty tytułu

EN

Chemical passivation and deposition of SiC layer as a method of improving the electrochemical corrosion resistance of Co-Cr-Mo-W-base dental alloy Wirobond C

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Nieszlachetne stopy dentystyczne na bazie kobaltu są stosowane powszechnie w protetyce stomatologicznej. Stopy te mogą ulegać w warunkach użytkowania procesom korozyjnym, co osłabia ich strukturę i wpływa negatywnie na otaczające tkanki. Szeroko są stosowane więc sposoby podnoszenia odporności korozyjnej, takie jak nanoszenie powłok ochronnych metodami PVD, w tym z grupy cienkich powłok. Alternatywą dla systemów powłokowych są sposoby modyfikacji powierzchni tych stopów w celu poprawy jakości antykorozyjnej warstw pasywnych powstających samoczynnie na powierzchni, dzięki wysokiej zawartości chromu. W artykule dokonano charakterystyki korozyjnej stopu Wirobond C po naniesieniu na jego powierzchnię powłoki SiC i po procesach modyfikacji powierzchni za pomocą pasywacji chemicznej. Stop pokryto powłoką SiC otrzymaną metodą PVD rozpylania magnetronowego. Powierzchnię stopu poddawano także dwóm procesom pasywacji chemicznej. Określono własności elektrochemiczne tak modyfikowanych powierzchni stopu, stosując metodę potencjodynamiczną w fizjologicznym roztworze chlorku sodu. Za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej wykonano obserwacje powierzchni stopu bez modyfikacji i po procesach pasywacji oraz naniesieniu powłoki przed i po próbach korozyjnych. Stosując mikroanalizę rentgenowską EDS badano skład chemiczny w wybranych mikroobszarach elementów pokrytych powłoką SiC przed i po próbach elektrochemicznych. Stwierdzono, że zarówno pokrycie warstwą SiC, jak i pasywacja chemiczna poprawiają własności antykorozyjne stopu. Najlepszy efekt ochronny uzyskano za pomocą pasywacji z wykorzystaniem azotanu sodu.

EN

Non-precious cobalt based alloys have been widely used in prosthetic dentistry for years. These alloys may be exposed to a corrosion process in vivo which makes them cytotoxic. Thus deposition of thin films as protective coatings is often employed as a method of improving alloys’ corrosion resistance. SiC thin layers are widely used on biomedical materials thanks to its good properties. On the other side, the outstanding corrosion resistance of Co-Cr alloys results in the presence of a thin oxide/‘passive’/film on the metal surface. On this basis, it can be assumed that additional chemical or electrochemical treatments of surfaces, which leads to changes of characteristics of the natural oxide films, can affect the corrosion resistance of these materials. The aim of this study was to set and compare if and to what extend SiC coatings or chemical passivation processes could increase the corrosion resistance of Co-Cr-Mo-W-based dental alloy. Non-precious dental alloy Wirobond C was deposited with SiC coating of magnetron sputered-PVD method. The alloy’s surface was also treated by two different chemical passivation processes. The electrochemical properties of such modified alloy’s surfaces were studied in details. The potentiodynamic polarization technique in 0.5 M Cl solution was used to determine the corrosion resistance of samples. Surfaces of samples were observed by means of SEM, also the EDS analyses were used to determine the chemical composition of layers before and after corrosion tests. The main statement is that the both chemical passivation and SiC layer improve the corrosion resistance of the alloy. The best resistance occurs in case of the alloy passivated by NaNO3.

Słowa kluczowe

PL

korozja elektrochemiczna; SiC; stopy dentystyczne; pasywacja chemiczna

EN

electrochemical corrosion; SiC; dental alloys; chemical passivation

• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 6
• Strony: 828--832
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rylska, D.

• Instytut Inżynierii Materiałowej Politechniki Łódzkiej,

autor

Wendler, B.

• Instytut Inżynierii Materiałowej Politechniki Łódzkiej

autor

Sokołowski, J.

• Zakład Stomatologii Ogólnej Uniwersytetu Medycznego w Łodzi

autor

Sokołowska, J.

• Zakład Stomatologii Ogólnej Uniwersytetu Medycznego w Łodzi

autor

Łukomska-Szymańska, M.

• Zakład Stomatologii Ogólnej Uniwersytetu Medycznego w Łodzi

Bibliografia

• [1] Bundy K. J.: Corrosion and other electrochemical aspects of biomaterials. Critical Reviews in Biomedical Engineering 22 (3-4) (1994) 139÷251.
• [2] Ordine A., Achete C. A., Mattos O. R.: Magnetron sputtered SiC coatings as corrosion protection barriers for steels. Surface and Coatings Technology 133-134 (2000) 583÷588.
• [3] Riviere J. P., Delafond J., Misaelides P.: Corrosion protection of an AISI 321 stainless steel by SiC coatings. Surface and Coatings Technology 100-101 (1998) 243÷246.
• [4] Wu T. M., Won K. H., and Wei C. J.: Processing and measurement of basic properties of SiC and cordierite coatings of carbon/carbon composite. Surface and Coatings Technology 78 (1996) 64÷71.
• [5] Koji K., Koshi A.: Wear of advanced ceramics. Wear 253 (2002) 1097÷1104.
• [6] Yongxin W., Liping W., Qunji X.: Improving the tribological performances of graphite-like carbon films on Si3N4 and SiC by using Si interlayers. Applied Surface Science 257 (2011) 10246÷10253.
• [7] Fu Q.-G., Li H.-J. Shi X.-H., Li K.-Z., Huang M., Sun G.-D.: Silicide coating for protection of C/C composites at 1873 K. Surface and Coatings Technology 201 (2006) 3082÷3086.
• [8] Chen Z., Li H., Fu Q.: SiC wear resistance coating with added Ni, for carbon/carbon composites. Surface & Coatings Technology 213 (2012) 207÷215.
• [9] Can S., He-jun L., Qian-gang F., Jia-ping Z., Han P.: Double SiC coating on carbon/carbon composites against oxidation by a two-step metod. Trans. Nonferrous Met. Soc. China 23 (2013) 2107÷2112.
• [10] Aspenberg P., Anttila A., Konttinen Y. T., Lappalainen R., Goodman S. B., Nordsletten L., Santavirta S.: Benign response to particles of diamond and SiC: bone chamber studies of new joint replacement coating materials in rabbits. Biomaterials 17 (8) (1996) 807÷812.
• [11] Li X., Wang X., Bondokov R., Morris J., An Y. H., Sudarshan T. S.: Micro/ nanoscale mechanical and tribological characterization of SiC for orthopedic applications. J. Biomed. Mater. Res. B. Appl. Biomater. 15 (72) (2005) 353÷361.
• [12] Cogan S. F., Edell D. J., Guzelian A. A., Ping Liu Y., Edell R.: Plasmaenhanced chemical vapour deposited silicon carbide as an implantable dielectric coating. J. Biomed. Mater. Res. A. 67 (3) ( 2003) 856÷867.
• [13] Nurdin N., Francois P., Mugnier Y., Krumeich J., Moret M., Aronsson B. O., Descouts P.: Haemocompatibility evaluation of DLC- and SiC-coated surfaces. Eur. Cell. Mater. 20 (5) 17-26 (2003) 26÷28.
• [14] Santavirta S., Takagi M., Nordsletten L., Anttila A., Lappalainen R., Konttinen Y. T.: Biocompatibility of silicon carbide in colony formation test in vitro. A promising new ceramic THR implant coating material. Arch. Orthop. Trauma. Surg. 118 (1-2) (1998) 89÷91.
• [15] Hodgsona A. W. E., Kurza S., Virtanen S., Fervel V., Olsson O. A., Mischler S.: Passive and transpassive behaviour of CoCrMo in simulated biological solutions. Electrochimica Acta 49 (2004) 2167÷2178.
• [16] Williams D. F. [in:] D. F. Williams (Ed.): Biocompatibility of clinical implant materials. Vol. I, CRC Press, Boca Raton, FL (1981).
• [17] Crook P. [in:] Korb L. J. (Ed.): Metals Handbook – Corrosion. Vol. 13, 9th ed., ASM International, Ohio (1987).
• [18] Yang J., Merritt K.: Detection of antibodies against corrosion products in patients after Co-Cr total joint replacements. J. Biomed. Mater. Res. 28 (1994) 1249.
• [19] Black J., Maitin E. C., Gelman H., Morris D. M.: Serum concentrations of cobalt and nickel after total hip replacement: A six month study. Biomaterials 4 (1983) 160.
• [20] Merritt K., Brown S. A.: Release of hexavalent chromium from corrosionofstainless steel and cobalt-chromium alloys. J. Biomed. Mater. Res. 29 (1995) 627.
• [21] Tomás H., Carvalho G. S., Fernandes M. H., Freire A. P., Abrantes L. M.: Effects of Co-Cr corrosion products and corresponding separate metal ions on human osteoblast-like cell cultures. J. Mater. Sci. Mater. Med. 7 (1996) 291.
• [22] Woodman J. L., Black J., Nunamaker D. M.: Release of cobalt and nickel from a new total finger joint prosthesis made of vitallium. J. Biomed. Mater. Res. 17 (1983) 655.
• [23] Koegel A., Black J.: Release of corrosion products by F-75 cobalt base alloy in the rat. I: Acute serum elevations. J. Biomed. Mater. Res. 18 (1984) 513.
• [24] Hanawa T., Hiromoto S., Asami K.: Characterization of the surface oxide film of a Co-Cr-Mo alloy after being located in Qasi-biological environments using XPS. Applied Surface Science 183 (2001) 68÷75.
• [25] Milos I., Strehblow H.-H.: The composition of the surface passive film formed on CoCrMo alloy in simulated physiological solution. Electrochimica Acta 48 (2003) 2767÷2774.
• [26] Reclaru L., Lu H., Eschler P.-Y., Blatter A., Susz Ch.:Corrosion behaviour of cobalt-chromium dental alloys doped with precious metals. Biomaterials 26 (2005) 4358÷4365.
• [27] Valero Vidal C., Igual Munoz A.: Effect of thermal treatment and applied potential on the electrochemical behaviour of CoCrMo biomedical alloy. Electrochimica Acta 54 (2009) 1798÷1809.
• [28] Mareci D., Romaş M., Căilean A., Sutiman D.: Electrochemical studies of cobalt-chromium-molybdenum alloys in artificial saliva. Rev. Roum. Chim. 56 (7) ( 2011) 697÷704.