Podniesienie odporności korozyjnej biomedycznych stopów magnezu w roztworze Ringera za pomocą powłok ochronnych

• Autorzy: Kot, I. , Dróżdż, D. , Pleśniak, U. , Krawiec, H.

Warianty tytułu

EN

Improvement of corrosion resistance of biomedical magnesium alloys by coatings

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Stopy magnezu ze względu na dobre właściwości mechaniczne oraz małą gęstość (od 1,74 do 2,0 g/cm3) znalazły zastosowanie głównie w przemyśle samochodowym, lotniczym, a także w elektronice. W ostatnich latach badania in vitro oraz in vivo wykazały, że stopy magnezu mają wysoki poziom biozgodności z organizmem człowieka oraz ulegają resorpcji, nie powodując reakcji alergicznych. Dlatego można je zastosować jako implanty ortopedyczne, resorbowalne szpilki kostne służące do stabilizacji pękniętej kości. Jednym Z głównych problemów występujących przy wykorzystywaniu stopów magnezu jako materiału do produkcji różnego rodzaju implantów jest zjawisko korozji w organizmach żywych. Stopy magnezu typu Mg1Ca, Mg1Ca1 Si oraz AZ91 ulegają aktywnemu roztwarzaniu w roztworach fizjologicznych. Na odporność korozyjną badanych stopów magnezu ma wpływ przede wszystkim mikrostruktura, zwłaszcza obecność różnych faz międzymetalicznych lub wydzieleń. W pracy przeprowadzono badania odporności korozyjnej biomedycznych stopów magnezu Mg1Ca, Mg1Ca1Si, AZ91 W roztworze Ringera w temperaturze 37°C. W celu poprawienia odporności korozyjnej badane stopy magnezu pokiyto powłokami ochronnymi naniesionymi potencjostatycznie Z następujących roztworów: KOH 6 g/l, NaF 13 g/l, 30 cm3 szkła wodnego, E = 4 V, czas nanoszenia powłoki 90 minut oraz 0,1 M Ca(NO3)2'2H2O + 0,06 M NaH2PO4 + 30 cm3 C2H5OH + 70 cm3 H2O, E = 6 V, czas osadzania 40 minut. Po nałożeniu powłok ochronnych odporność na korozję badanych stopów magnezu wzrosła. Potencjały korozyjne zostały przesunięte w kierunku większych wartości, natomiast na krzywych polaryzacyjnych w obszarze anodowym zarejestrowano znacznie mniejsze wartości gęstości prądu. Najlepszą odporność na korozję wykazywały stopy pokryte powłokami otrzymanymi z roztworu numer (1) zawierającymi szkło wodne.

EN

Magnesium alloys are commonly used as structural materials in the automotive and aerospace sectors. They have low densities (1,7412,0 g/cm3) and high strength-to-weight ratios. In recent years, studies in vitro and in vivo showed that magnesium alloys have a high level of biocompatibility with the human body easily undergo resorption do not cause the allergic reactions. Moreover magnesium alloys have exhibited the similar mechanical properties as a human bone. Therefore, magnesium alloys can be used as orthopedic implants. In spite of their attractive mechanical properties, their relatively low corrosion resistance is a serious obstacle to widespread application of magnesium alloys in all areas. Hence, the corrosion is one of the main problems associated with the use of magnesium alloys as implants in human body. Magnesium alloys such Mg1Ca, Mg1Cal Si and AZ91 undergo the active dissolution in physiological solutions. The corrosion resistance of magnesium alloys depends on their microstructure, especially the presence of different intermetallic phases and precipitates. In this paper the electrochemical behaviour ofmagnesium alloys Mg1Ca, Mg1Ca1Si, AZ91 has been investigated in Ringer solution at 37°C. In order to improve the corrosion resistance ofmagnesium alloys the protective coatings were deposited from the following solutions: KOH 6 g/l, NaF 13 g/l, 30 cm3 Water glass, E = 4 V, time 90 minutes, and 0,1 M Ca(NO3)2'2H2O + 0,06 M NaH,PO4 + 30 cm3 C2H5OH + 70 cm3 H2O, E = 6 V, time 40 minutes. The magnesium alloys with coatings exhibited much higher corrosion resistance compare to the uncoated alloys in Ringer solution. Corrosion potentials were shifted to higher values, while the current density registered in the anodic branch obtained lower values. The best corrosion resistance exhibited magnesium alloys covered by coating containing water glass.

Słowa kluczowe

PL

stopy magnezu; mikrostruktura; powłoki

EN

magnesium alloy; microstructure; coatings

• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 5
• Strony: 481--484
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Kot, I.

• Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Odlewnictwa

autor

Dróżdż, D.

• Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Odlewnictwa

autor

Pleśniak, U.

• Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Odlewnictwa

autor

Krawiec, H.

• Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Odlewnictwa,

Bibliografia

• [1] Zhang J. Wu Ch.: Corrosion and protection of magnesium alloys - a review of the patent literature. Recent Patents on Corrosion Science 2 (2010) 55÷68.
• [2] Singh Raman R. K: The role of microstructure in localized corrosion of magnesium alloys. Metall. Mater. Trans. 35A (2004) 2525÷2531.
• [3] Ghali E., Dietzel W., Kainer K. U.: Testing of general and localized corrosion of magnesium alloys: A critical review. J. Mater. Eng. and Perf. 13 (2004) 517÷529.
• [4] Kojima Y.: Platform science and technology for advanced magnesium alloys. Mater. Sci. Forum 350-351 (2000) 3÷17.
• [5] Xin Y., Hu T., Chu P. K.: In vitro studies biomedical magnesium alloys in a simulated physiological environment: A review. Acta Biomat. 7 (2011) 1452÷1459.
• [6] Gu X. N., Zheng Y. F., Chen L. J.: Influence of artificial biological fluid composition on the biocorrosion of potential orthopedic Mg-Ca, AZ31, AZ91 alloys. Biomed. Mater. 4 (2009) 065011.
• [7] Waksman R., Pakala R., Kuchulakanti P. K., Baffour R., Hellinga D., Seabron R. et al.: Safety and efficacy of bioabsorbable magnesium alloy stents in porcine coronary arteries. Catheter Cardiovasc Interv. 68 (4) (2006) 607÷617.
• [8] Waksman R., Pakala R., Hellinga D., Baffour R., Kuchulakanti P., Seabron R. et al.: Effect ofbioabsorbable magnesium alloy stent on neointimal formation in a porcine coronary model. Eur. Heart J. 26 (2005) 417÷418.
• [9] Waksman R., Erbel R., Di Mario C., Bartunek J., de Bruyne B., Eberli F.R. et al.: Early- and long-term intravascular ultrasound and angiographic findings after bioabsorbable magnesium stent implantation in human coronary arteries. J. Am. Coll. Cardiol. Intv. 2 (2009) 312÷320.
• [10] Di Mario C., Griffiths H., Goktekin O., Peeters N., Verbist J., Bosiers M. et al.: Drugeluting bioabsorbable magnesium stent. J. Interv. Cardiol. 17 (2004) 391÷395.
• [11] Erbel R., Di Mario C., Bartunek J., Bonnier J., de Bruyne B., Eberli Fr. Et al.: Temporary scaffolding ofcoronary arteries with bioabsorbable magnesium; stents: a prospective, non-randomised multicentre trial. Lancet 369 (2007) 1869÷1875.
• [12] Xu L. P, Yu G. N., Zhang E., Pan F., Yang K.: In vivo corrosion behavior of Mg-Mn-Zn alloy for bone implant: application. J. Biomed. Mater. Res. A. 83A (2007) 703÷711.
• [13] Witte F., Kaese V., Haferkamp H., Switzer E., Meyer-Lindenberg A., Wirth C. J. et al.: In vivo corrosion of four magnesium alloys and the associated bone response. Biomater. 26 (2005) 3557÷3563.
• [14] Yun Y-H., Dong Z., Yang D., Schulz M. J., Shanov V. N., Yarmolanko S., Xu Z., Kumta P., Sfeir Ch.: Biodegradable Mg corrosion and osteoblast cell culture studies. Mate. Sci. and Eng. C 29 (2009) 1814÷1821.
• [15] Wu G., Ibrahim J. M., Chu P. K.: Surface design of biodegradable magnesium alloys. Surface & Coatings Technology (2012) in press.
• [16] Xu L., Pan F., Yu G., Yang L, Zhang E., Yang K.: In vitro and in vivo evaluation of the surface bioactivity of a calcium phosphate coated magnesium alloy. Biomater. 30 (2009) 1512÷1523.
• [17] Li Z., Gu X., Lou S., Zheng Y.: The development of binary Mg-Ca alloys for use as biodegradable materials within bone. Biomater. 29 (2008) 1329÷1344.
• [18] Gu X. N., Zheng W.,Cheng Y., Zheng Y. F.: A study on alkaline heat treated Mg-Ca alloy for the control of the biocorrosion rate. Acta Biomater. 5 (2009) 2790÷2799.
• [19] Krawiec H., Stanek S., Vignal V., Lelito J., Suchy J. S.: The use of microcapillary techniques to study the corrosion resistance of AZ91 magnesium alloy at the microscale. Corr. Sci. 53 (2011) 3108÷3113.
• [20] Xin Y., Hu T., Chu P. K: In vitro studies of biomedical magnesium alloys in a simulated physiological environment: A review. Acta Biomater. 7 (2011) 1452÷1459.