Characteristic Features of Corrosion Dissolution of a Model Biodegradable Implant Made of NZ30K Alloy + 0.1 wt.% Ag Clad with a Silver Layer in Ringer-Locke Solution

В. Грешта

doi:10.15407/scine21.04.098

Автор(и)

В. Грешта Національний університет "Запорізька політехніка" https://orcid.org/0000-0002-4589-6811

DOI:

https://doi.org/10.15407/scine21.04.098

Ключові слова:

Біорозкладний імплант зі сплаву NZ30K + 0,1 мас. % Ag плакований шаром срібла, розчин Рінгера-Локка, керування швидкістю розчинення біорозкладних імплантів

Анотація

Вступ. Для хірургічного лікування переломів останнім часом у травматології використовують біорозкладні імпланти з магнієвих сплавів.
Проблематика. Неконтрольоване корозійне розчинення магнієвих сплавів та біологічні ускладнення, які можуть виникнути під час лікування переломів, стримують розвиток застосування біорозкладних імплантів.
Мета. Встановити характерні особливості корозійного розчинення сплаву NZ30K + Ag плакованого шаром срібла в розчині Рінгера-Локка.
Матеріали й методи. Магнієвий сплав NZ30K + Ag плакований шаром срібла товщиною 1200 нм досліджували в розчині Рінгера-Локка електрохімічним методом. Корозійні пошкодження вивчали, застосовуючи оптичну та електронну мікроскопію.
Результати. У розчині Рінгера-Локка зразок зі сплаву NZ30K + Ag плакований шаром срібла товщиною 1200 нм
піддався контактній та щілинній корозії. Це відбилося на характері встановлення стаціонарного значення потенціалу корозії Ecor на зразку. Зафіксовано, що на першій стадії цього процесу він зсувався у від’ємніший бік зі швидкістю 0,06 мВ/с, це в 1,5 і 1,8 рази швидше, ніж у зразків із товщиною покриття 900 і 500 нм. Але далі сповільнювався до 0,014 мВ/с, що пов’язано з «гальмуванням» щілинної корозії. Ця стадія випробувань закінчилася визначенням стаціонарного значення Ecor = –1,426 В, за якого поверхня локальних корозійних пошкоджень розчинялася селективно з
утворенням корозійних пор і каналів, що притаманно селективному розчиненню основного компоненту сплаву.
Висновки. Встановлено, що зразок із досліджуваного сплаву з товщиною покриття 1200 нм розчинявся селективно з утворенням пор у локальних корозійних пошкодженнях. У зразка з товщиною покриття 900 нм їх було менше і вони були дрібніші, тому для клінічних випробувань рекомендовані імпланти зі сплаву NZ30K + Ag з товщиною покриття 900 нм.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Li, H., Zheng, Y., Qin, L. (2014). Progress of biodegradable metals. Progress in Natural Science: Materials International, 24(5), 414—422. https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2014.08.014

Cowin, S. C., Goodship, A. E., Cunningham, J. L. (2001). Bone adaptation. In: Bone mechanics handbook (2 nd ed., ch. 5) (Ed. S. C. Cowin). CRC Press. https://doi.org/10.1201/b14263

Müller, M. E., Allgöwer, M., Schneider, R., Willenegger, H. (1991). Manual of internal fixation: Techniques recommended by the AO-ASIF Group. Springer Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-96505-0

Cui, L. Y., Li, X.-T., Zeng, R., Ii, S., Han, E.-H., Song, L. (2017). In vitro corrosion of Mg—Ca alloy — The influence of glucose content. Frontiers of Materials Science, 11, 284—295. https://doi.org/10.1007/s11706-017-0391-y

Lowe, T. C., Valiev, R. Z. (2014). Frontiers for bulk nanostructured metals in biomedical applications. In: Advanced biomaterials and biodevices (Eds. A. Heiden, A. T. Nitin). Wiley Blackwell. https://doi.org/10.1002/9781118774052.ch1

Seong, J. W., Kim, W. J. (2015). Mg—Ca binary alloy sheets with Co contents of ≤1 wt.% with high corrosion resistance and high toughness. Corrosion Science, 98, 372—381. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2015.05.068

Jin, Y., Blawert, C., Feyerabend, F., Bohlen, J., Silva Campos, M. del R., Gavras, S., Wiese, B., ..., Willumeit, R. (2019). Time-sequential corrosion behaviour observation of micro-alloyed Mg—0.5Zn—0.2Ca alloy via a quasi-in situ approach. Corrosion Science, 158, 108096. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2019.108096

Brooks, E. K., Ehrensberger, M. T. (2017). Bio-corrosion of magnesium alloys for orthopaedic applications. J. Funct. Biomater., 8(3), 38. https://doi.org/10.3390/jfb8030038

Zhou, H., Hou, R., Yang, J., Sheng, Y., Li, Z., Chen, L., Li, W., ..., Wang, X. (2020). Influence of zirconium (Zr) on the microstructure, mechanical properties and corrosion behavior of biodegradable zinc-magnesium alloys. Journal of Alloys and Compounds, 840, 155792. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.155792

Sun, M., Yang, D., Zhang, Y., Mao, L., Li, X., Pang, S. (2022). Recent advances in the grain refinement effects of Zr on Mg alloys: A review. Metals, 12(8), 1388. https://doi.org/10.3390/met12081388

Wang, J., Zou, Y., Dang, C., Wan, Z., Wang, J., Pan, P. (2024). Research progress and the prospect of damping magnesium alloys. Materials, 17(6), 1285. https://doi.org/10.3390/ma17061285

Sun, M., Wu, G., Wang, W., Ding, W. (2009). Effect of Zr on the microstructure, mechanical properties and corrosion resistance of Mg—10Gd—3Y magnesium alloy. Materials Science and Engineering: A, 523(1—2), 145—151. https://doi.org/10.1016/j.msea.2009.06.002

Xu, W., Birbilis, N., Sha, G., Wang, Y., Daniels, J. E., Xiao, Y., Ferry, M. (2015). A high-specific-strength and corrosionresistant magnesium alloy. Nature Materials, 14, 1229—1235. https://doi.org/10.1038/nmat4435

Makar, G. L., Kruger, J. (2013). Corrosion of magnesium. International Materials Reviews, 38(3), 138—153. https://doi.org/10.1179/imr.1993.38.3.138

Wong, H. M., Yeung, K. W., Lam, K. O., Tam, V., Chu, P. K., Luk, K. D., Cheung, K. M. (2009). A biodegradable polymerbased coating to control the performance of magnesium alloy orthopaedic implants. Biomaterials, 31(8), 2084—2096. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2009.11.111

Greshta, V. L., Shalomeev, V. A., Dzhus, A. V., Mityaev, O. A. (2023). Study of the effect of silver alloying on the microstructure and properties of magnesium alloy NZ30K for implants in osteosynthesis. New Materials and Technologies in Metallurgy and Engineering, 2, 14—19. https://doi.org/10.15588/1607-6885-2023-2-2

Rosenfeld, I. L. (1970). Corrosion and protection of metals. Metallurgy [in Russian].

Narivs’kyi, O. E. (2005). Corrosion fracture of platelike heat exchangers. Fiziko-Khimichna Mekhanika Materialiv, 41(1), 104—108. https://doi.org/10.1007/s11003-005-0140-8

Mishchenko, V. G., Snizhnoi, G. V., Narivs’kyi, O. E. (2011). Magnetometric investigations of corrosion behaviour of AISI 304 steel in chloride-containing environment. Metallophysics And Advanced Technologies, 33(6), 769—774.

Narivskyi, A., Yar-Mukhamedova, G., Temirgaliyeva, E., Mukhtarova, M., Yar-Mukhamedov, Y. (2016). Corrosion losses of alloy 06KhN28МDТ in chloride-containing commercial waters. International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM (30 June — 6 July 2016, Albena, Bulgaria), 1, 63—70. https://doi.org/10.5593/sgem2018/6.1/S24.036

Narivs’kyi, O. E. (2007). The influence of heterogeneity steel AISI321 on its pitting resistance in chloride-containing media. Materials Science, 2(43), 256—264. https://doi.org/10.1007/s11003-007-0029-9

Poutbai, M., De Zoubov, N. (1966). Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions. Pergamon Press.

Pickering, H. W. (1983). Characteristic features of alloy polarization curves. Corrosion Science, 23(10), 1107—1109, 1111—1120. https://doi.org/10.1016/0010-938X(83)90092-6

Narivskyi, O. E., Belikov, S. B., Subbotin, S. A., Pulina, T. V. (2021). Influence of Chloride-Containing Media on the Pitting Resistance of AISI321 Steel. Materials Science, 57(2), 291—297. https://doi.org/10.1007/s11003-021-00544-z

Narivskyi, O. E., Subbotin, S. O., Pulina, T. V., Leoshchenko, S. O., Khoma, M. S., Ratska, N. B. (2024). Mechanism of pitting corrosion of austenitic steels of heat exchangers in circulating waters and its prediction. Materials Science, 59(5), 275—282. http://dx.doi.org/10.1007/s11003-024-00773-y

Narivs’kyi, O. E. (2007). Micromechanism of corrosion fracture of the plates of heat exchangers. Materials Science, 43(1), 124—132. https://doi.org/10.1007/s11003-007-0014-3

Moffat, T. P., Fan, F.-R. F., Bord, A. J. (1991). Electrochemical and scanning tunneling microscopic study of dealloying of Cu3Au. Electrochem. Soc., 11, 3224—3235. https://doi.org/10.1149/1.2085396

Narivskyi, O. E., Subbotin, S. O., Pulina, T. V., Leoshchenko, S. O., Khoma, M. S., Ratska, N. B. (2023). Modeling of pitting of heat exchangers made of 18/10 type steel in circulating waters. Materials Science, 58(5), 1—7. https://doi.org/10.1007/s11003-023-00725-y