Preview

In-situ исследование процесса коррозии магниевых биорезорбируемых сплавов

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-2-18-25

Полный текст:

Аннотация

Последние годы наблюдается значительный рост интереса к магнию и его сплавам. Эти материалы обладают уникальным комплексом свойств: легкость и прочность открывает широкие перспективы использования их в качестве конструкционных материалов в авиастроении и космической отрасли, а способность растворяться в живом организме и хорошая биосовместимость позволяют изготавливать из магниевых сплавов хирургические имплантаты, способные с течением времени полностью рассасываться в теле человека без вреда для его здоровья. Материалы для изделий столь ответственного назначения нуждаются в самом детальном исследовании их свойств, в том числе коррозионных, включая кинетику изменения скорости коррозии и стадийность развития коррозионных повреждений. Поэтому для получения полной картины протекания процесса коррозии, помимо традиционных ex-situ методов, таких как оценка скорости коррозии по потере массы образца и исследование морфологии коррозионных повреждений посредством оптической или конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (КЛСМ), важно применять in-situ методы, позволяющие получать данные непосредственно во время эксперимента, а не по его завершении. В работе проведено комплексное исследование коррозии коммерческих магниевых сплавов ZK60 и AZ31 в условиях, имитирующих условия внутри живого организма (температура, состав коррозионной среды и ее циркуляция) с использованием in-situ методов, включающих оценку скорости коррозии по выходу водорода и видеомониторинг поверхности образца. Результаты показали, что сплав AZ31 является более коррозионно-стойким, чем ZK60. Кроме того, AZ31 оказался склонным к нитевидной поверхностной коррозии, в то время как ZK60 продемонстрировал интенсивное развитие язвенной коррозии. На основе сравнения данных, полученных in-situ и ex-situ методами, сделаны выводы об их основных различиях и особенностях.

Об авторах

Павел Николаевич Мягких
Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)
Россия

младший научный сотрудник НИИ прогрессивных технологий, аспирант



Евгений Дмитриевич Мерсон
Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)
Россия

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник НИИ прогрессивных технологий



Виталий Александрович Полуянов
Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)
Россия

младший научный сотрудник НИИ прогрессивных технологий



Дмитрий Львович Мерсон
Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)
Россия

доктор физико-математических наук, профессор, директор НИИ прогрессивных технологий



Список литературы

1. Prakasam M., Locs J., Saoma-Ancane K. Biodegradable materials and metallic implants-A review // Journal of Functional Biomatereals. 2017. Vol. 8. № 4. P. 1–15.

2. Schinhammer M., Hanzi A.C., Loffler J.F., Uggowitzer P.J. Design strategy for biodegradable Fe-based alloys for medical applications // Acta Biomaterialia. 2010. Vol. 6. № 5. P. 1705–1713.

3. Noviana D., Paramitha D., Ulum M.F., Hermawan H. The effect of hydrogen gas evolution of magnesium implant on the postimplantation mortality of rats // Journal of Orthopaedic Translation. 2016. Vol. 5. P. 9–15.

4. Agarwal S., Curtin J., Duffy B., Jaiswal S. Biodegradable magnesium alloys for orthopaedic applications: A review on corrosion, biocompatibility and surface modifications // Materials Science and Engineering C. 2016. Vol. 68. P. 948–963.

5. Zhang X., Ba Z., Wang Q., Wu Y., Wang Z., Wang Q. Uniform corrosion behavior of GZ51K alloy with long period stacking ordered structure for biomedical application // Corrosion Science. 2014. Vol. 88. P. 1–5.

6. Li C.Q., Xu D.K., Zeng Z.R., Wang B.J., Sheng L.Y., Chen X.-B., Han E.H. Effect of volume fraction of LPSO phases on corrosion and mechanical properties of Mg-Zn-Y alloys // Materials and Design. 2017. Vol. 121. P. 430–441.

7. Riaz U., Shabib I., Haider W. The current trends of Mg alloys in biomedical applications - A review // Journal of Biomedical Materials Research - Part B Applied Biomaterials. 2019. Vol. 107. № 6. P. 1970–1996.

8. Bamberger M., Dehm G. Trends in the development of new Mg alloys // Annual Review of Materials Research. 2008. Vol. 38. P. 505–533.

9. Eddy Jai Poinern G., Brundavanam S., Fawcett D. Biomedical Magnesium Alloys: A Review of Material Properties, Surface Modifications and Potential as a Biodegradable Orthopaedic Implant // American Journal of Biomedical Engineering. 2013. Vol. 2. № 6. P. 218–240.

10. Ding Y., Wen C., Hodgson P., Li Y. Effects of alloying elements on the corrosion behavior and biocompatibility of biodegradable magnesium alloys: A review // Journal of Materials Chemistry B. 2014. Vol. 2. № 14. P. 1912–1933.

11. Chandra G., Pandey A. Biodegradable bone implants in orthopedic applications: a review // Biocybernetics and Biomedical Engineering. 2020. Vol. 40. № 2. P. 596–610.

12. Jiang P., Blawert C., Zheludkevich M.L. The Corrosion Performance and Mechanical Properties of Mg-Zn Based Alloys - A Review // Corrosion and Materials Degradation. 2020. Vol. 1. № 1. P. 92–158.

13. Song G. Control of biodegradation of biocompatable magnesium alloys // Corrosion Science. 2007. Vol. 49. № 4. P. 1696–1701.

14. Merson D., Brilevsky A., Myagkikh P., Tarkova A., Prokhorikhin A., Kretov E., Frolova T., Vinogradov A. The Functional Properties of Mg–Zn–X Biodegradable Magnesium Alloys // Materials. 2020. Vol. 13. № 3. Article number 544.

15. Merson D.L., Brilevsky A.I., Myagkikh P.N., Markushev M.V., Vinogradov A. Effect of deformation processing of the dilute Mg-1Zn-0 .2Ca alloy on the mechanical properties and corrosion rate in a simulated body fluid // Letters on Materials. 2020. Vol. 10. № 2. P. 217–222.

16. Parfenov E.V., Kulyasova O.V., Mukaeva V.R., Mingo B., Farrakhov R.G., Cherneikina Y.V., Yerokhin A., Zheng Y.F., Valiev R.Z. Influence of ultra-fine grain structure on corrosion behaviour of biodegradable Mg-1Ca alloy // Corrosion Science. 2020. Vol. 163. Article number 108303.

17. ГОСТ Р 9.907-2007. Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы, сплавы, покрытия металлические. Методы удаления продуктов коррозии после коррозионных испытаний. М.: Издательство стандартов, 2008. 19 с.

18. Merson E., Myagkikh P., Poluyanov V., Merson D., Vinogradov A. On the role of hydrogen in stress corrosion cracking of magnesium and its alloys: Gas-analysis study // Materials Science and Engineering A. 2019. Vol. 748. P. 337–346.

19. Harandi S.E., Mirshahi M., Koleini S., Idris M.H., Jafari H., Kadir M.R.A. Effect of calcium content on the microstructure, hardness and in-vitro corrosion behavior of biodegradable mg-ca binary alloy // Materials Research. 2013. Vol. 16. № 1. P. 11–18.

20. Makkar P., Sarkar S.K., Padalhin A.R., Moon B.-G., Lee Y.S., Lee B.T. In vitro and in vivo assessment of biomedical Mg–Ca alloys for bone implant applications // Journal of Applied Biomaterials and Functional Materials. 2018. Vol. 16. № 3. P. 126–136.


Для цитирования:


Мягких П.Н., Мерсон Е.Д., Полуянов В.А., Мерсон Д.Л. In-situ исследование процесса коррозии магниевых биорезорбируемых сплавов. Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2021;(2):18-25. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-2-18-25

For citation:


Myagkikh P.N., Merson E.D., Poluyanov V.A., Merson D.L. In-situ study of the corrosion process of biodegradable magnesium alloys. Science Vector of Togliatti State University. 2021;(2):18-25. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-2-18-25

Просмотров: 36


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2073-5073 (Print)
ISSN 2712-8458 (Online)