Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

Влияние структуры на кинетику и стадийность процесса коррозии биорезорбируемых магниевых сплавов ZX10 и WZ31

https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-63-73

Полный текст:

Аннотация

Биорезорбируемые магниевые сплавы представляют собой один из наиболее перспективных материалов для костных хирургических имплантатов за счет сочетания ряда уникальных характеристик: высокой прочности, небольшого веса, модуля Юнга, близкого к костному, и низкой цитотоксичности. Важнейшей характеристикой является скорость коррозии, которая определяет время эксплуатации имплантата. На данный момент основные усилия исследователей направлены на поиск материала с коррозионными свойствами, обеспечивающими сохранение эксплуатационных свойств имплантата в течение периода заживления кости. Большинство работ по данной теме посвящено исследованию влияния химического состава сплава. В то же время известно, что структура материала также способна оказывать большое влияние на коррозию, например, измельчение зерна в некоторых случаях способно изменить даже ее тип. Кроме того, материалы с одинаковыми количественными показателями коррозии могут существенно отличаться в плане стадийности их накопления. Исследованы биорезорбируемые магниевые сплавы WZ31 и ZX10 в двух состояниях: литом (крупнозернистом) и после всесторонней изотермической ковки и осадки (мелкозернистом), с применением современных in-situ методов, позволяющих отслеживать динамику изменения скорости коррозии, а также стадийность развития коррозионных повреждений на поверхности образца. К таким методам относятся определение скорости коррозии по выходу водорода и видеомониторинг поверхности образца во время коррозионного воздействия. Испытания проводились в условиях, аналогичных условиям человеческого тела, таким как температура, состав коррозионной среды и уровень pH. Полученные результаты показали, что тип коррозии сплава WZ31 изменяется с уменьшением размера зерна с относительно равномерной на сильно локализованную. Сплав ZX10, напротив, продемонстрировал снижение скорости коррозии с уменьшением размера зерна, но ее тип не изменился. 

Об авторах

Павел Николаевич Мягких
Тольяттинский государственный университет, Тольятти
Россия

младший научный сотрудник НИИ прогрессивных технологий



Евгений Дмитриевич Мерсон
Тольяттинский государственный университет, Тольятти
Россия

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



Виталий Александрович Полуянов
Тольяттинский государственный университет, Тольятти
Россия

кандидат технических наук, младший научный сотрудник НИИ прогрессивных технологий



Дмитрий Львович Мерсон
Тольяттинский государственный университет, Тольятти
Россия

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



Список литературы

1. Zheng J., Chen Z., Yan Z., Zhang Z., Wang Q., Xue Y. Preparation of ultra-high strength Mg-Gd-Y-Zn-Zr alloy by pre-ageing treatment prior to extrusion // Journal of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 894. Article number 162490. DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.162490.

2. 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. DOI: 10.3390/ma13030544.

3. Li Y., Li M., Hu W., Hodgson P., Wen C. Biodegradable Mg-Ca and Mg-Ca-Y alloys for regenerative medicine // Materials Science Forum. 2010. Vol. 654–656. P. 2192–2195. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.654-656.2192.

4. Gu X.N., Xie X.H., Li N., Zheng Y.F., Qin L. In vitro and in vivo studies on a Mg-Sr binary alloy system developed as a new kind of biodegradable metal // Acta Biomaterialia. 2012. Vol. 8. № 6. P. 2360–2374. DOI: 10.1016/j.actbio.2012.02.018.

5. Thormann U., Alt V., Heimann L., Gasquere C., Heiss C., Szalay G., Franke J., Schnettler R., Lips K.S. The biocompatibility of degradable magnesium interference screws: An experimental study with sheep // BioMed Research International. 2015. Vol. 2015. Article number 943603. DOI: 10.1155/2015/943603.

6. 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. DOI: 10.22226/2410-3535-2020-2-217-222.

7. Asgari M., Hang R., Wang C., Yu Z., Li Z., Xiao Y. Biodegradable metallicwires in dental and orthopedic applications: A review // Metals. 2018. Vol. 8. № 4. Article number 212. DOI: 10.3390/met8040212.

8. Prakasam M., Locs J., Salma-Ancane K., Loca D., Largeteau A., Berzina-Cimdina L. Biodegradable materials and metallic implants-A review // Journal of Functional Biomaterials. 2017. Vol. 8. № 4. Article number 44. DOI: 10.3390/jfb8040044.

9. Antoniac I., Popescu D., Zapciu A., Antoniac A., Miculescu F., Moldovan H. Magnesium filled polylactic acid (PLA) material for filament based 3D printing // Materials. 2019. Vol. 12. № 5. Article number 719. DOI: 10.3390/ma12050719.

10. 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. P. 18–25. DOI: 10.18323/2073-5073-2021-2-18-25.

11. Pogorielov M., Husak E., Solodivnik A., Zhdanov S. Magnesium-based biodegradable alloys: Degradation, application, and alloying elements // Interventional Medicine and Applied Science. 2017. Vol. 9. № 1. P. 27–38. DOI: 10.1556/1646.9.2017.1.04.

12. Peron M., Torgersen J., Berto F. Mg and its alloys for biomedical applications: Exploring corrosion and its interplay with mechanical failure // Metals. 2017. Vol. 7. № 7. Article number 252. DOI: 10.3390/met7070252.

13. 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. DOI: 10.1039/c3tb21746a.

14. Brar H.S., Wong J., Manuel M.V. Investigation of the mechanical and degradation properties of Mg-Sr and Mg-Zn-Sr alloys for use as potential biodegradable implant materials // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2012. Vol. 7. P. 87–95. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2011.07.018.

15. Wang C., Yang H.T., Li X., Zheng Y.F. In Vitro Evaluation of the Feasibility of Commercial Zn Alloys as Biodegradable Metals // Journal of Materials Science and Technology. 2016. Vol. 32. № 9. P. 909–918. DOI: 10.1016/j.jmst.2016.06.003.

16. Li K.K., Wang B., Yan B., Lu W. Preparing Ca-P coating on biodegradable magnesium alloy by hydrothermal method: In vitro degradation behavior // Chinese Science Bulletin. 2012. Vol. 57. № 18. P. 2319–2322. DOI: 10.1007/s11434-012-5067-5.

17. Song G. Control of biodegradation of biocompatable magnesium alloys // Corrosion Science. 2007. Vol. 49. № 4. P. 1696–1701. DOI: 10.1016/j.corsci.2007.01.001.

18. Xin Y., Liu C., Zhang X., Tang G., Tian X., Chu P.K. Corrosion behavior of biomedical AZ91 magnesium alloy in simulated body fluids // Journal of Materials Research. 2007. Vol. 22. № 7. P. 2004–2011. DOI: 10.1557/jmr.2007.0233.

19. Merson D., Linderov M., Brilevsky A., Danyuk A., Vinogradov A. Monitoring Dynamic Recrystallisation in Bioresorbable Alloy Mg-1Zn-0.2Ca by Means of an In Situ Acoustic Emission Technique // Materials. 2022. Vol. 15. № 1. Article number 328. DOI: 10.3390/ma15010328.

20. Parfenov E.V., Kulyasova O.B., Mukaeva V.R., Mingo B., Farrakhov R.G., Cherneikina Ya.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. DOI: 10.1016/j.corsci.2019.108303.

21. 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. DOI: 10.1016/j.corsci.2014.07.004.

22. 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. DOI: 10.1016/j.matdes.2017.02.078.

23. Zong X., Zhang J., Liu W., Zhang Y., You Z., Xu C. Corrosion Behaviors of Long-Period Stacking Ordered Structure in Mg Alloys Used in Biomaterials: A Review // Advanced Engineering Materials. 2018. Vol. 20. № 7. Article number 1800017. DOI: 10.1002/adem.201800017.

24. Horváth K., Drozdenko D., Máthis K., Garcés G., Dobroň P. Characterization of active deformation mechanisms in Mg alloys with LPSO phase // Acta Physica Polonica A. 2018. Vol. 134. № 3. P. 815–819. DOI: 10.12693/APhysPolA.134.815.


Рецензия

Для цитирования:


Мягких П.Н., Мерсон Е.Д., Полуянов В.А., Мерсон Д.Л. Влияние структуры на кинетику и стадийность процесса коррозии биорезорбируемых магниевых сплавов ZX10 и WZ31. Frontier Materials & Technologies. 2022;(2):63-73. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-63-73

For citation:


Myagkikh P.N., Merson E.D., Poluyanov V.A., Merson D.L. Structure effect on the kinetics and staging of the corrosion process of biodegradable ZX10 and WZ31 magnesium alloys. Frontier Materials & Technologies. 2022;(2):63-73. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-63-73

Просмотров: 63


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


ISSN 2782-4039 (Print)
ISSN 2782-6074 (Online)