Вплив срібного покриття на корозійну поведінку леґованого Ag магнійового стопу NZ30K у розчині Рінґера–Локка

В. Л. Грешта$^{1}$, О. Є. Нарівський$^{2}$, А. В. Джус$^{1}$, Р. В. Івашків$^{3}$, О. С. Купрін$^{4}$

$^{1}$Національний університет «Запорізька політехніка», вул. Жуковського, 64, 69063 Запоріжжя, Україна
$^{2}$ТОВ «Укрспецмаш», вул. Гагаріна, 7, 71100 Бердянськ, Україна
$^{3}$Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, вул. Наукова, 5, 79060 Львів, Україна
$^{4}$Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України, вул. Академічна, 1, 61108 Харків, Україна

Отримано: 05.12.2023; остаточний варіант - 11.03.2024. Завантажити: PDF

У статті досліджено вплив покриття зі срібла на корозійну поведінку магнійового стопу NZ30K, леґованого 0,09 мас.% Арґентуму в розчині Рінґера–Локка. Зразки з досліджуваного стопу плакували шаром срібла товщиною у 200–300 нм і 500 нм, застосовуючи систему магнетронного розпорошення постійного струму, обладнану круглим джерелом і мішенню із срібла (діяметром у 50 мм) у газовому розряді. Незбалансований магнетрон використовували в режимі постійного струму у 600 мА за напруги у 400 В. Покриття зі срібла наносили за постійної потужности магнетрона у 240 Вт і напруги зміщення у 100 В. Час осадження шару срібла у 200–300 нм складав 5 хвилин, а 500 нм — 15 хвилин. Встановлено, що стаціонарне значення потенціялу корозії $E_{cor}$ зразків з досліджуваного стопу, плакованого шаром срібла у 200–300 нм, формувалося впродовж 2060 сек від -1,418 до -1,4449 В, а з 500 нм — 1880 сек від -1,433 до -1,465 В. Зафіксовано, що стаціонарне значення $E_{cor}$ обох зразків встановлювалося у два етапи. Виявлено, що швидкість зсування потенціялу $E_{cor}$ досліджуваних зразків у більш від’ємний бік на першому етапі складала 0,062 і 0,034 мВ/сек відповідно. Показано, що швидкість зсування $E_{cor}$ у більш від’ємний бік у зразку з товщиною покриття у 200–300 нм на цьому етапі була в 1,82 більше, ніж у зразку з покриттям товщиною у 500 нм. Це зумовлено більшою кількістю лінійних і точкових дефектів на покритті товщиною у 200–300, ніж у 500 нм, та інтенсивнішою контактною корозією. З переходом від першого до другого етапу формування стаціонарного значення потенціялу $E_{cor}$ спостережено його стрибкоподібну флюктуацію до 5 мВ, що пов’язано з відшаруванням покриття від стопу в околі корозійних виразок на поверхні зразків внаслідок контактної та щілинної корозій і механічного впливу бульбашок із водню, який виділявся на катодних ділянках (покриття зі срібла). Показано, що стаціонарне значення потенціялу $E_{cor}$ зразків з досліджуваного стопу з товщиною покриття у 200–300 та 500 нм на 9 і 7% відповідно є більш позитивним, ніж у зразку з такого ж стопу, не плакованого шаром срібла. Це переконує, що, застосовуючи покриття зі срібла з різною товщиною, можна керувати швидкістю корозійного розчинення стопу NZ30K, леґованого Ag (0,09 мас.%) у розчині Рінґера–Локка, а такий підхід можна застосовувати для виробництва біорозкладних імплантатів для лікування зламаних кісток людей.

Ключові слова: біорозкладні імплантати, магнійовий стоп для імплантатів, покриття зі срібла на поверхні магнійових імплантатів, локальна корозія магнійових імплантатів, плакованих шаром срібла.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v46/i08/0755.html

PACS: 68.47.Gh, 68.55.J-, 81.15.Cd, 81.40.-z, 81.65.Kn, 82.45.Bb, 87.85.jj


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. D. Gibbons, ASM Handbook: Vol. 23: Materials for Medical Devices (Ed. R. J. Narayan) (Materials Park, OH: ASM International: 2012), Ch. Introduction to Medical Implant Materials, p. 3. Crossref
  2. B. D. Ratner, A. S. Haffman, F. J. Schoen, and J. E. Lemons, An Introduction to Materials in Medicine. Third Edition (Academic Press: 2013).
  3. M. L. Busam, R. J. Ester, and W. T. Obremskey, Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons, 14, No. 2: 113 (2006). Crossref
  4. M. P. Staiger, A. M. Pietak, J. Huadmai, and G. Dias, Biomaterials, 27, No. 9: 1728 (2006). Crossref
  5. A. Denkena and B. Lucas, Biocompatible Magnesium Alloys as Absorbable Implant Materials – Adjusted Surface and Subsurface Properties by Machining Processes, CIRP Annals, 56, Iss. 1: 113 (2007). Crossref
  6. M. Esmaily, J. E. Svensson, S. Fajardo, N. Birbilis, G. S. Frankel, S. Virtanen, R. Arrabal, S. Thomas, and L. G. Johansson, Progr. Mater. Sci., 89: 192–193 (2017). Crossref
  7. G. L. Song and Z. Shi, Corrosion Science, 85: 126 (2014). Crossref
  8. A. D. King, N. Birbilis, and J. R. Scully, Electrochimica Acta., 121: 394 (2014). Crossref
  9. S. C. Cowin, A. E. Goodship and J. L. Cunningham, Bone Mechanics Handbook. Second Edition (Boca Raton, FL: CRC Press: 2001), Ch. 5.
  10. M. E. Müller, M. Allgöwer, R. Schneider and H. Willenegger, Manual of Internal Fixation. Techniques Recommended by the AO Group (Berlin–Heidelberg: Springer: 1991). Crossref
  11. X.-N. Gu and Y.-F. Zheng, Front. Mater. Sci. China, 4: 111 (2010). Crossref
  12. Y. N. An and R. A. Draughn, Mechanical Testing of Bone and the Bone-Implant Interface (Boca Raton: CRC Press: 1999).
  13. W. D. Müller, M. L. Nascimento, M. Zeddies, M. Córsico, L.M. Gassa, and M. A. F. L. D. Mele, Materials Research, 10: 5 (2007). Crossref
  14. F. Witte, H. Ulrich, M. Rudert, and E. Willbold, Journal of Biomedical Materials Research. Part A, 81: 748 (2007). Crossref
  15. L. Xu, G. Yu, E. Zhang, F. Pan, and K. Yang, Journal of Biomedical Materials Research. Part A, 83, No. 3: 703 (2007). Crossref
  16. G. D. Zhang, J. J. Huang, K. Yang, B. C. Zhang, and H. J. Ai, Acta Metall. Sin., 43: 1186 (2007).
  17. H. E. Friedrich and B. L. Mordike, Magnesium Technology, 212: 677 (2006).
  18. P. C. Ferreira, K. D. A. Piai, A. M. M. Takayanagui, and S. I. Segura-Muñoz, Rev. Latino-Am. Enfermagem, 16, No. 1: 151 (2008). Crossref
  19. Y. Okazaki, S. Rao, Y. Ito, and T. Tateishi, Biomaterials, 19, No. 13: 1197 (1998). Crossref
  20. N. Cases, The Medical Journal of Australia, 183, No. 3: 145 (2005). Crossref
  21. V. Greshta, V. Shalomeev, A. Dzhus, and O. Mityaev, Novi Materialy ta Tekhnolohiyi v Metalurgiyi ta Mashynobuduvanni [New Materials and Technologies in Metallurgy and Mechanical Engineering], 2: 14 (2023) (in Ukrainian). Crossref
  22. M. F. Kulyk, T. V. Zasukha, and M. B. Lutsyuk, Saponite and Aerosil in Animal Husbandry and Medicine (Vinnytsia: FOP Rogalska I.O.: 2012).
  23. T. C. Lowe and R. Z. Valiev, Advanced Biomaterials and Biodevices (2014), p. 1.
  24. W. Xu, N. Birbilis, G. Sha, and Y. Wang, Nature Mater., 14, No. 12: 1229 (2015). Crossref
  25. H. R. B. Rad, M. H. Idris, M. R. A. Kadir, and S. Farahan, Materials & Design, 33: 88 (2012). Crossref
  26. G. L. Makar and J. Kruger, Inter. Mater. Rev., 38, No. 3: 138 (1993). Crossref
  27. V. L. Greshta, O. E. Narivskyi, A. V. Dzhus, and V. A. Vynar, Phys. Sci. and Technol., 10, No. 2 (2023).
  28. H. Baker, ASM Specialty Handbook: Magnesium and Magnesium Alloys (Materials Park, OH: ASM International: 1999).
  29. O. E. Narivs’kyi, Fiz.-Khim. Mekh. Mater., 41, No. 1: 104 (2005).
  30. O. E. Narivs’kyi, Mater. Sci., 43, No. 1: 124 (2007). Crossref
  31. O. E. Narivs’kyi, Mater. Sci., 43, No. 2: 256 (2007). Crossref
  32. I. L. Rosenfel, Korroziya i Zashchita Metallov [Corrosion and Protection of Metals] (Moskva: Metallurgy: 1970) (in Russian).
  33. N. V. Vyazovikina, Ehlektrokhimiya, 6: 917 (1992) (in Russian).
  34. O. E. Narivskyi, S. O. Subbotin, T. V. Pulina, S. O. Leoshchenko, M. S. Khoma, and N. B. Ratska, Mater. Sci., 58, No. 5: 1 (2023). Crossref
  35. O. E. Narivskyi, S. A. Subbotin, T. V. Pulina, and M. S. Khoma, Mater. Sci., 58: 41 (2022). Crossref
  36. O. E. Narivskyi, S. B. Belikov, S. A. Subbotin, and T. V. Pulina, Mater. Sci., 57, No. 2: 291 (2021). Crossref
  37. O. Narivs’kyi, R. Atchibayev, A. Kemelzhanova, G. Yar-Mukhamedovа, G. Snizhnoi, and S. Subbotin, Eurasian Chemico-Technological Journal, 24, No. 4: 295 (2022). Crossref
  38. F. Witte, V. Kaese, H. Haferkamp, E. Switzer, C. Meyer-Lindenberg, C. J. Wirth, and H. Windhagen, Biomaterials, 26: 3557 (2005). Crossref
  39. W.A. Badawy, N. H. Hilal, M. El-Rabee, and H. Nady, Electrochimica Acta, 55, No. 6: 1880 (2010). Crossref
  40. S. Abela, Corrosion and Surface Treatments, 10: 195 (2011).
  41. H. Hornberger, S. Virtanen, and A. R. Boccaccini, Acta Biomaterialia, 8, No. 7: 2442 (2012). Crossref
  42. K. Y. Chiu, M. H. Wong, F. T. Cheng, and H. C. Man, Surface and Coatings Technology, 202, No. 3: 590 (2007). Crossref
  43. M. Carboneras, M. C. García-Alonso, and M. L. Escudero, Corrosion Science, 53, No. 4: 1433 (2011). Crossref
  44. H. M. Wong, K. W. K. Yeung, K. O. Lam, V. Tam, P. K. Chu, K. D. K. Luk, and K. M. C. Cheung, Biomaterials, 31, No. 8: 2084 (2010). Crossref
  45. Z. Zhen, T. Xi, and Y. Zheng, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 23, No. 8: 2283 (2013). Crossref