Характерні особливості селективного розчинення маґнійового стопу NZ30K у розчині Рінґера–Локка

В. Л. Грешта$^{1}$, О. Є. Нарівський$^{2}$, А. В. Джус$^{1}$

$^{1}$Національний університет "Запорізька політехніка", вул. Університетська, 64, 69011 Запоріжжя, Україна
$^{2}$ТОВ "УКРСПЕЦМАШ", вул. Гагаріна, 7, 71100 Бердянськ, Україна

Отримано: 13.08.2025; остаточний варіант - 12.11.2025. Завантажити: PDF

В статті досліджували характерні особливості селективного розчинення маґнійового стопу NZ30K у розчині Рінґера–Локка. Встановлено, що він піддався піттінґовій корозії. Металографічною аналізою із застосуванням растрового електронного мікроскопу встановлено, що поверхня піттінґів мала розвинутий мікрорельєф, притаманний селективному розчиненню криць і стопів. Характерні особливості селективного розчинення компонентів стопу в піттінґах досліджували, використовуючи розраховані коефіцієнти селективного розчинення цинку ZZn, цирконію ZZr і неодиму ZNd. Вважали, що, якщо ці коефіцієнти менші за одиницю, то основний компонент стопу Маґній інтенсивніше розчинявся, ніж конкретний леґувальний елемент в парі з Маґнієм. А якщо коефіцієнти ZZn, Zr, Nd >1, то навпаки. Встановлено, що на бічній поверхні піттінґа інтенсивність селективного розчинення металів зростала у такій послідовності: Zr, Mg, Nd, Zn; Zr, Nd, Mg, Zn або Mg, Zr, Nd, Zn. За таких умов поверхня піттінґа збагачувалася Цирконієм або Маґнієм і збіднювалася Mg, Nd, Zn або Zr, Nd, Zn. Це сприяло твердофазній дифузії атомів Цирконію в об’єм стопу, а Маґнію, Неодиму та Цинку — в протилежному напрямку у першому випадку, та атомів Маґнію в об’єм стопу, а Zr, Nd і Zn — в протилежному напрямку в другому. Показано, що процеси твердофазної дифузії компонентів стопу підтримували анодне розчинення металів у піттінґах, яке забезпечувалося катодними реакціям відновлення Оксиґену в їхньому околі та Гідроґену на їхній поверхні, який утворювався внаслідок гідратації продуктів корозії. З’ясовано, що за таких умов вміст Маґнію на бічній поверхні стопу NZ30K понизився з 95,67 до 71,84…82,57 мас.%, і вона покрилася пасивною плівкою з вмістом Оксиґену від 10,02 до 17,18 мас.%. Встановлено, що на дні піттінґа інтенсивність селективного розчинення металів зростала у такій послідовності: Mg, Zn, Nd, Zr. За таких умов поверхня піттінґа тут збагачувалася Маґнієм і збіднювалася Zn, Nd, Zr. Це сприяло твердофазній дифузії атомів Маґнію в об’єм стопу, а Zn, Nd і Zr — до поверхні піттінґа. Це підтримувало анодні процеси, які забезпечувалися катодними реакціями відновлення водню на їхній поверхні. Виявлено, що на поверхні піттінґа тут зменшився вміст Оксиґену до 1,92…7,8 мас.%. Це показало, що на бічній поверхні піттінґа пасивна плівка щільніша, ніж на його дні. Доведено, що піттінґи на поверхні стопу NZ30K репасивувалися, а отже, його можна розглядати як конструкційний матеріял для виробництва біорозкладних імплантів.

Ключові слова: піттінґова корозія, стоп NZ30K, розчин Рінґера–Локка, селективне розчинення металів у піттінґах на стопі NZ30K, біорозкладний імплант зі стопу NZ30K.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v48/i09/0985.html

PACS: 68.37.Hk, 68.47.Gh, 81.05.Ni, 81.40.Cd, 81.65.Kn, 81.65.Rv, 82.45.Bb


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. H. Li, Y. Zheng, and L. Qin, Prog. Nat. Sci.-Mater. Int., 24, Iss. 5: 414 (2014).
  2. R.-C. Zeng, L. Sun, Y. F. Zheng, H. Z. Cui, and E.-H. Han, Corros. Sci., 79: 69 (2014).
  3. R.-C. Zeng, S. Ii, L.-Y. Cui, X.-T. Li, E.-H. Han, and L. Song, Front. Mater. Sci., 11: 284 (2017).
  4. Y. F. Zheng, X. N. Cu, and F. Witte, Mater. Sci. Eng.-R-Rep., 77: 1 (2014).
  5. V. Greshta, O. Narivskyi, and A. Dzhus, Eurasian Phys. Tech. J., 21, Iss. 3: 6 (2024).
  6. T. C. Lowe and R. Z. Valiev, Adv. Biomater. Biodevices (Wiley Blackwell), p. 1 (2014).
  7. J. W. Seong and W. J. Kim, Corros. Sci., 98: 372 (2015).
  8. Z. Li, X. Gu, S. Lou, and Y. Zheng, Biomaterials, 29, Iss. 10: 1329 (2008).
  9. F. Cao, Z. Shi, G.-L. Song, M. Lui, and A. Atrens, Corros. Sci., 79: 69 (2013).
  10. K. Gusieva, C. H. J. Davies, J. R. Scully, and N. Birbilis, Int. Mater. Rev., 60: 169 (2015).
  11. W.-C. Kim, J.-G. Kim, J.-Y. Lee, and H.-K. Seok, Mater. Lett., 62, Iss. 25: 4146 (2008).
  12. Y. Jin, C. Blawert, F. Feyerabend, J. Bohlen, M. del R. Silva Campos, S. Gavras, B. Wiese, D. Mei, M. Deng, H. Yang, and R. Willumeit, Corros. Sci., 158: 108096 (2019).
  13. E. K. Brooks and M. T. Ehrensberger, J. Funct. Biomater., 8, Iss. 3: 38 (2017).
  14. M. Esmaily, J. E. Svensson, S. Fajardo, N. Birbilis, G. S. Frankel, S. Virtanen, R. Arrabal, S. Thomas, and L. G. Johansson, Prog. Mater. Sci., 89: 192 (2017).
  15. A. D. King, N. Birbilis, and J. R. Scully, Electrochim. Acta, 121: 394 (2014).
  16. M. Curioni, F. Scenini, T. Monetta, and F. Belucci, Electrochim. Acta, 166: 372 (2015).
  17. Y. Gao, A. Yerokhin, E. Parfenov, and A. Mathews, Electrochim. Acta, 149: 218 (2014).
  18. P. C. Ferreira, K. D. A. Piai, A. M. M. Takayanagui, and S. I. Segura-Muñoz, Rev. Latino-Am. Enfermagem, 16, Iss. 1: 151 (2008).
  19. M. D. Lastra, R. Pastelin, A. Camacho, B. Monroy, and A. E. Aguilar, J. Trace Elem. Med. Biol., 15, No. 1: 5 (2001).
  20. V. Greshta, O. Narivskyi, A. Dzhus, V. Vynar, and O. Kuprin, Int. Multidiscip. Sci. GeoConf. SGEM, 24, Iss. 6.1: 41 (2024).
  21. O. E. Narivskyi, S. O. Subbotin, T. V. Pulina, S. O. Leoshchenko, M. S. Khoma, and N. B. Ratska, Mater. Sci., 58, Iss. 5: 1 (2023).
  22. O. E. Narivskyi, S. O. Subbotin, T. V. Pulina, S. O. Leoshchenko, M. S. Khoma, and N. B. Ratska, Mater. Sci., 59, Iss. 5: 275 (2024).
  23. V. L. Greshta, V. A. Shalomeev, A. V. Dzhus, and O. A. Mityaev, New Mater. Technol. Metall. Eng., 2023, Iss. 2: 14 (2023).
  24. O. E. Narivs’kyi, Fiz.-Khim. Mech. Mater., 41, Iss. 1: 104 (2005).
  25. O. E. Narivskyi, S. O. Subbotin, and T. V. Pulina, Phys. Sci. Technol., 10, Iss. 3–4: 48 (2023).
  26. A. V. Dzhus, O. E. Narivskyi, S. A. Subbotin, T. V. Pulina, G. V. Snighnoi, and S. D. Leoshchenko, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 46, No. 4: 371 (2024).
  27. J. O. Fritz and H. W. Pickering, J. Electrochem. Soc., 138, Iss. 11: 3209 (1991).
  28. L. Martinez, B. Malki, G. Berthome, B. Baroux, and F. Perez, Surf. Coat. Technol., 201: 1671 (2006).
  29. C. Alonso, M. Castellote, and C. Andrade, Electrochim. Acta, 47: 3469 (2002).
  30. O. E. Narivs’kyi, G. V. Snizhnoi, T. V. Pulina, V. L. Snizhnoi, and N. A. Solidor, Mater. Sci., 59, Iss. 3: 649 (2024).
  31. G. Wranglen, Mater. Sci. Appl., 6, Iss. 4: 62 (2015).
  32. Q. Zhang, R. Wang, M. Kato, and K. Nakasa, Scripta Mater., 52: 227 (2005).
  33. V. V. Losev and A. P. Pchelnikov, Results of Sci. Technol. Electrochemistry, 15: 62 (1979) (in Russian).
  34. T. P. Moffat, F.-R. F. Fan, and A. J. Bord, J. Electrochem. Soc., 138, No. 11: 3224 (1991).
  35. N. D. Tomashov, Teoriya Korrozii i Zashchita Metallov [Corrosion Theory and Protection of Metals] (Moskva: AN USSR: 1959) (in Russian).
  36. I. D. Zartsyn, A. E. Shugurov, and I. K. Marshakov, Zashchita Metallov, 33, No. 5: 453 (1997) (in Russian).
  37. A. V. Plaskaev and V. M. Knizheva, Proc. 12th Perm Conf. Corros. Prot. Metals (1990).
  38. M. Pourbaix, Atlas of Electrochemical Equilibrium in Aqueous Solutions (Oxford: Pergamon Press: 1974).
  39. N. V. Vyazovikina, Electrochemistry, 28, No. 6: 917 (1992).
  40. A. V. Dzhus, O. E. Narivskyi, G. V. Snizhnoi, T. V. Pulina, and V. L. Snizhnoi, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 46, No. 8: 739 (2024).
  41. A. Narivskiy, G. Yar-Mukhamedova, E. Temirgaliyeva, M. Mukhtarova, and Y. Yar-Mukhamedov, Int. Multidiscip. Sci. GeoConf. SGEM, 1: 63 (2016).
  42. E. G. Wenn and R. C. Alkire, J. Electrochem. Soc., 149: 280 (2002).
  43. H. Krawiec, V. Vignal, O. Heintz, and R. Altra, Electrochim. Acta, 51, Iss. 16: 3235 (2006).
  44. G. Lang, M. Ujvari, and G. Horanyi, Corros. Sci., 45, Iss. 1: 1 (2003).
  45. O. Narivs’kyi, R. Atchibayev, A. Kemelzhanova, G. Yar-Mukhamedova, G. Snizhnoi, and S. Subbotin, Eurasian Chem.-Technol. J., 24, No. 4: 295 (2022).