junior researcher of the Research Institute of Advanced Technologies
младший научный сотрудник НИИ прогрессивных технологий
PhD (Physics and Mathematics), senior researcher of the Research Institute of Advanced Technologies
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник НИИ прогрессивных технологий
PhD (Engineering), junior researcher of the Research Institute of Advanced Technologies
кандидат технических наук,
Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Professor, Director of the Research Institute of Advanced Technologies
доктор физико-математических наук, профессор, директор НИИ прогрессивных технологий
Biodegradable magnesium alloys are one of the most promising materials for osteosynthesis surgical implants due to the combination of unique properties: high strength, low weight, Young’s modulus close to the bone’s one, and low cytotoxicity. The most important performance characteristic is the corrosion rate, which determines the lifetime of an implant. At the moment, the main efforts of the researchers are aimed at finding a material with optimal corrosion properties ensuring the preservation of the operational properties of an implant during the bone healing period. Most of the works on this issue cover the study of the influence of the alloy chemical composition. At the same time, it is widely known that the structure of a material can also have a great effect on corrosion, for example, grain refinement can even change its type. Besides, it is important that the materials with the same quantitative parameters of corrosion can be substantially different in terms of the corrosion process staging. The authors studied the WZ31 and ZX10 magnesium alloys in two states: as-cast (coarse-grained) and after multi-axial isothermal forging and pressing (fine-grained), using the up-to-date in-situ methods that allow monitoring the dynamics of changes in the corrosion rate, as well as the staging of the corrosion damage development on the sample surface. Such methods are the corrosion rate measuring by hydrogen evolution and the sample’s surface video-monitoring during the corrosion attack. The authors carried out tests within the conditions similar to the human body conditions, such as temperature, the corrosion environment composition, and pH level. The obtained results show that the type of corrosion of the WZ31 alloy changes with the decrease in the grain size from a relatively uniform to a highly localized corrosion. In contrast, the ZX10 alloy showed a decrease in the corrosion rate with the decreasing grain size, but the corrosion type did not change.
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.