Электрохимическое взаимодействие между биорезорбируемыми магниевыми сплавами ZX10 и WZ31 и медицинским титановым сплавом Ti6Al4V

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Сплавы на основе магния являются современным материалом для изготовления биорезорбируемых (саморастворяющихся) хирургических имплантатов. Магний – металл с наиболее отрицательным из всех конструкционных материалов электродным потенциалом −2,37 В. Это означает, что близкое расположение имплантатов из магниевых и, например, титановых сплавов будет приводить к возникновению гальванического эффекта и ускоренной электрохимической коррозии магния. Однако неизвестно, как влияет соотношение площадей изделий из титана и магния на проявление этого эффекта. Данная работа посвящена этому вопросу. В приведенном исследовании цилиндрические образцы биорезорбируемых магниевых сплавов ZX10 и WZ31 располагались в физиологическом растворе Рингера на расстоянии 3 см от образца из сплава медицинского назначения Ti6Al4V такой же формы и размера. Во время испытания поддерживалась температура коррозионной среды 37 °С. Серия экспериментов включала в себя коррозионные испытания длительностью трое суток с участием одного, двух или четырех магниевых образцов, таким образом, соотношение площадей титанового и магниевого сплава составляло 1:1, 1:2 и 1:4. Выявлено, что для обоих магниевых сплавов при увеличении соотношения площадей эффект от электрохимического воздействия значительно снижается, что выражено в уменьшении скорости коррозии. В то же время влияние присутствия Ti6Al4V на скорость коррозии для сплава WZ31 существенно слабее, чем для ZX10, что объясняется наличием в сплаве LPSO-фазы, а также более легированной и, соответственно, имеющей более положительный электродный потенциал матрицей.

Об авторах

Павел Николаевич Мягких

Тольяттинский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: p.myagkikh@tltsu.ru
ORCID iD: 0000-0002-7530-9518

кандидат технических наук, младший научный сотрудник НИИ прогрессивных технологий

Россия, 445020, Россия, г. Тольятти, ул. Белорусская, 14

Евгений Дмитриевич Мерсон

Тольяттинский государственный университет

Email: mersoned@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7063-088X

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

Россия, 445020, Россия, г. Тольятти, ул. Белорусская, 14

Виталий Александрович Полуянов

Тольяттинский государственный университет

Email: vitaliy.poluyanov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0570-2584

кандидат технических наук, младший научный сотрудник НИИ прогрессивных технологий

Россия, 445020, Россия, г. Тольятти, ул. Белорусская, 14

Дмитрий Львович Мерсон

Тольяттинский государственный университет

Email: D.Merson@tltsu.ru
ORCID iD: 0000-0001-5006-4115

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

Россия, 445020, Россия, г. Тольятти, ул. Белорусская, 14

Марина Эдуардовна Бегун

Тольяттинский государственный университет

Email: mariana.begun@gmail.com

студент, техник НИИ прогрессивных технологий

Россия, 445020, Россия, г. Тольятти, ул. Белорусская, 14

Список литературы

  1. Antoniac I., Popescu D., Zapciu A., Antoniac A., Miculescu F., Moldovan H. Magnesium filled polylactic acid (PLA) material for filament based 3D printing // Materials (Basel). 2019. Vol. 12. № 5. P. 1–13. doi: 10.3390/ma12050719.
  2. Yang Youwen, He Chongxian, E Dianyu, Yang Wenjing, Qi Fangwei, Xie Deqiao, Shen Lida, Peng Shuping, Shuai Cijun. Mg bone implant: Features, developments and perspectives // Materials and Design. 2020. Vol. 185. Article number 108259. doi: 10.1016/j.matdes.2019.108259.
  3. Butler T.J., Jackson R.W., Robson J.Y., Owen R.J.T., Delves H.T., Sieniawska C.E., Rose J.D.G. In vivo degradation of tungsten embolisation coils // British Journal of Radiology. 2000. Vol. 73. № 870. P. 601–603. doi: 10.1259/bjr.73.870.10911782.
  4. Peuster M., Fink C., Wohlsein P., Bruegmann M., Günther A., Kaese V., Niemeyer M., Haferkamp H., Schnakenburg C.V. Degradation of tungsten coils implanted into the subclavian artery of New Zealand white rabbits is not associated with local or systemic toxicity // Biomaterials. 2003. Vol. 24. № 3. P. 393–399. doi: 10.1016/S0142-9612(02)00352-6.
  5. Zheng Y.F., Gu X.N., Witte F. Biodegradable metals // Materials Science and Engineering: R: Reports. 2014. Vol. 77. P. 1–34. doi: 10.1016/j.mser.2014.01.001.
  6. Song G.-L. Corrosion electrochemistry of magnesium (Mg) and its alloys // Corrosion of Magnesium Alloys. Sawston: Woodhead Publishing, 2011. P. 3–65. doi: 10.1533/9780857091413.1.3.
  7. Esmaily M., Svensson J.E., Fajardo S., Birbilis N., Frankel G.S., Virtanen S., Arrabal R., Thomas S., Johansson L.G. Fundamentals and advances in magnesium alloy corrosion // Progress in Materials Science. 2017. Vol. 89. P. 92–193. doi: 10.1016/j.pmatsci.2017.04.011.
  8. Parfenov E.V., Kulyasova O.B., 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. doi: 10.1016/j.corsci.2019.108303.
  9. Ma Yingzhong, Wang Dexin, Li Hongxiang, Yuan Fusong, Yang Changlin, Zhang Jishan. Microstructure, mechanical and corrosion properties of novel quaternary biodegradable extruded Mg-1Zn-0.2Ca-xAg alloys // Materials Research Express. 2020. Vol. 7. № 1. Article number 015414. doi: 10.1088/2053-1591/ab6a52.
  10. Tian Li, Sheng Yifeng, Huang Le et al. An innovative Mg/Ti hybrid fixation system developed for fracture fixation and healing enhancement at load-bearing skeletal site // Biomaterials. 2018. Vol. 180. P. 173–183. doi: 10.1016/j.biomaterials.2018.07.018.
  11. Мягких П.Н., Мерсон Е.Д., Полуянов В.А., Мерсон Д.Л., Бегун М.Э. О совместимости хирургических имплантатов из биорезорбируемых магниевых сплавов с медицинскими изделиями из титановых сплавов // Frontier Materials & Technologies. 2022. № 3-1. С. 106–114. doi: 10.18323/2782-4039-2022-3-1-106-114.
  12. 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.
  13. 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. С. 63–73. doi: 10.18323/2782-4039-2022-2-63-73.
  14. Zheng Jie, Chen Zhe, Yan Zhaoming, Zhang Zhimin, Wang Qiang, Xue Yong. 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.
  15. Schäublin R.E., Becker M., Cihova M., Gerstl S.S.A., Deiana D., Hébert C., Pogatscher S., Uggowitzer P.J., Löffler J.F. Precipitation in lean Mg–Zn–Ca alloys // Acta Materialia. 2022. Vol. 239. Article number 118223. doi: 10.1016/j.actamat.2022.118223.
  16. Martynenko N., Anisimova N., Kiselevskiy M. et al. Structure, mechanical characteristics, biodegradation, and in vitro cytotoxicity of magnesium alloy ZX11 processed by rotary swaging // Journal of Magnesium and Alloys. 2020. Vol. 8. № 4. P. 1038–1046. doi: 10.1016/j.jma.2020.08.008.
  17. Liu Shimeng, Wei Ziqi, Liu Zheng, Mao Pingli, Wang Feng, Wang Zhi, Zhou Le, Yin Xiunan. Effect of Zn content on hot tearing susceptibility of LPSO enhanced Mg–Znx–Y2–Zr0.06 alloys with different initial mold temperatures // Journal of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 904. Article number 163963. doi: 10.1016/j.jallcom.2022.163963.
  18. 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.
  19. Zong Ximei, Zhang Jinshan, Liu Wei, Zhang Yatong, You Zhiyong, Xu Chunxiang. Corrosion Behaviors of Long-Period Stacking Ordered Structure in Mg Alloys Used in Biomaterials: A Review // Advanced Engineering Materials. 2018. Vol. 20. № 7. P. 1–26. doi: 10.1002/adem.201800017.
  20. Azzeddine H., Hanna A., Dakhouche A. Exploring the Corrosion Performance of AZ31 Magnesium Alloy under Acidic and Alkaline Conditions // Physics of Metals and Metallography. 2024. P. 1–8. doi: 10.1134/S0031918X24600258.
  21. Мягких П.Н., Мерсон Е.Д., Полуянов В.А., Мерсон Д.Л. Зависимость процесса коррозии биорезорбируемого сплава ZX10 от структурных факторов и локального уровня pH // Frontier Materials & Technologies. 2023. № 2. С. 59–76. doi: 10.18323/2782-4039-2023-2-64-3.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Мягких П.Н., Мерсон Е.Д., Полуянов В.А., Мерсон Д.Л., Бегун М.Э., 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах