Corrosion resistance of coated and uncoated biodegradable magnesium alloys

Abstract

W ostatnich latach, stopy magnezu były intensywnie badane pod kątem ich możliwych zastosowań jako biodegradowalne implanty. Jednak, szybka korozja magnezu i jego stopów w roztworach fizjologicznych ogranicza ich zastosowanie jako implanty. Głównym celem pracy doktorskiej było zbadanie mechanizmu korozji niepowlekanych i powlekanych stopów Mg20Zn i Mg19Zn1Ca. Aby zwiększyć odporność na korozję stopów magnezu w roztworze Hanka, zastosowano różne rodzaje powłok na bazie chitozanu. Testy korozyjne wykazały, że powłoki na bazie chitozanu. takie jak chitozan/$TiO_2$, chitozan(AgNPs), chitozan/ZnO, chitozan_WG (chitozan z dodatkiem $Na_{2}SiO_{3}$ i szkła wodnego). Ca-P i dwuwarstwowa powłoka Ca-P/chitozan_WG znacznie zmniejszyły szybkość korozji stopów magnezu w roztworze Hanka. Ze względu na interakcję z grupami aminowymi obecnymi w cząsteczkach chitozanu. nanocząstki $TiO_2$ były równomiernie rozmieszczone w matrycy polimerowej. Powłoka chitozan/$TiO_2$ ograniczyła kontakt stopu magnezu z roztworem Hanka oraz spowolniła jego korozję. Najlepszą ochronę antykorozyjną zapewnia dwuwarstwowa powłoka Ca-P/chitosan_WG. Podczas osadzania warstwy chitozanu zawierającej szkło wodne i $Na_{2}SiO_{3}$ (chitozan_WG) na powłoce Ca-P, powstaje nierozpuszczalny krzemian wapnia ($CaSiO_{3}$). Zasadniczo, korozja stopów magnezu jest spowodowana rozpuszczaniem osnowy i osadzaniem się produktów korozji na ich powierzchni. W przypadku stopów pokrytych powłokami, powłoka ulega degradacji, stop jest rozpuszczany, a produkty korozji osadzają się na jego powierzchni. In recent years, magnesium alloys have been . intensively investigated for possible applications as biodegradable implants. The main limitation of the use of magnesium alloys as implants is their rapid corrosion in physiological solutions. The main goal of this research was to investigate the corrosion mechanism of uncoated and coated Mg20Zn and Mg19Zn1Ca alloys. To enhance the corrosion resistance of magnesium alloys in Hanks' solution, different types of chitosan - based coatings were used. Corrosion tests revealed that chitosan-based coatings such as chitosan/$TiO_2$. Chitosan/(AgNPs). chitosan/ZnO. chitosan_WG (chitosan with addition of $Na_{2}SiO_{3}$ and water glass), Ca-P and the double layer coating Ca-P/chitosan_WG significantly reduced the corrosion rate of magnesium alloys in Hanks' solution. Because of their interaction with the amine groups present in the chitosan molecules, the $TiO_2$ nanoparticles were uniformly distributed in the polymer matrix. The chitosan/$TiO_2$ coating limited the contact of the magnesium alloy with Hanks' solution and limited its corrosion. The best corrosion protection is provided by the double layer coating Ca-P/chitosan_WG. During the deposition of chitosan_WG on the Ca-P coating, insoluble calcium silicate ($CaSiO_{3}$) is formed. Generally, the corrosion of bare magnesium alloys is caused by dissolution of the matrix and deposition of corrosion products on their surface. In the case of coated alloys, the coating undergoes degradation, the alloy is dissolved, and corrosion products are deposited on the electrode surface.