Retardando a corrosão de uma liga de magnésio usando um revestimento de polímero em condições dinâmicas de fluxo de eletrólitos

Think about passar por uma cirurgia em que o médico propõe o uso de um implante temporário que se dissolve por si só com o tempo no corpo humano, evitando assim uma dolorosa segunda cirurgia. Tão grande quanto isso soaria, os desafios são suficientes quando se trata de projetar um implante que tenha propriedades mecânicas próximas às do osso humano, é biocompatível e se degrada a uma taxa apreciável até que o osso se curva.

Dos muitos materiais de implante temporário disponíveis, o magnésio é considerado um candidato em potencial, embora sua rápida taxa de degradação seja uma limitação séria.

Uma estratégia para desacelerar sua taxa de corrosão inclui a liga com metais não tóxicos adequados. O ZK60, uma liga MG-ZN-ZR, mostra atributos positivos que satisfazem os principais critérios mencionados, embora se degradem em 12 semanas.

Para ajustar ainda mais a taxa de corrosão dessa liga, os revestimentos de polímeros biodegradáveis parecem ser uma opção, dada a facilidade de aplicação por meio de um simples procedimento de revestimento de rotação.

Dos vários polímeros biocompatíveis disponíveis, o poli (3-hidroxibutirato), referido como PHB, um poli-hidroxialkanoato de cadeia curta semi-cristalina (PHA), mostra a promessa de uso como um revestimento em ligas MG. Além disso, a fim de imitar melhor a condição fisiológica humana da homeostase, o estudo de uma condição dinâmica de fluxo de eletrólitos usando um sistema de fluxo de recirculação seria bastante útil.

We thought it will be worthwhile to check the corrosion of a PHB-coated ZK60 and measure quantitatively the extent of degradation utilizing an ensemble of characterization methods together with electrochemical impedance spectroscopy (EIS), grazing-incidence X-ray diffraction (GI-XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning microscopia eletrônica (SEM), Fourier Remodel Espectroscopia infravermelha (FTIR), pH e medições de potencial de circuito aberto.

A novidade da obra está no uso de um sistema de fluxo eletrólito para estudar a corrosão de um polímero revestido liga de magnésio. Os resultados deste estudo são publicados em Electrochimica Acta.

Nossos primeiros experimentos mediram a corrosão da liga ZK60 nua em eletrólito de fluido corporal simulado modificado (M-SBF). Descobrimos que a condição de eletrólito dinâmico, em contraste com o caso de imersão estática, period mais agressivo na degradação da liga, medindo uma menor resistência à polarização para o primeiro usando EIS.

Raciocinamos que a condição necessária para a formação de precipitados de sal que poderia oferecer proteção (embora quase ou parcial seja, devido a muitas rachaduras nos produtos de corrosão) não foram atendidos devido aos íons que foram trocados continuamente pelo eletrólito fluido. Isso pode ser apoiado pela análise SEM e FTIR, que mostrou evidências de precipitados de sal e seus grupos funcionais, respectivamente.

Para atrasar o início da corrosão do ZK60 nu, primeiro fizemos uma etapa de pré-tratamento na liga usando a solução de hidróxido de sódio, seguida de revestimento com pHB de diferentes espessuras, aqui referido ao PHB_afinar e phb_espesso.

Encontramos através do SEM que o PHB_afinar tinha muitos poros enquanto phb_espesso period desprovido deles. Para avaliar sua capacidade de retardar a corrosão do ZK60, estudamos a liga revestida com PHB no M-SBF por nove dias em condições de fluxo dinâmico.

Usando o EIS, medimos uma resistência de “polarização” muito menor após nove dias para o PHB_afinar mostrando que period muito mais degradado do que o PHB_espesso. Atribuímos isso aos poros “contrários”, o que permitiu fácil entrada de eletrólito e corroer a liga.

Esse raciocínio pode ser ainda mais fortalecido com base no GI-XRD, que mostrou a ausência de picos cristalinos correspondentes ao PHB, indicando um polímero degradado. Além disso, através da análise XPS, conseguimos identificar a formação de produtos de corrosão à base de MG, CA e fosfato.

Finalmente, também poderíamos ver muitos precipitados usando o SEM. Por outro lado, descobrimos que PHB_espesso mostrou uma capacidade de proteção muito maior com pouca degradação devido à baixa densidade de poros. Poderíamos raciocinar isso da presença de PHB no GI-XRD e formação de uma extensão mais baixa dos produtos de corrosão usando XPS.

Em essência, através deste trabalho, poderíamos mostrar que, afinando a densidade dos poros, pode -se controlar até que ponto uma liga MG se degradou. Resta saber se o corrosão Os produtos formados dentro dos poros do revestimento de polímero fornecem proteção ao longo do tempo prolongado.

Acreditamos que este estudo poderia abrir avenidas para o uso da liga MG revestida com polímeros como implantes temporários para proteger o osso enquanto ele cura, mas se dissolve eventualmente.

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Vijayshankar Dandapani é professor associado do Departamento de Engenharia Metalúrgica e Ciência dos Materiais do Instituto Indiano de Tecnologia (IIT), Bombaim. Ele trabalha na área de eletroquímica e corrosão.