نشریه علوم و مهندسی سطح

نشریه علوم و مهندسی سطح

بررسی مکانیزم خوردگی آلیاژ زیست‌تخریب‌پذیر Mg-Zn-Ca و تأثیر پوشش PEO بر عملکرد آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استاد/دانشگاه تهران
2 دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، دانشکدگان فنی دانشگاه تهران
3 گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی مواد و علوم بین رشته ای، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی
چکیده
آلیاژهای منیزیم-روی-کلسیم به دلیل عناصر آلیاژی مناسب برای زیست سازگاری به‌صورت بالقوه به‌عنوان ماده ایمپلنت زیست‌تخریب‌پذیر موردمطالعه قرارگرفته‌اند. در این پژوهش، آلیاژ Mg-5Zn-0.4Ca ریخته‌گری و به‌عنوان زیرلایه استفاده شد. محدودیت آلیاژهای منیزیم مقاومت به خوردگی ضعیف بوده به‌گونه‌ای که کنترل سرعت خوردگی آن‌ها در محیط خورنده بدن، مهم‌ترین موضوع در به‌کارگیری این آلیاژها به‌عنوان ایمپلنت‌های زیست‌تخریب‌پذیر است. اصلاح سطح توسط پوشش دهی، راهـی بـرای کاهش نرخ خوردگی می‌باشد. اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی PEO)) یکی از روش‌های نوین پوشش دهی برای فلزاتی است که توانایی تشکیل لایه‌ی غیرفعال را دارند. در این پژوهش مکانیزم خوردگی پوشش بهینه PEO و آلیاژ منیزیم ZX504 بدون پوشش در زمان‌های مختلف غوطه‌وری درون محلول PBS از طریق بررسی پتانسیل مدارباز، آزمون‌های الکتروشیمیایی امپدانس و نویز الکتروشیمیایی و تئوری نویز ضربه‌ای موردمطالعه قرار گرفت. اعمال پوشش منجر به نجیب‌تر شدن پتانسیل خوردگی و کاهش 88 درصدی سرعت خوردگی آلیاژ منیزیم شد. افزایش در زمان غوطه‌وری (بیش از 2 ساعت) باعث کاهش شدت خوردگی یکنواخت و افزایش درشدت خوردگی موضعی گردید. پوشش PEO ماکزیمم شدت خوردگی یکنواخت را در زمان ابتدایی غوطه‌وری (1 ساعت) داشته که با افزایش در زمان غوطه‌وری از شدت خوردگی یکنواخت کم و خوردگی موضعی‌تر شد. به‌طورکلی تحلیل‌های آماری نشان‌دهنده مکانیزم خوردگی مخلوط (یکنواخت و موضعی) در آلیاژ منیزیم و پوشش PEO بودند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] B.P. Zhang, Y. Wang, L. Geng, "Research on Mg-Zn-Ca alloy as degradable biomaterial", Biomaterials-Physics and Chemistry, pp. 184-204, 2011.
[2] C.Z. Zhang, S.J. Zhu, L.G.Wang, R.M. Guo, G.C. Yue, S.K. Guan, "Microstructures and degradation mechanism in simulated body fluid of biomedical Mg–Zn–Ca alloy processed by high pressure torsion", Materials and Design., Vol. 96, pp. 54–62, 2016.
[3] H. S. Brar, M. O. Platt, M. Sarntinoranont, P. I. Martin, and M. V. Manuel, "Magnesium as a biodegradable and bioabsorbable material for medical implants", Biomedical Materials Devices Overview, JOM, Vol. 61, pp. 31-34, 2009.
[4]  Z.  Shahri, SR Allahkaram, R Soltani, H Jafari, Optimization of plasma electrolyte oxidation process parameters for corrosion resistance of Mg alloy, J. Magnes. Alloy., 8 (2020) 431-440.
[5] Z.  Shahri, SR Allahkaram, R Soltani, H Jafari, Study on corrosion behavior of nano-structured coatings developed on biodegradable as cast Mg–Zn–Ca alloy by plasma electrolyte oxidation, Surf. Coat. Technol., 347 (2018) 225-234.
[6] Z.  Shahri, SR Allahkaram, R Soltani, H Jafari, Modeling of PEO coatings by coupling an artificial neural network and taguchi design of experiment, J. Mater. Eng.  Perform., 2023.
[7] Z.  Shahri, SR Allahkaram, R Soltani, H Jafari, Characterization and corrosion behavior of nano-ceramic coatings produced by MAO method: the role of process time, JOM, (2023).
[8] A.D. King, N. Birbilis, J.R. Scully, "Accurate electrochemical measurement of magnesium corrosion rates; a combined impedance, mass-loss and hydrogencollection study", Electrochimica Acta, Vol. 121, pp. 394–406, 2014.
[9] T. Zhang, X. Liu, Y. Shao, G. Meng, F. Wang, "Electrochemical noise analysis on the pit corrosion susceptibility of Mg–10Gd–2Y–0.5Zr, AZ91D alloy and pure magnesium using stochastic model", Corrosion Science, Vol. 50, pp. 3500–3507, 2008.
[10] C. Wang, L. Wu, F. Xue, R. Ma, I. Nabuk Etim, X. Hao, J. Dong, W. Ke, "Electrochemical noise analysis on the pit corrosion susceptibility of biodegradable AZ31 magnesium alloy in four types of simulated body solutions", Materials Science Technology, Vol. 34, pp. 1876–1884, 2018.
[11] C. A. Loto, "Electrochemical Noise Measurement Technique in Corrosion Research", International Journal of Electrochemistry Science, Vol. 7, pp. 9248 - 9270, 2012.
[12] Z. Rajabalizadeh, D. Seifzadeh, A. Habibi-Yangjeh, T. Mesri Gundoshmian, S. Nezamdoust, "Electrochemical noise analysis to examine the corrosion behavior of Ni-P deposit on AM60B alloy plated by Zr pretreatment", Surface and Coatings Technology, Vol. 346, pp. 29–39, 2018.
[13] S.M. Hoseinieh, A.M. Homborg, T. Shahrabi, J.M.C. Mol, B. Ramezanzadeh, "A Novel Approach for the Evaluation of Under Deposit Corrosion in Marine Environments Using Combined Analysis by Electrochemical Impedance Spectroscopy and Electrochemical Noise", Electrochimica Acta, Vol. 217, pp. 226–241, 2016.
[14] C. A. Loto, "Electrochemical noise evaluation and data statistical analysis of stressed aluminium alloy in NaCl solution", Alexandria Engineering Journal, Vol. 57, pp. 1313–1321, 2018.
[15] M. Sabouri, S.M. Mousavi Khoei, J. Neshati, "Plasma current analysis using discrete wavelet transform during plasma electrolytic oxidation on aluminum", Journal of Electroanalytical Chemistry, Vol. 792, pp. 79–87, 2017.
[16] S. Caines, F. Khan, Y. Zhang, J. Shirokoff, "Simplified electrochemical potential noise method to predict corrosion and corrosion rate", J. Loss Prevention in the Process Industries, Vol. 47, pp. 72-84, 2017.
[17] J. Li, C.W. Du, Z.Y. Liu, X.G. Li, M. Liu, "Effect of microstructure on the corrosion resistance of 2205 duplex stainless steel. Part 2: Electrochemical noise analysis of corrosion behaviors of different microstructures based on wavelet transform", Construction and Building Materials, Vol. 189, pp. 1294–1302, 2018.
[18] Y. Hou, C. Aldrich, K. Lepkova, B. Kinsella, "Identifying corrosion of carbon steel buried in iron ore and coal cargoes based on recurrence quantification analysis of electrochemical noise", Electrochimica Acta, Vol. 283, pp. 212-220, 2018.
[19] Y. Chen, Z.N. Yang, Y.W. Liu, H.H. Zhang, J.Y. Yin, Y. Xie, Z. Zhang, "In-situ monitoring the inhibition effect of benzotriazole on copper corrosion by electrochemical noise technique", Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, Vol. 80, pp. 908–914, 2017.
[20] A.M. Homborg, T. Ting, X. Zhang, "Time–frequency methods for trend removal in electrochemical noise data", Electrochimica Acta, Vol. 70, pp. 199–209, 2012.
[21] J.J. Kim, "Electrochemical noise analysis of localized corrosion by wavelet transform", Metals and Materials International, Vol. 16, pp. 747–753, 2010.
[22] J.H. Arellano-Pérez, O.J. Ramos Negrón, R.F. Escobar-Jiménez, J.F. Gómez-Aguilar, J. Uruchurtu-Chavarín, "Development of a portable device for measuring the corrosion rates of metals based on electrochemical noise signals", Measurement, Vol. 122, pp. 73–81, 2018.
[23] Y. Chen, X.H. Chen, Y.W. Liu, Z.N. Yang, Z. Zhang, "Evaluation of physical and chemical adsorption using electrochemical noise technique for methylene blue on mild steel", Journal of Chemical Thermodynamics, Vol. 126, pp. 147–159, 2018.