Введение 5
1 Аналитический обзор 7
1.1 Перспективы применения магния в медицине 7
1.2 Коррозионное поведение магния 11
1.3 Влияние легирующих элементов на магниевые сплавы 13
1.4 Электрохимическая коррозия при контакте сплавов на основе магния с
другими металлами 15
2 Методика проведения экспериментов 19
2.1 Химический состав 19
2.2 Термическая обработка 20
2.3 Микроструктура сплава 21
2.4 Пробоподготовка 23
2.5 Коррозионные испытания 24
2.6 Исследование морфологии поверхности 27
2.7 Расчет скорости коррозии 30
3 Результаты 32
Заключение 36
Список используемой литературы 37
Для лечения переломов современная медицина предлагает остеосинтез - хирургическую фиксацию отломков костей при помощи имплантатов. На сегодняшний день в хирургии традиционными металлическими материалами для временных конструкций чаще всего являются нержавеющая сталь, кобальто-хромовые и титановые сплавы. Однако использование металлоконструкций имеет ряд существенных недостатков, такие как выделение ионов токсичных металлов и значительная разница в механических характеристиках сплавов и человеческих костей, что приводит к патологическим процессам и отторжению имплантата. Кроме того, после заживления перелома необходимо повторное хирургическое вмешательство для удаления металлоконструкций. Для решения этих проблем научное сообщество пришло к идее разработки имплантатов, способных безопасно растворяться в теле человека. Подходящим под эти требования материал оказался магнием. Магниевые сплавы обладают такими преимуществами как биосовместимость и биоразлагаемость, что делает их перспективными кандидатами для создания саморастворяющихся хирургических имплантатов для остеосинтеза, что может избавить от необходимости лишний раз травмировать организм пациента проведением операции по изъятию металлоконструкций.
При этом некоторые практические аспекты применения магниевых имплантатов остались без должного внимания. В частности, вопрос о совместном использовании имплантатов из магниевых сплавов и традиционных материалов, таких как титан, остается неизученным. На основании принципа действия электрохимической коррозии магний интенсивно разрушается в коррозионной среде в присутствии веществ, имеющих более положительный электродный потенциал. Это означает, что нахождение в непосредственной близости от магниевого имплантата изделий из титановых сплавов может значительно ускорить скорость его растворения и привести к выходу из строя до завершения процесса заживления. Для того, чтобы свести подобные риски к минимуму, необходимо знать на каком расстоянии между магнием и титаном способен проявляться этот эффект.
Целью данной работы является нахождение безопасного расстояния, на котором электрохимический эффект между магниевыми сплавами и сплавами на основе титана будет минимизирован.
Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:
1. Изучить и провести анализ научных публикаций по теме исследования;
2. Освоить методику коррозионных испытаний;
3. Провести исследование выбранных магниевых образцов;
4. Сделать выводы о возможности совместного использования имплантатов на основе магниевых сплавов с титановыми имплантатами.
Магниевые сплавы в настоящее время рассматриваются как перспективные материалы для разработки имплантатов, которые могли бы полностью метаболизироваться организмом, не оказывая при этом патологического воздействия на окружающие ткани и организм в целом.
Тем не менее остаются проблемы, затрудняющие широкое внедрение магниевых сплавов в хирургию, в частности, это касается их чрезвычайно высокой коррозионной активности в биологических жидкостях, что приводит к преждевременному разрушению конструкции имплантата до момента восстановления костной ткани. Одной из причин нежелательного ускорения коррозии может служить электрохимическое взаимодействие разных металлов имплантатов.
В результате проведенных исследований было обнаружено, что скорость коррозии образцов, расположенных в 3 см от имплантата выше всех остальных в полтора раза. Кроме того, судя по отсутствию ступеньки на графике выхода водорода, образцы, распложенные в 3 см, не полностью проходят стадию пассивации, таким образом поверхность образцов продолжает находиться в активном состоянии. Расположение титанового имплантата в 3 см от образца также приводит к образованию обширных сквозных повреждений. Из этого можно сделать вывод, что биорезорбируемые магниевые имплантаты недопустимо располагать в 3 и менее сантиметрах от титановых изделий. В ходе эксперимента было подтверждено, что минимальное безопасное расстояние, при котором эффект электрохимической коррозии проявляется слабо, составляет 6 см.
Полученная информация сможет помочь медицинским работникам принимать решения по использованию в своей практике имплантатов на основе магниевых сплавов.
