Тема: Коррозионная совместимость магниевых сплавов с иными металлическими материалами

Традиционные металлические материалы, такие как нержавеющая сталь и титановые сплавы, широко применяются в медицине благодаря своей прочности, пластичности и устойчивости к коррозии. Однако использование этих материалов для временных имплантатов связано с определенными проблемами. После того, как ткани или кости восстанавливаются, требуется дополнительная операция для удаления имплантата, что ведет к дополнительным экономическим расходам, дискомфорту для пациента и риску повторного перелома, занесения инфекции и повреждения нервов.
В последние годы магний и магниевые сплавы привлекают большое внимание как возможная альтернатива для создания временных имплантатов. Они обладают уникальным сочетанием механических свойств, биологической совместимости и способностью рассасываться в организме человека, не вызывая при этом негативных последствий. Кроме того, магний играет важную роль в метаболизме человека.
Однако, несмотря на эти преимущества, низкая коррозионная стойкость магниевых сплавов в биологических средах может привести к преждевременному разрушению имплантата до полного заживления костной ткани, что ограничивает их широкое применение.
По мере внедрения магниевых материалов в медицинскую практику может возникнуть потребность в установке новых временных имплантатов рядом с уже установленными постоянными имплантатами. Например, в челюстно-лицевой хирургии это могут быть титановые зубные винты. На сегодняшний день существует ограниченное количество исследований, посвященных изучению коррозионной совместимости магниевых имплантатов с другими металлическими имплантатами, которые могут находиться в непосредственной близости друг к другу.
Существенное влияние на электрохимический коррозийный процесс магниевых сплавов могут оказать геометрические факторы, такие как площадь корродирующего участка поверхности и расположение в теле пациента разнородных металлических материалов относительно друг друга.
Цель исследования:
Нахождение безопасных условий, при которых электрохимический эффект между магниевыми сплавами и другими медицинскими сплавами будет минимизирован.
Задачи исследования:
- Разработать методику и программу проведения
экспериментальных исследований;
- Подготовить образцы и провести коррозионные испытания магниевых образцов согласно разработанной программе;
- Оценить влияние расстояния между образцами из магниевого и стального сплавов на скорость коррозии магниевого сплава;
- Определить влияние площади поверхности на скорость протекания коррозии магниевых сплавов в присутствии другого металла;
- Исследовать микроструктуру сплавов магния;
- Определить взаимосвязь между структурой и скоростью коррозии.
Объектом исследований являются магниевые сплавы ZX10 и WZ31 после всесторонней изотермической ковки (ВИК).
Предметом исследования являются коррозионные свойства медицинских магниевых сплавов в присутствие материала на основе другого металла.
Научная новизна:
- Установлено, что увеличение площади поверхности магниевого образца способствует замедлению процесса коррозии в присутствии титанового сплава.
- Совместное добавление цинка и иттрия в состав магниевого сплава не вызывает существенный отрицательный электрохимический эффект от соседства с титановым сплавом.
- Размещение магниевого сплава ZX10 рядом со сталью AISI 301 не влияет негативно на процесс коррозионного разрушения магниевого сплава.
Практическая значимость полученных результатов состоит в том, что они будут учтены хирургами при разработке методических рекомендаций по проведению операций с использованием имплантатов из магниевых сплавов в разделе, определяющем выбор оптимальных параметров размещения и конструкции имплантатов из магниевых сплавов в зависимости от конкретных клинических ситуаций и анатомических особенностей пациента.
По теме магистерской диссертации была опубликована статья: 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. - C. 106-114.
Купить

В ходе исследования были изучены коррозионные свойства медицинских магниевых сплавов в присутствии материала на основе другого металла. Результаты показали, что соседство магниевых сплавов с титаном повышает скорость коррозии первых. Тем не менее, наши наблюдения позволили сделать вывод, что данный эффект можно существенно снизить благодаря легированию и оптимизации структуры микроструктуры магниевого сплава, а также увеличению соотношения площади поверхности магниевого имплантата по сравнению с титановым. Отсутствие влияния соседства с медицинской сталью на коррозию магниевого сплава указывает на возможность комбинированного использования магниевых сплавов и стальных материалов без значительного ухудшения коррозионной устойчивости первых. Полученные результаты исследования имеют большое значение для хирургов, так как они помогут повысить эффективность и безопасность операций с применением имплантатов из магниевых сплавов.
В первом разделе диссертации были представлены аргументы в пользу использования магниевых сплавов в медицинских целях. Были рассмотрены особенности коррозии магния и перспективные магниевые сплавы, а также современные методы их обработки.
Во втором разделе описывает материалы и методики, использованные в исследовании. Описываются исследуемые образцы, методики исследования микроструктуры магниевых сплавов, поверхностного потенциала, коррозионных испытаний и определения скорости коррозии.
В третьем разделе мы исследуем влияние площади поверхности на скорость коррозии магниевых сплавов в присутствии другого металла. Мы также изучаем микроструктуру сплавов магния и определяем взаимосвязь между структурой сплавов и скоростью коррозии, которую они демонстрируют.

Купить