Применение современных методов для in-situ исследования кинетики процесса коррозии, природы и морфологии коррозионных повреждений перспективных биорезорбируемых магниевых сплавов

В последние годы во всем мире наблюдается возрастающий интерес к тематике магниевых биорезорбируемых сплавов и их применению в медицине в качестве материала для металлических имплантатов. В отличие от традиционно используемых в этих целях титановых сплавов и нержавеющих сталей, магниевые сплавы обладают способностью со временем растворяться в теле человека, не нанося при этом вреда организму, из-за чего отпадает потребность проведения после завершения заживления повторной операции по извлечению имплантата. В то же время, важно помнить, что во избежание потери имплантатом эксплуатационных свойств до срастания тканей, процесс его растворения должен проходить со строго определенной скоростью и по конкретному механизму, что диктует необходимость получения детальных сведений об особенностях протекания коррозии биорезорбируемого материала в условиях близких к условиям внутри человеческого тела, включая динамику изменения скорости коррозии и развития морфологии коррозионных повреждений со временем. К сожалению, методики, предусматривающие исследование образца не во время, а после испытаний (ex-situ), например, метод определения скорости коррозии измерением потери массы образца (гравиметрические испытания), не позволяют оценить необходимые параметры на любом этапе испытания, показывая лишь финальный результат. Поэтому исследование биорезорбируемых материалов важно проводить с использованием in-situ методов, таких как показавшее свою эффективность в наших предыдущих работах измерение скорости коррозии по выходу водорода, а также видеосъемка поверхности образца в течение всего эксперимента, за счет которых становится возможным отследить развитие коррозионных повреждений определенного типа и их влияние на скорость коррозии. Поэтому основной задачей проекта является получение целостной и детализированной картины протекания процесса коррозии биорезорбируемых магниевых сплавов с выявлением факторов, влияющих на характер коррозионных повреждений. Впервые будет показано поэтапное развитие коррозионных повреждений на поверхности металла, определены их тип и связь с распределением химических элементов на поверхности, а также выявлены основные механизмы коррозии для ряда биорезорбируемых сплавов системы легирования Mg-Zn-X. Результаты данного исследования могут быть использованы как для оценки пригодности существующих биорезорбируемых магниевых сплавов, так и для создания новых металлических материалов с определенной скоростью и типом коррозии. Объектом исследования являются перспективные биорезорбируемые магниевые сплавы: ZX10 и WZ31. Цель работы – определение особенностей протекания процесса коррозии магниевых биорезорбируемых сплавов и выявление роли в нем таких факторов, как частицы вторичных фаз и наличие продуктов коррозии на поверхности. Для решения поставленных задач применяли современные методы исследований и оборудование: метод растровой электронной микроскопии, метод рентгенодифракционного анализа, метод конфокальной лазерной сканирующей микроскопии, видеомониторинг поверхности образца во время коррозионных испытаний и др. В ходе работ были решены задачи по проведению коррозионных испытаний с прецизионным изучением поверхности и по выявлению роли частиц интерметаллидов на коррозию магниевой матрицы. В результате выполнения работы: определены коррозионные характеристики магниевых биорезорбируемых сплавов, включая скорость и кинетику коррозионных процессов, а также морфологию коррозионных повреждений, установлено влияние частиц вторичных фаз на процесс коррозии, выявлена роль продуктов коррозии на поверхности образца.