CC BY
0
УДК 620.193.81
Монжос Ю.С.
Магистрант 1 курса БНТУ г. Минск, Беларусь Змачинская И.А.
Магистрант 1 курса БНТУ г. Минск, Беларусь
БИОДЕГРАДИРУЕМЫЕ МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ: ПРОБЛЕМЫ И СПОСОБЫ ИХ РЕШЕНИЯ
Аннотация
Рассмотрены различные методы решения представленных ниже проблем, такие как объемное легирование магния и различные виды поверхностного модифицирования. По итогам анализа было решено, что использование каждого метода отдельно не позволяет в полной мере решить поставленные задачи, а также сохранить оптимальные механические свойства материала. Таким образом, определено, что необходимо сочетать процессы легирования сплавов магния и модификации его поверхности. Например, оптимальным вариантом для улучшения исследуемых сплавов является термодиффузионное насыщение, что связано с возможностью выбора легирующего элемента, и относительно простым производственным процессом. Проблемой исследования является коррозионная стойкость магниевых сплавов и выделения водорода. Актуальностью исследования является разработка комплексного способа позволяющего контролировать деградацию биосовместимого материала, при этом сохраняя оптимальные механические свойства.
Ключевые слова
биодеградируемые магниевые сплавы, коррозия, легирование, поверхностное модифицирование, выделение водорода, биосовместимость, механические свойства.
Monjos Y.S.
1st year graduate student of BNTU Minsk, Belarus Zmachinskaya I.A.
1st year graduate student of BNTU Minsk, Belarus
BIODEGRADABLE MAGNESIUM ALLOYS: PROBLEMS AND SOLUTIONS
Annotation
Various methods of solving the problems presented below, such as bulk magnesium alloying and various types of surface modification, are considered. Based on the results of the analysis, it was decided that using each method separately does not fully solve the tasks set, as well as preserve the optimal mechanical properties of the material. Thus, it was determined that it is necessary to combine the processes of alloying magnesium alloys and modifying its surface. For example, the best option for improving the alloys under study is thermal diffusion saturation, which is associated with the possibility of choosing an alloying element, and a relatively simple production process. The problem of the study is the corrosion resistance of magnesium alloys and the release of hydrogen. The relevance of the research is the development of an integrated method that allows you to control the degradation of a biocompatible material, while maintaining optimal mechanical properties.
Keywords
biodegradable magnesium alloys, corrosion, alloying, surface modification, hydrogen release, biocompatibility, mechanical properties.
Введение. Медицинская инженерия неустанно развивается. В настоящее время одним из перспективных направлений в данной области является изучение биодеградируемых сплавов. Основной особенностью таких материалов является способность деградировать за определенный промежуток времени, что устраняет необходимость в дополнительном хирургическом вмешательстве для удаления биоматериала после процесса заживления и снижает неблагоприятные эффекты от постоянных имплантатов [1]. Однако данный материал имеет значительный недостаток, а именно неконтролируемая деградация, структурное разрушение и выделение водорода [1].
Основная часть. Существуют различные методы решения указанных недостатков. Одним из таких методов является объемное легирование магния различными элементами.
При выборе легирующих элементов важно обратить внимание на фазовый состав, возникающий при взаимодействии легирующего элемента и основных компонентов сплава и, как следствие, данные факторы влияют на биосовместимость, коррозионную стойкость и механические свойства образцов.
Легирование алюминием сплавов магния способствует заметному повышению коррозионной стойкости, прочности и пластичности. Однако установленный факт о провоцировании алюминием развития болезни Альцгеймера вызывает необходимость строгого контроля его процентного содержания в сплаве. Присутствие в сплавах магния цинка, значительно повышает биосовместимость, но увеличение его содержания снижает коррозионную стойкость полученных сплавов. Часто применяется комплексное легирование этими элементами. Для биодеградируемых магниевых сплавов в качестве легирующего элемента используется марганец, который активно провоцирует формирования оксидной пленки. Марганец является неотъемлемым микроэлементом в организме человека, что хорошо влияет на биосовместимость сплавов с его содержанием. Кальций способствует ускорению формирования поврежденной кости, так как в них содержится. Такие элементы как цирконий, кремний и литий, входящие в состав сплавов магния для биомедицинского применения, способствуют укреплению костных связей и повышению коррозионной стойкости самого сплава [2].
Помимо изменения химического состава в объеме для улучшения характеристик рассматриваемых сплавов можно использовать различные покрытия на поверхности, проводить модифицирование поверхности, что позволит так же эффективно бороться с высвобождением токсинов в организм человека за счет контроля скорости коррозии.
Предлагаются различные варианты модификации поверхности магниевых биодеградируемых сплавов [3]:
1. Химические конверсионные покрытия. В процессе обработки раствор частично или полностью реагирует с магниевым образцом, образуется защитный слой, замедляющий процессы коррозии. Обработка проводится при температуре 160 оС раствором NaOH: на поверхности - плёнка Mg(OH)2. При снижении скорости коррозии объем выброса водорода не изменился.
2. Плазменное электролическое оксидное покрытие. Плазменное электролическое оксидирование (ПЭО), так же называемое микродуговым оксидированием (МАО) применяется для изготовления прочных и пористых покрытий на биодеградируемых сплавах. Данная технология использовалась для получения покрытия, содержащего Mg2SiO4, на магниевом сплаве ZK60. Покрытие не только значительно повысило коррозионную стойкость сплава, но и улучшило его биосовместимость.
3. Слоистый двойной гидроксид. Покрытие было получается путем обработки в двух водных растворах Fe3+/HCO-/CO32- и нсо-/СОз2- при 50 оС. По результатам испытаний образцы с покрытием Mg-Fe-СОз показали лучшую коррозионную стойкость.
4. Органические покрытия. Для биодеградируемых магниевых сплавов применяются такие полимеры как полилактид и поликапролактон. Пленки из данных полимеров получили методом центрифугирования. Для данных образцов было установлено уменьшение скорости коррозии, а также, по сравнению со сплавом без покрытия, ускорение прироста новой кости.
5. Композитные покрытия обладают повышенной коррозионной стойкостью и биосовместимостью за счет комбинирования различных покрытий. Покрытия из фторида магния и из гидроксиапатита широко применяются для биодеградируемых сплавов. При объединении с помощью процесса конверсии фторида с последующим электрохимическим осаждением получим дополнительную коррозионную стойкость и уменьшим выделение водорода.
6. Термодиффузионное насыщение. Насыщение может осуществляться в различных средах. Коррозионные свойства и биосовместимость, как и при легировании будет зависеть от используемых элементов.
Вывод. Анализ известных методов уменьшения неконтролируемой скорости коррозии и выделения водорода показал, что использование каждого метода отдельно не позволяет в полной мере решить поставленные задачи, а также сохранить оптимальные механические свойства материала. Таким образом, определено, что необходимо сочетать процессы легирования сплавов магния и модификации его поверхности. Например, оптимальным вариантом для улучшения исследуемых сплавов является термодиффузионное насыщение, что связано с возможностью выбора легирующего элемента, и относительно простым производственным процессом.
Список использованной литературы:
1. Shukufe Amukarimi, Masoud Mozafari Biodegradable magnesium-based biomaterials: An overview of challenges and opportunities // Masoud Mozafari, PhD; Currently at: Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute, Mount Sinai Hospital, University of Toronto, Canada, 2021 - P.123-144.
2. Kevin Koshy Thomas, Mah Noor Zafar, William G. Pitt and Ghaleb A. Husseini Biodegradable Magnesium Alloys for Biomedical Implants: Properties, Challenges, and Surface Modifications with a Focus on Orthopedic Fixation Repair // Applied Sciences, Volume 14, Issue 1, 2024 - P. 1-22.
3. Peng Tian, Xuanyong Liu Surface modification of biodegradable magnesium and its alloys for biomedical applications // Regenerative Biomaterials, Volume 2, Issue 2, June, 2015 - P. 135-151.
© Монжос Ю.С., Змачинская И.А., 2024
УДК 62
Мукымов Б.,, преподаватель Институт инженерно-технических и транспортных коммуникаций Туркменистана
Бекмаммедов С., преподаватель Институт инженерно-технических и транспортных коммуникаций Туркменистана
Хамраев Б., преподаватель Институт инженерно-технических и транспортных коммуникаций Туркменистана
Гарагулов М., студент
Институт инженерно-технических и транспортных коммуникаций Туркменистана
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ И ИХ ОРГАНИЗАЦИЯ
Ключевые слова:
самостоятельная работа студентов, требования к молодым специалистам, реализация самостоятельной
работы, виды учебно-познавательной деятельности.
