IMDEA Malzemeler’den araştırmacılar, Helmholtz-Zentrum Hereon Yüzey Bilimi Enstitüsü ve Meotec GmbH ile birlikte, ekstrüzyon ve eklemeli üretim ile üretilen Mg ve Zn biyoalaşımlarında korozyon direncinin ilk kez karşılaştırmasını gerçekleştirdiler.
Daha güvenli, daha uzun ömürlü biyobozunur implantların yolunu açan çalışma, plazma elektrolitik oksidasyon (PEO) yüzey işleminin test edilen tüm numunelerde korozyon direncini artırdığını gösterdi.
Biyoemilimli metaller alanında bir ilk olarak, araştırmacılar ekstrüzyon ve Lazer Toz Yatak Füzyonu (LPBF) ile üretilen WE43 magnezyum ve Zn1Mg çinko alaşımlarının korozyon direncinin öncü karşılaştırmasını gerçekleştirdiler.
Surface and Coatings Technology’de yayınlanan çalışma, bu iki üretim yolunun klinik olarak ilgili bu biyobozunur metallerin bozunmasını nasıl etkilediğini karşılaştırmak için tamponlu tuzlu su çözeltisinde elektrokimyasal test kullanan ilk çalışmadır.
“Bildiğimiz kadarıyla, bu iki üretim tekniğinin bu malzemeler için korozyon direnci açısından karşılaştırıldığı ilk kez,” dedi ilk yazar Guillermo Domínguez.
Sonuçlar, LPBF ile üretilen numunelerin ekstrüde edilmiş karşılıklarından önemli ölçüde daha hızlı korozyona uğradığını gösteriyor. WE43’te bu, LPBF numunelerinde bulunan ve korozyon tabakasının koruyucu etkisini zayıflatan itriyum oksit parçacıklarıyla bağlantılıydı.
Zn1Mg’de, LPBF numunelerinin daha yüksek korozyon oranı, mikrogalvanik bozunmayı hızlandıran artan ötektik faz hacmine atfedildi.
Ötektik faz, iki elementin belirli bir oran ve sıcaklıkta birlikte katılaşması durumunda oluşan mikroyapısal bir özelliktir. Artan ötektik faz hacmi, Zn matrisi ile daha fazla arayüz oluşturarak lokalize korozyonu hızlandıran çok sayıda mikrogalvanik hücre oluşturur. Bu, genel malzeme bozunmasını hızlandırır. Bunu önlemek için ekip, plazma elektrolitik oksidasyon (PEO) yüzey işlemi uyguladı.
“Korozyon direncini artırmak için numunelere PEO işlemi uygulandı,” diye açıkladı Domínguez. “Bu işlem, işlem görmemiş karşılıklarına kıyasla test edilen tüm malzemelerde korumayı artıran beklenen oksit tabakasını oluşturdu.”
İlginç bir şekilde, Zn1Mg için LPBF numuneleri PEO işleminden sonra aslında ekstrüde edilenleri geride bıraktı. “Ancak, WE43MEO LPBF numuneleri PEO işlemine rağmen yüksek korozyon oranları gösterdi, bu da oksit tabaka kalınlığındaki heterojenliklerle bağlantılıydı. Buna karşılık, PEO işlemi Zn1Mg numuneleri üzerinde ters etki gösterdi, burada LPBF numuneleri ekstrüde edilenlerden daha fazla korozyon direnci gösterdi,” diye ekledi.
Bu farklılık, yüzey modifikasyonu sırasında oluşan fosfor açısından zengin koruyucu tabakalarla bağlantılıydı ve LPBF PEO tabakasında daha yüksek fosfor içeriğine yol açarak, koruyucu oksit tabakasını stabilize eden inert fosfat fazlarının oluşumunu destekledi.
Araştırmanın deneysel bileşeni, IMDEA Malzemeler Enstitüsü tarafından koordine edilen Horizon Europe BIOMET4D projesi kapsamında Helmholtz-Zentrum Hereon Yüzey Bilimi Enstitüsü’ndeki araştırma görevlendirmesi sırasında Domínguez tarafından gerçekleştirildi.
Numuneler proje ortakları Meotec GmbH tarafından üretilirken, Hereon’daki Dr. Carsten Blawert’in Fonksiyonel Yüzeyler Departmanı ile işbirliği son teknoloji elektrokimyasal test ekipmanlarına erişim sağladı.
Bu malzemelerin nasıl üretildiğini ve işlendiğini kontrol ederek, araştırmacılar bunların vücut içindeki davranışlarını optimize edebilir, riskleri azaltabilir ve hasta sonuçlarını iyileştirebilir.
