بررسی رفتار خوردگی آلیاژ حافظه دار نیکل- تیتانیم در محیط های فیزیولوژیکی شبیه سازی شده با بدن برای کاربردهای پزشکی

نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند

2 دانشیار، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته و فرآوری مواد معدنی، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند

3 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی شریف

4 دانشیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

10.22041/ijbme.2009.13391

چکیده

امروزه آلیاژهای حافظه دار نیکل- تیتانیم به دلیل برخورداری از ویژگی هایی نظیر زیست سازگاری بسیار خوب، مقاومت به خوردگی بالا، رفتار ابرکشسان و حافظه داری، در صنعت پزشکی بسیار مورد توجه اند. در آلیاژهای نیکل- تیتانیم لایه سطحی غیرفعال اکسید تیتانیم از آزاد شدن نیکل به محیط جلوگیری می کند، با این حال وجود درصد بالای نیکل در این آلیاژها و حالت پایداری لایه سطحی غیرفعال موضوعی است که نظر محققان را به خود جلب کرده است. در این تحقیق رفتار خوردگی آلیاژ حافظه دار دوتائی نیکل- تیتانیم تولید شده با ترکیب اسمی %50.7 اتمی نیکل پس از انجام عملیات همگن کردن در 1050oC به مدت 24 ساعت مورد بررسی قرار گرفت. آزمون های الکتروشیمیایی پتانسیو دینامیک و پتانسیو استاتیک در دو محیط فیزیولوژیکی شبیه سازی شده با محیط بدن (محلول نمک طعام 0.9% وزنی و محلول رینگر) روی این آلیاژ انجام شد. پس از آزمون های خوردگی بررسی های ریزساختاری به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام گرفت. نتایج حاصل از جذب اتمی محلول باقیمانده از آزمایش پتانسیواستاتیک نشان داد که نیکل رها شده از این آلیاژ بسیار کمتر از میزان مجاز است. نتایج آزمایش های پتانسیو دینامیک میزان خوردگی حفره ای بیشتری در محلول رینگر نسبت به محلول نمک طعام 0.9% وزنی نشان دادند، ولی مشاهدات آزمون های پتانسیو استاتیک حاکی از آن است که میزان خوردگی حفره ای در محلول نمک طعام 0.9% وزنی نسبت به محلول رینگر بیشتر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Corrosion Behavior Of Shape Memory Ni-Ti Alloys In The Physiological Environment Simulated By Body Fluids For Medical Application

نویسندگان [English]

  • Mehrnoush Zare 1
  • Jafar Khalil Allafi 2
  • Behnam Amin Ahmadi 3
  • Seyed Mohammad Mehdi Hadavi 4
1 M.Sc Graduated, School of Materials Engineering, Sahand University of Technology
2 Associate Professor, Research Center for Advance Materials, School of Materials Engineering, Sahand University of Technology
3 M.Sc Graduated, School of Materials Science and Technology, Sharif University of Technology
4 Associate Professor, Malek Ashtar University of Technology
چکیده [English]

Ni-Ti shape memory alloys display unique properties such as high corrosion resistance, biocompatibility, super elasticity and shape memory behavior. They also are suitable materials for medical applications. In spite of high Ni content (above 50%) of Ni-Ti shape memory alloys, these materials represent good biocompatibility due to formation of Titanium oxide (TiO2) passive layer. Although TiO2 passive layer in these alloys can prevent releasing nickel to the environment, high nickel content and stability of passive layer in these alloys are very debatable subjects. In this study a Ni-Ti shape memory alloy with nominal composition of 50.7 atom% Ni was produced by vacuum induction melting (VIM) process. Homogenization treatments of samples were performed at 1050C for 24 hours. Microstructure and chemical composition of specimens were analyzed. Electrochemical tests were performed in two physiological environments of Ringer solution and NaCl 0.9% solution. In order to determine the amount of released Ni, the solution after potentiostatic tests was analyzed by atomic absorption spectroscopy. The samples after corrosion tests were investigated using Scanning Electron Microscopy (SEM). Furthermore corrosion products were analyzed by X-Ray Diffraction (XRD). Results indicate that the breakdown potential of the Ni-Ti alloy in NaCl 0.9% solution is higher than that in ringer solution. Topographical evaluations show that corrosion products are nearly the same in all samples.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ni-Ti Shape Memory Alloy
  • Potentiostatic
  • Potentiodynamic
  • Nickel Release
  • Nacl And Ringer Solution
[1]     Cui Z.D., Chen M.F., Zhang L.Y., Hu R.X., Zhu S.L., Yang X.J., Improving the biocompatibility of Ni-Ti alloy by chemical treatments: An in vitro evaluation in 3T3 human fibroblast cell, Materials Science and Engineering C, 2008; 28: 1117–1122.

[2]     Figueira N., Silva T.M., Carmezim M.J., Fernandes J.C.S., Corrosion behaviour of Ni-Ti alloy, Electrochimica Acta, 2009; 54:921–926.

[3]     Shabalovskaya S.A., Surface, corrosion and biocompatibility aspects of Ni-Tinol as an implant material, Bio-Medical Materials and Engineering, 2002; 12:69-109.

[4]     Rocher P., Medawar L. El, Hornez J.-C., Traisnel M., Breme J., Hildebrand H.F., Biocorrosion and cytocompatibility assessment of Ni-Ti shape memory alloys, Scripta Materialia, 2004; 50: 255-260.

[5]     Duerig T. W., The use of superelasticity in modern medicine, MRS bulletin, 2002; 27:101-104.

[6]     Duerig T., Pelton A., Stöckel D., An overview of Ni- Tinol medical applications, Materials Science and Engineering A, 1999; 273-275: 149-160.

[7]     Es-Souni M., Es-Souni Ma., Fischer-Brandies H., On the properties of two binary Ni-Ti shape memory alloys effects of surface finish on the corrosion behaviour and in vitro biocompatibility, Biomaterials, 2002; 23: 2887-2894.

[8]     Bogdanski D., Köller M., Müller D., Muhr G., Bram M., Buchkremer H.P., Stöver D., Choi J., Epple M., Easy assessment of the biocompatibility of Ni-Ti alloys by in vitro cell culture experiments on a functionally graded Ni-Ni-Ti-Ti material, Biomaterials, 2002; 23: 4549-4555.

[9]     Medawar L. E., Rocher P., Hornez J. -C., Traisnel M., Breme J., Hildebrand H. F., Electrochemical and cytocompatibility assessment of Ni-TiNOL memory shape alloy for orthodontic, Biomolecular Engineering, 2002; 19: 153-160.

[10] Pelton A.R., Stöckel D., Duerig T.W., Medical uses of Ni-Tinol, Materials Science Forum, 2000; 327-328:63- 70.