Projekty krajowe
Korozja naprężeniowa stopów magnezu przeznaczonych na biodegradowalne implanty w środowiskach fizjologicznych zawierających wodór
Tytuł:
Korozja naprężeniowa stopów magnezu przeznaczonych na biodegradowalne implanty w środowiskach fizjologicznych zawierających wodór
Nazwa programu: Preludium
Dofinansowanie dla Łukasiewicz-GIT: 164 240,00 zł
Całkowita wartość projektu: 194 740,00 zł
Czas realizacji projektu: 07.02.2022 – 06.02.2025
Agencja wykonawcza: Narodowe Centrum Nauki
Kierownik projektu:
mgr inż. Adam Gryc
Tel.: 32 2345 269
E-mail: adam.gryc@git.lukasiewicz.gov.pl
Cel projektu:
W ostatnich latach stopy magnezy zyskują na znaczeniu nie tylko jako lekkie materiały konstrukcyjne, ale także jako obiecujące biomateriały, stosowane na implanty. Biomateriały na bazie magnezu są przedmiotem intensywnych badań pod względem biozgodności, cytotoksyczności i opracowywania nowych stopów, a także procesów ich niszczenia, których lepsze zrozumienie prowadzi do projektowania biodegradowalnych materiałów na implanty. Jednakże obecny stan wiedzy na temat niektórych procesów ich korozji, w szczególności korozji naprężeniowej wspomaganej wodorem, jest wciąż niewystarczający i nieusystematyzowany. Jednocześnie wodór, będący produktem reakcji pomiędzy stopami magnezu a roztworami wodnymi, ma znaczący wpływ na właściwości wytrzymałościowe stopów magnezu, prowadząc do ich obniżenia, co w konsekwencji może wywołać niespodziewane uszkodzenie implantu, poddanego obciążeniom znacznie mniejszym niż zakładana wytrzymałość materiału.
Głównym celem projektu jest identyfikacja zjawisk i mechanizmów zachodzących podczas wspomaganej wodorem korozji naprężeniowej wybranych stopów magnezu, stosowanych na biodegradowalne implanty w środowisku płynów fizjologicznych, oraz określenie roli składu chemicznego i mikrostruktury we wspominanych procesach i mechanizmach.
Projekt umożliwi zweryfikowanie i usystematyzowanie obecnego stanu wiedzy na temat wspomaganej wodorem korozji naprężeniowej wybranych stopów magnezu do zastosowań biomedycznych, pochodzących z trzech grup:
- stopów zawierających pierwiastki ziem rzadkich (WE43),
- stopów nie zawierających pierwiastków ziem rzadkich (ZX50)
- oraz stopów amorficznych (Mg Am35).
Pierwiastki ziem rzadkich mają negatywny wpływ na ludzki organizm, stąd szczególną uwagę poświęca się opracowywaniu nowych stopów, które nie zawierają tych pierwiastków, jak stop ZX50. Z kolei stopy amorficzne charakteryzują się bardzo wysoką wytrzymałością i odpornością na korozję, co czyni z nich obiecujących kandydatów do dalszych zastosowań w medycynie. Wymagają one jednak dalszych badań, również w obszarze korozji wspomaganej wodorem.
Materiał badawczy zostanie zróżnicowany zarówno pod względem składu chemicznego, jak i mikrostruktury – badane stopy zostaną poddane przeróbce nowoczesną metodą dużych odkształceń plastycznych KoBo, a degradacja ich właściwości wytrzymałościowych zostanie oceniona w warunkach stałego odkształcenia (SSRT) oraz zmęczenia niskocyklowego pod działaniem obciążeń mechanicznych w środowisku płynów fizjologicznych zawierających wodór i w obecności wybranych bakterii. Ta kompleksowa metoda badawcza pozwoli zasymulować rzeczywiste warunki pracy tych materiałów i pomoże lepiej zrozumieć procesy ich niszczenia w środowisku, zawierającym wodór. Badania zawartości wodoru i analiza mikrostruktury pozwolą na określenie roli wodoru w obniżaniu właściwości mechanicznych i przedwczesnym pękaniu badanych materiałów. Planowane jest również zbadanie zmian zawartości jonów w środowisku korozyjnym, odzwierciedlających emisję poszczególnych pierwiastków do organizmu ludzkiego podczas stopniowego rozkładu implantów.
Planowane badania powinny pozwolić na zidentyfikowanie zjawisk i mechanizmów korozji naprężeniowej oraz procesów degradacji wspomaganych wodorem w środowisku syntetycznych płynów fizjologicznych, ze szczególnym uwzględnieniem nowoczesnego stopu ZX50 i amorficznego szkła metalicznego Mg Am35. Określony zostanie również wpływ składu chemicznego i mikrostruktury na niszczenie wspomagane wodorem i zaproponowane zostaną sposoby ochrony przed tym zjawiskiem.
W ujęciu praktycznym, zaplanowane w projekcie badania pozwolą na weryfikację potencjału zmian strukturalnych, wywołanych metodą dużych odkształceń plastycznych KoBo, jako jednej z możliwości ochrony przed negatywnym wpływem wodoru poprzez podniesienie właściwości plastycznych badanych stopów.
