Síntesis y evaluación de recubrimientos base fluoruro empleando fuentes alternativas al HF sobre la aleación Elektron 21 para la fabricación de implantes ortopédicos biodegradables
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Universidad Industrial de Santander
Abstract
Description
Magnesium has been postulated as an excellent candidate for fabrication of biodegradable implants because of its degradability, biocompatibility and excellent mechanical properties comparable to bone’s those. Nevertheless, its high corrosion rate represents a great disadvantage, allowing the approach of modifying its electrochemical behaviour by the design of biodegradable coatings. In this regard, the most common synthesis route employed is chemical conversion in HF (up to 48%v) to produce biodegradable magnesium fluoride coatings. However, it is well known that HF is an extremely hazardous acid. Thus, one of the main targets is to find other alternative routes to avoid its use or, at least, to reduce its concentration. In the present investigation HF(4%v) -NaF and H3PO4-NaF solutions were evaluated as alternatives of the HF route to produce biodegradable coatings on the Elektron 21 magnesium alloy. Characterization of the conversion coatings was carried out by scanning electron microscopy and X-ray diffraction, whereas their corrosion resistance was evaluated by electrochemical and gravimetric measurements in Hank solution at 37°C. The results showed that the addition of NaF to the reactive solution promotes the formation of a double layer of MgF2-x(OH)x/NaMgF3. The presence of the NaMgF3 prevents the pitting corrosion attack of the coating/alloy system and leads a more uniform degradation mechanism. Particularly, the coating synthesized using H3PO4 1.6%v-NaF 0.5M solution exhibited an excellent electrochemical behaviour, better that obtained employing HF solutions so that, it might be proposed as excellent candidate to replace the HF in the synthesis of biodegradable coatings.
Na atualidade, postularam-se ligas de magnésio como uma alternativa promissora na fabricação de implantes biodegradáveis por sua excelente degradabilidade, biocompatibilidade e propriedades mecânicas comparáveis às do osso. No entanto, sua elevada taxa de corrosão precisa a elaboração de revestimentos biodegradáveis, entre os quais destacam-se os sintetizados por conversão química em meio HF (até 48%v). Porém, a utilização deste ácido gera grandes problemas em termos de segurança, pois é altamente tóxico. Isso leva à necessidade de encontrar formas alternativas para substituir o ácido ou limitar sua utilização em pequenas quantidades. Neste trabalho foram avaliados misturas HF (4%v) -NaF e H3PO4-NaF como alternativas ao uso do HF na síntese de recobrimentos biodegradáveis na liga de magnésio Elektron 21. A caracterização microestrutural dos revestimentos foi realizada por microscopia eletrônica de varredura e difração de raios X, enquanto a resistência à corrosão foi avaliada por testes electroquímicos e gravimétricos em solução de Hank a 27°C. Os resultados mostraram que na presença de NaF, os recobrimentos sintetizados são constituídos de uma bicamada MgF2-x(OH)x/NaMgF3, onde a presença de NaMgF3 impede a corrosão localizada, causando que a degradação dos revestimentos seja uniforme e progressiva. Especialmente, os recobrimentos sintetizados sob a condição H3PO4 1,6%v-NaF 0,5M mostraram excelente desempenho, superiores aos obtidos com a utilização do HF, portanto são recomendados como excelentes candidatos para a substituição imediata desse ácido.
En la actualidad se han postulado las aleaciones de magnesio como una alternativa prometedora en la fabricación de implantes biodegradables debido a su excelente degradabilidad, biocompatibilidad y propiedades mecánicas comparables a las del hueso; sin embargo, su elevada velocidad de corrosión hace necesario el diseño de recubrimientos biodegradables, entre los que se destaca aquellos sintetizados por conversión química en medio HF(hasta 48%v). No obstante, el empleo de este ácido genera grandes problemas en términos de seguridad, ya que es altamente tóxico. Surge entonces la necesidad de hallar vías alternativas que permitan sustituir dicho ácido o limitar su uso a cantidades reducidas. En el presente trabajo se evaluaron mezclas HF (4%v) -NaF y H3PO4-NaF como alternativas al empleo de HF en la síntesis de recubrimientos biodegradables sobre la aleación de magnesio Elektron 21. La caracterización microestructural de los recubrimientos se realizó mediante microscopía electrónica de barrido y difracción de rayos X, mientras que la resistencia a la corrosión se evaluó mediante ensayos electroquímicos y gravimétricos en solución Hank a 27°C. Los resultados mostraron que en presencia de NaF, los recubrimientos sintetizados están constituidos por una bicapa MgF2-x(OH)x/NaMgF3, donde la presencia de NaMgF3 evita el ataque localizado por picadura, haciendo que el proceso de degradación de los recubrimientos sea uniforme y progresivo. Particularmente, los recubrimientos sintetizados bajo la condición H3PO4 1,6%v-NaF 0,5M mostraron un excelente comportamiento, superior a los obtenidos con el empleo de HF, por lo que se postulan como excelentes candidatos para el reemplazo inmediato de este ácido.
Na atualidade, postularam-se ligas de magnésio como uma alternativa promissora na fabricação de implantes biodegradáveis por sua excelente degradabilidade, biocompatibilidade e propriedades mecânicas comparáveis às do osso. No entanto, sua elevada taxa de corrosão precisa a elaboração de revestimentos biodegradáveis, entre os quais destacam-se os sintetizados por conversão química em meio HF (até 48%v). Porém, a utilização deste ácido gera grandes problemas em termos de segurança, pois é altamente tóxico. Isso leva à necessidade de encontrar formas alternativas para substituir o ácido ou limitar sua utilização em pequenas quantidades. Neste trabalho foram avaliados misturas HF (4%v) -NaF e H3PO4-NaF como alternativas ao uso do HF na síntese de recobrimentos biodegradáveis na liga de magnésio Elektron 21. A caracterização microestrutural dos revestimentos foi realizada por microscopia eletrônica de varredura e difração de raios X, enquanto a resistência à corrosão foi avaliada por testes electroquímicos e gravimétricos em solução de Hank a 27°C. Os resultados mostraram que na presença de NaF, os recobrimentos sintetizados são constituídos de uma bicamada MgF2-x(OH)x/NaMgF3, onde a presença de NaMgF3 impede a corrosão localizada, causando que a degradação dos revestimentos seja uniforme e progressiva. Especialmente, os recobrimentos sintetizados sob a condição H3PO4 1,6%v-NaF 0,5M mostraram excelente desempenho, superiores aos obtidos com a utilização do HF, portanto são recomendados como excelentes candidatos para a substituição imediata desse ácido.
En la actualidad se han postulado las aleaciones de magnesio como una alternativa prometedora en la fabricación de implantes biodegradables debido a su excelente degradabilidad, biocompatibilidad y propiedades mecánicas comparables a las del hueso; sin embargo, su elevada velocidad de corrosión hace necesario el diseño de recubrimientos biodegradables, entre los que se destaca aquellos sintetizados por conversión química en medio HF(hasta 48%v). No obstante, el empleo de este ácido genera grandes problemas en términos de seguridad, ya que es altamente tóxico. Surge entonces la necesidad de hallar vías alternativas que permitan sustituir dicho ácido o limitar su uso a cantidades reducidas. En el presente trabajo se evaluaron mezclas HF (4%v) -NaF y H3PO4-NaF como alternativas al empleo de HF en la síntesis de recubrimientos biodegradables sobre la aleación de magnesio Elektron 21. La caracterización microestructural de los recubrimientos se realizó mediante microscopía electrónica de barrido y difracción de rayos X, mientras que la resistencia a la corrosión se evaluó mediante ensayos electroquímicos y gravimétricos en solución Hank a 27°C. Los resultados mostraron que en presencia de NaF, los recubrimientos sintetizados están constituidos por una bicapa MgF2-x(OH)x/NaMgF3, donde la presencia de NaMgF3 evita el ataque localizado por picadura, haciendo que el proceso de degradación de los recubrimientos sea uniforme y progresivo. Particularmente, los recubrimientos sintetizados bajo la condición H3PO4 1,6%v-NaF 0,5M mostraron un excelente comportamiento, superior a los obtenidos con el empleo de HF, por lo que se postulan como excelentes candidatos para el reemplazo inmediato de este ácido.
Keywords
Coating, Alloy, Magnesium, Orthopedic Implants, Biodegradable, Corrosion., Recubrimientos, Aleación, Magnesio, Implantes Ortopédicos, Biodegradable, Corrosión., Revestimentos, Liga, Magnésio, Implantes Ortopédicos, Biodegradáveis, Corrosão.