Korozní chování hořčíkových slitin z hlediska jejich aplikace v urologii

Abstract

Diplomová práce se zabývá studiem korozního chování vybraných hořčíkových slitin (AZ31, AZ91 a ZE41) s ohledem na jejich potenciální využití pro výrobu biodegradabilních ureterálních stentů. V teoretické části jsou shrnuty základní vlastnosti hořčíku a jeho slitin, mechanismy koroze a současný výzkum biodegradabilních stentů se zaměřením na Mg stenty. Pozornost je věnována také simulovaným (umělým) roztokům moči. Experimentální část se zaměřuje na ponorové testy v čase (6 hodin, 24 hodin, 3 dny, 7 dní, 10 dní, 14 dní, 1 měsíc) v roztocích umělé moči, přičemž byl samostatně studován vliv vybraných složek (fosforečnany, kyselina močová, kreatinin, sírany) na korozní odolnost Mg slitin. Charakterizace korozních produktů a povrchů vzorků byla provedena pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM) s energiově disperzní spektroskopií (EDS), infračervené spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR) a rentgenové difrakce (XRD). Korozní chování bylo dále posouzeno pomocí potenciodynamické polarizace (PDP) a elektrochemické impedanční spektroskopie (EIS). V roztocích AU vykazovala nejnižší korozní odolnost (nejvyšší hodnoty ikor) slitina ZE41, naopak nejlepší odolnost měla slitina AZ31 (nejnižší hodnoty ikor). Analýza SEM prokázala změnu morfologie povrchu slitin v čase, nejvýraznější změny prodělala slitina ZE41. Pomocí analýzy EDS byla prokázána pravděpodobná přítomnost fosforečnanů jako hlavních korozních produktů, konkrétně newberyitu (Mg(PO3OH)3H2O) nebo brushitu (CaHPO42H2O). Na každé ze slitin se po určitém čase vytvořil struvit (NH4MgPO46H2O), což bylo prokázáno analýzami EDS, FTIR a XRD. Ponorovými zkouškami a PDP bylo prokázáno, že fosforečnany zásadně zpomalují korozi Mg slitin. Mírný inhibiční efekt na korozi Mg slitin v roztocích AU měla také kyselina močová. U ostatních vybraných složek nebyl takto významný efekt prokázán.

The diploma thesis focuses on the study of the corrosion behaviour of selected magnesium alloys (AZ31, AZ91, and ZE41) with regard to their potential application for the production of biodegradable ureteral stents. The theoretical part summarizes the fundamental properties of magnesium and its alloys, corrosion mechanisms, and current research on biodegradable stents, with an emphasis on magnesium-based stents. Attention is also given to simulated (artificial) urine solutions. The experimental part focuses on immersion tests over time periods (6 hours, 24 hours, 3 days, 7 days, 10 days, 14 days and 1 month) in artificial urine solutions, with the separate study of the influence of selected components (phosphates, uric acid, creatinine, sulfates) on the corrosion resistance of magnesium alloys. The characterization of corrosion products and sample surfaces was performed using scanning electron microscopy (SEM) coupled with energy-dispersive spectroscopy (EDS), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and X-ray diffraction (XRD). Corrosion behavior was further assessed using potentiodynamic polarization (PDP) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). In artificial urine solutions, the ZE41 alloy exhibited the lowest corrosion resistance (highest icorr values), whereas the AZ31 alloy showed the best corrosion resistance (lowest icorr values). SEM analysis revealed changes in the surface morphology of the alloys over time, with the most pronounced changes observed for the ZE41 alloy. EDS analysis indicated the likely presence of phosphates as the main corrosion products, specifically newberyite (Mg(PO3OH)3H2O) or brushite (CaHPO42H2O). Over time, struvite (NH4MgPO46H2O) was formed on each of the alloys, as confirmed by EDS, FTIR, and XRD analyses. Immersion tests and PDP measurements demonstrated that phosphates significantly slow down the corrosion of magnesium alloys. A slight inhibitory effect on magnesium alloy corrosion was also observed for uric acid in artificial urine solutions. No such significant effect was detected for the other selected components.