Syntéza duplexních MgAl-LDH vrstev na Mg substrátu s cílem zvýšení jeho korozní odolnosti
Loading...
Date
Authors
Kubíček, Kryštof
ORCID
Advisor
Referee
Mark
C
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Tato bakalářská práce se zaměřuje na přípravu a hodnocení vrstevnatých podvojných hydroxidů (LDH) na bázi MgAl, aplikovaných na hořčíkové substráty vyrobené práškovou metalurgií. hořčík a jeho slitiny se v posledních letech jeví jako mimořádně slibné materiály pro použití v oblasti biomedicínských implantátů, zejména díky své nízké hustotě, biokompatibilitě, mechanickým vlastnostem podobným lidské kosti a schopnosti biodegradace. Teoretická část práce se věnuje vlastnostem hořčíku a jeho slitin, jejich využití v biomedicíně, mechanismům koroze v tělním prostředí a možnostem povrchové úpravy včetně aplikace vrstevnatých podvojných hydroxidů (LDH), se zvláštním důrazem na jejich strukturu, funkci a způsoby syntézy. Experimentální část se zabývá syntézou a následnou charakterizací LDH povlaků pomocí hydrotermální syntézy s cílem zlepšení korozní odolnosti hořčíku v prostředí simulující tělesné tekutiny. Povrchy vzorků byly charakterizovány metodami rastrovací elektronové mikroskopie (SEM) a z hlediska prvkového složení metodou energiově disperzní spektroskopie (EDS). Bylo zjištěno, že LDH mezivrstva dosahuje tloušťky 0,5 µm a tloušťka duplexní LDH vrstvy dosahuje tloušťky až 1 µm. Nárůst tloušťky LDH vrstvy vedl ke zlepšení korozního chování. Korozní chování bylo vyhodnoceno pomocí potenciodynamické polarizace v Hankově roztoku. Výsledky ukázaly, že aplikací LDH mezivrstvy došlo ke zlepšení korozního chování, kdy došlo k nárůstu potenciálu Ecorr z -1552 mV na -1381 mV a došlo k poklesu korozní proudové hustoty icorr z 55,52 µA·cm-2 na 0,844 µA·cm-2. Následnou depozicí svrchní LDH vrstvy došlo k dalšímu nárůstu Ecorr na -1343 mV za současného poklesu icorr o jeden řád na hodnotu 0,099 µA·cm-2.
This bachelor’s thesis focuses on the preparation and evaluation of layered double hydroxides (LDHs) based on MgAl, applied to magnesium substrates produced by powder metallurgy. In recent years, magnesium and its alloys have proven to be highly promising materials for use in biomedical implants, primarily due to their low density, biocompatibility, mechanical properties similar to human bone, and biodegradability. The theoretical part of the thesis is dedicated to the properties of magnesium and its alloys, their use in biomedicine, corrosion mechanisms in physiological environments, and surface treatment options, including the application of LDH coatings—with special emphasis on their structure, function, and synthesis methods. The experimental part deals with the synthesis and subsequent characterization of LDH coatings using the hydrothermal synthesis method, with the aim of improving the corrosion resistance of magnesium in a simulated body fluid environment. The sample surfaces were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and, in terms of elemental composition, by energy-dispersive spectroscopy (EDS). It was found that the intermediate LDH layer reached a thickness of 0.5 µm, while the duplex LDH layer reached up to 1 µm. An increase in the LDH layer thickness led to improved corrosion behavior. Corrosion behavior was evaluated using potentiodynamic polarization in Hank’s solution. The results showed that the application of the intermediate LDH layer improved corrosion resistance, as the corrosion potential (Ecorr) increased from -1552 mV to -1381 mV, and the corrosion current density (icorr) decreased from 55.52 µA·cm to 0.844 µA·cm . Subsequent deposition of the upper LDH layer further increased Ecorr to -1343 mV while simultaneously reducing icorr by an order of magnitude to 0.099 µA·cm .
This bachelor’s thesis focuses on the preparation and evaluation of layered double hydroxides (LDHs) based on MgAl, applied to magnesium substrates produced by powder metallurgy. In recent years, magnesium and its alloys have proven to be highly promising materials for use in biomedical implants, primarily due to their low density, biocompatibility, mechanical properties similar to human bone, and biodegradability. The theoretical part of the thesis is dedicated to the properties of magnesium and its alloys, their use in biomedicine, corrosion mechanisms in physiological environments, and surface treatment options, including the application of LDH coatings—with special emphasis on their structure, function, and synthesis methods. The experimental part deals with the synthesis and subsequent characterization of LDH coatings using the hydrothermal synthesis method, with the aim of improving the corrosion resistance of magnesium in a simulated body fluid environment. The sample surfaces were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and, in terms of elemental composition, by energy-dispersive spectroscopy (EDS). It was found that the intermediate LDH layer reached a thickness of 0.5 µm, while the duplex LDH layer reached up to 1 µm. An increase in the LDH layer thickness led to improved corrosion behavior. Corrosion behavior was evaluated using potentiodynamic polarization in Hank’s solution. The results showed that the application of the intermediate LDH layer improved corrosion resistance, as the corrosion potential (Ecorr) increased from -1552 mV to -1381 mV, and the corrosion current density (icorr) decreased from 55.52 µA·cm to 0.844 µA·cm . Subsequent deposition of the upper LDH layer further increased Ecorr to -1343 mV while simultaneously reducing icorr by an order of magnitude to 0.099 µA·cm .
Description
Citation
KUBÍČEK, K. Syntéza duplexních MgAl-LDH vrstev na Mg substrátu s cílem zvýšení jeho korozní odolnosti [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2025.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
bez specializace
Comittee
doc. Ing. František Šoukal, Ph.D. (předseda)
prof. RNDr. Josef Jančář, CSc. (člen)
prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ladislav Omelka, DrSc. (člen)
doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jaromír Wasserbauer, Ph.D. (člen)
Ing. Lucie Keršnerová, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2025-06-16
Defence
Student obhajoval práci Syntéza duplexních MgAl-LDH vrstev na Mg substrátu s cílem zvýšení jeho korozní odolnosti. Při prezentaci představil nejdříve problematiku slitin hořčíku, jeho biodegrabilitu, výhodyy zpracování práškových materiálů, LDH vrstev. U experimentální části popsal postup přípravy vzorků, postupný vývoj metody nanášení. Při prezentaci výsledků začal výsledky strukturní analýzy LDH mezivrstvy, změny jejího složení v průběhu vývoje metody, hodnocení koroze a korozního potenciálu. po shrnutí výsledků odpovídal na otázkyy oponenta:
1) Autor prezentuje výsledky korozních testů na obrázcích 26 a 27, nicméně závěry z nich vyplývající jsou v rozporu. Může autor objasnit, zda se korozní odolnost skutečně zlepšila po aplikaci druhé LDH vrstvy, a pokud tomu tak není, jak tuto skutečnost interpretuje?
2) Na obrázku 26a jsou viditelné bílé korozní produkty. Autor předpokládá, že jde výlučně o Mg(OH)2, ale vzhledem k použití Hankova roztoku to není pravděpodobné. Mohl by autor specifikovat, jaké další korozní produkty by mohly připadat v úvahu? Jak autor vysvětluje, že naměřil po korozi Mg matrice pH roztoku 6,9?
3) Autor zjistil, že uhličitany jsou nezbytné pro vznik svrchní vrstvy LDH povlaku. Jakou funkci tedy uhličitany plní při jejím formování?
Po zodpovězení otázek oponenta diplomant odpovídal na otázky komise?
1) Napadá Vás ještě něco co může ovlivnit reakce kromě hodnoty pH.
2) Jak ovlivňují anionty korozi při substituci?
Student na položené otázky student dobře odpověděl.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení