Role glukosy a glukonové kyseliny v korozním chování hořčíkové slitiny AZ31
Loading...
Date
Authors
Kolařík, Václav
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Předmětem diplomové práce bylo studium korozního chování hořčíkové slitiny AZ31 v roztoku NaCl s obsahem glukosy a glukonové kyseliny z důvodu bližšího porozumění interakcím s tělními tekutinami při potenciálním použití hořčíkových materiálů v oblasti biodegradabilních implantátů. Koncentrační vliv glukosy a glukonové kyseliny na korozi slitiny byl definován pomocí potenciodynamické polarizace (OCP 1 a 24 h) a ponorových zkoušek (7 d) v 0,15M NaCl. Charakterizace vrstev korozních produktů z hlediska morfologie a chemického složení proběhla skrze metody SEM-EDS a FTIR. Nejlepší výsledky byly pozorovány u vysokých koncentrací glukosy i glukonátu (20 g/l a 1000 mg/l) z hlediska nejnižších hodnot ikor, přičemž 1 g/l glukosy prokazatelně zvyšoval korozní rychlost slitiny. Korozní produkty u všech vzorků byly tvořeny majoritně Mg(OH)2, avšak glukosa, resp. glukonát, měly dopad na morfologii povrchových vrstev. Analýza EDS uvedla rostoucí podíl uhlíku s koncentrací obou látek, což v případě glukosy indikuje vznik glukonové kyseliny (glukonátu). Tento předpoklad byl v souladu s výsledky FTIR analýzy, které naznačily adsorpci glukonátu. Na základě tohoto předpokladu byla analyzován korozní prostředí pomocí iontové chromatografie s cílem dokázat a kvantifikovat produkt chemické oxidace glukosy – glukonát. Součástí bylo i pozorování vlivu glukosy na mikrobiální aktivitu mikroorganismů v nepřítomnosti biocidní látky NaN3, které byla z tohoto důvodu součástí veškerých korozních testů. Byla zjištěna téměř lineární závislost růstu množství vzniklého glukonátu s koncentrací glukosy. Glukosa rovněž vytváří příhodné prostředí pro mikrobiální aktivitu, což má dopad na korozní chování slitiny AZ31.
The subject of the thesis was to study the corrosion behaviour of magnesium alloy AZ31 in NaCl solution containing glucose and gluconic acid in order to further understand the interactions with body fluids in the potential use of magnesium materials in the field of biodegradable implants. The concentration effect of glucose and gluconic acid on alloy corrosion was defined by potentiodynamic polarization (OCP 1 and 24 h) and immersion tests (7 d) in 0.15M NaCl. The characterization of the corrosion product layers in terms of morphology and chemical composition was carried out through SEM-EDS and FTIR methods. The best results were observed for high concentrations of both glucose and gluconate (20 g/l and 1000 mg/l) in terms of the lowest corrosion rates, with 1 g/l glucose proving to increase the corrosion rate of the alloy. The corrosion products in all samples were mainly composed of Mg(OH)2, but glucose and gluconate had an impact on the morphology of the surface layers, respectively. EDS analysis indicated an increasing proportion of carbon with the concentration of both substances, indicating the formation of gluconic acid (gluconate) in the case of glucose. This assumption was in agreement with the results of FTIR analysis which indicated the adsorption of gluconate. Based on this assumption, the corrosive environment was analyzed by ion chromatography to prove and quantify the glucose chemical oxidation product, gluconate. Observation of the effect of glucose on microbial activity in the absence of the biocide NaN3 was also included in all corrosion tests for this reason. An almost linear dependence of the increase in the amount of gluconate formed with the glucose concentration was found. Glucose also creates a favourable environment for microbial activity, which has an impact on the corrosion behaviour of AZ31 alloy.
The subject of the thesis was to study the corrosion behaviour of magnesium alloy AZ31 in NaCl solution containing glucose and gluconic acid in order to further understand the interactions with body fluids in the potential use of magnesium materials in the field of biodegradable implants. The concentration effect of glucose and gluconic acid on alloy corrosion was defined by potentiodynamic polarization (OCP 1 and 24 h) and immersion tests (7 d) in 0.15M NaCl. The characterization of the corrosion product layers in terms of morphology and chemical composition was carried out through SEM-EDS and FTIR methods. The best results were observed for high concentrations of both glucose and gluconate (20 g/l and 1000 mg/l) in terms of the lowest corrosion rates, with 1 g/l glucose proving to increase the corrosion rate of the alloy. The corrosion products in all samples were mainly composed of Mg(OH)2, but glucose and gluconate had an impact on the morphology of the surface layers, respectively. EDS analysis indicated an increasing proportion of carbon with the concentration of both substances, indicating the formation of gluconic acid (gluconate) in the case of glucose. This assumption was in agreement with the results of FTIR analysis which indicated the adsorption of gluconate. Based on this assumption, the corrosive environment was analyzed by ion chromatography to prove and quantify the glucose chemical oxidation product, gluconate. Observation of the effect of glucose on microbial activity in the absence of the biocide NaN3 was also included in all corrosion tests for this reason. An almost linear dependence of the increase in the amount of gluconate formed with the glucose concentration was found. Glucose also creates a favourable environment for microbial activity, which has an impact on the corrosion behaviour of AZ31 alloy.
Description
Citation
KOLAŘÍK, V. Role glukosy a glukonové kyseliny v korozním chování hořčíkové slitiny AZ31 [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. Ing. Jaromír Havlica, DrSc. (člen)
prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Pác (člen)
Ing. Jiří Lerch (člen)
prof. RNDr. Josef Jančář, CSc. (člen)
Date of acceptance
2025-06-02
Defence
Diplomant prezentoval práci na tém Role glukosy a glukonové kyseliny v korozním chování hořčíkové slitiny AZ31. Při prezentaci nejdříve popsal problematiku hořčíkových slitin a vliv korozního prostředí. V rámci výsledků se zabýval nejdříve průběhem testů a popisu vzorků. Následně ukázal výsledky potenciodynamické polarizace, SEM-EDS, FTIR, IC, analýzy korozního prostředí. Po závěrečném shrnutí výsledků přešel student k otázkám oponenta:
1) Čím si vysvětlujete, že u potenciodynamických měření s glukózou (Obr. 11) byla naměřena nejvyšší korozní proudová hustota (a tím nejhorší korozí chování) právě při koncentraci glukózy 1 g/l a nedocházelo k nárůstu míry korozního napadení s rostoucí koncentrací, tak, jak uvádí literatura?
2) Na Obr. 21, potažmo i 20, uvádíte povrchy po korozi. Z morfologického hlediska se na povrchu nachází vždy při rozdílných podmínkách rozdílné útvary. Jedná se vždy o tutéž fázi anebo se jedná o rozdílné fáze – hydroxidy, uhličitany, glukonáty apod.?
3) Dá se na základě poznatků a Vašich výsledků předpokládat, že obdobné korozní chování by nastalo i v případě jiných sacharidů? Jak by tomu bylo v případě pentóz a jak v případě složitějších polysacharidů?
Po zodpovězení otázek komise položila tyto otázky:
1) Co je katodická reakce?
2) Co nahrazuje hořčík z korozního produktu aby byyla struktura neutrální?
Na všechny otázky student výborně odpověděl.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení