[論文レビュー] Influence of Heat Treatment on the Corrosion Behavior of Purified Magnesium and AZ31 Alloy

Sohrab Khalifeh, Thomas D. Burleigh|arXiv (Cornell University)|Jun 27, 2017

Magnesium Alloys: Properties and Applications参考文献 10被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、37°Cのシミュレートされた体液中における高純度マグネシウム（HP-Mg）およびAZ31合金の腐食抵抗性向上に、熱処理が与える影響を調査した。温度と処理時間の最適化により、熱処理はHP-Mgの腐食抵抗性を2倍、AZ31の腐食抵抗性を10倍に向上させた。水素発生量、重量損失、ポテンシオダイナミックポラリゼーション（PDP）、電化学インピーダンススペクトロスコピー（EIS）測定により確認された。

ABSTRACT

Magnesium and its alloys are ideal for biodegradable implants due to their biocompatibility and their low-stress shielding. However, they can corrode too rapidly in the biological environment. The objective of this research was to develop heat treatments to slow the corrosion of high purified magnesium and AZ31 alloy in simulated body fluid at 37°C. Heat treatments were performed at different temperatures and times. Hydrogen evolution, weight loss, PDP, and EIS methods were used to measure the corrosion rates. Results show that heat treating can increase the corrosion resistance of HP-Mg by 2x and AZ31 by 10x.

研究の動機と目的

• 生体環境下におけるマグネシウムおよびその合金の急速な腐食が、生分解性インプラントの利用を制限するための課題を解決すること。
• 熱処理が高純度マグネシウム（HP-Mg）およびAZ31合金の腐食速度を低減できるかどうかを調査すること。
• 腐食抵抗性を最大限に高めるために最適な熱処理パラメータ（温度および時間）を同定すること。
• 37°Cのシミュレートされた体液を用いた、複数の電気化学的および重量測定法を用いて、熱処理の有効性を評価すること。

提案手法

• 高純度マグネシウム（HP-Mg）およびAZ31合金に、異なる温度および時間で熱処理を施した。
• 腐食速度は、腐食中に発生する水素ガスの発生量を測定することで定量した。
• 時間経過に伴う重量損失測定を実施し、腐食による質量損失を評価した。
• ポテンシオダイナミックポラリゼーション（PDP）を用いて、腐食電流密度および電気化学的反応速度を測定した。
• 電化学インピーダンススペクトロスコピー（EIS）を用いて、電荷移動抵抗および界面特性を分析した。
• すべての試験は、生体環境を模倣するため、37°Cのシミュレートされた体液（SBF）で実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 熱処理は、シミュレートされた体液中における高純度マグネシウムの腐食速度にどのように影響するか？
• RQ2 熱処理は、生体環境下におけるAZ31合金の腐食速度をどの程度低減できるか？
• RQ3 HP-MgおよびAZ31の腐食抵抗性を最大限に高めるために最適な熱処理パラメータ（温度および時間）は何か？
• RQ4 水素発生量、重量損失、PDP、EISの測定結果は、熱処理を施したMgおよびAZ31の腐食挙動を評価する上で、どのように相関するか？

主な発見

• 熱処理により、未処理試料と比較して高純度マグネシウム（HP-Mg）の腐食抵抗性が2倍に向上した。
• AZ31合金では、熱処理により腐食抵抗性が10倍に向上し、腐食速度が顕著に低減した。
• 水素発生量測定により、熱処理後、水素ガス発生量が著しく減少したことが確認され、腐食活動の低減が示された。
• 重量損失データから、HP-MgおよびAZ31両材料において、熱処理後の質量損失が一貫してかつ顕著に減少した。
• PDP測定結果から、熱処理試料の腐食電流密度が低く抑えられ、電気化学的腐食速度の低減が確認された。
• EIS解析により、熱処理試料では電荷移動抵抗が増加しており、より保護性の高い表面層が形成されていることが示された。