[논문 리뷰] Influence of Heat Treatment on the Corrosion Behavior of Purified Magnesium and AZ31 Alloy

Sohrab Khalifeh, Thomas D. Burleigh|arXiv (Cornell University)|2017. 06. 27.

Magnesium Alloys: Properties and Applications참고 문헌 10인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 37°C에서 시뮬레이션 체액에서 고순도 마그네슘(HP-Mg)과 AZ31 합금의 부식 내성을 열처리가 어떻게 향상시키는지 조사한다. 온도와 처리 시간을 최적화함으로써 열처리는 HP-Mg의 부식 내성을 2배로, AZ31의 경우 10배로 향상시켰으며, 수소 기체 발생, 질량 손실, 전류보정 전압 분석(PDP), 전기화학적 임피던스 스펙트로스코피(EIS) 측정을 통해 확인되었다.

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.

연구 동기 및 목표

• 생리적 환경에서 마그네슘 및 그 합금의 빠른 부식으로 인해 생분해성 스텐트 등에의 응용이 제한되는 문제를 해결하기 위해.
• 열처리가 고순도 마그네슘(HP-Mg)과 AZ31 합금의 부식 속도를 감소시킬 수 있는지 조사하기 위해.
• 부식 내성을 최대화하는 데 최적의 열처리 조건(온도 및 시간)을 규명하기 위해.
• 37°C에서 시뮬레이션 체액에서 다수의 전기화학적 및 체중 측정 기법을 활용해 열처리의 효과를 평가하기 위해.

제안 방법

• 고순도 마그네슘(HP-Mg)과 AZ31 합금에 다양한 온도와 시간으로 열처리를 적용하였다.
• 부식 속도는 부식 중 수소 기체 방출량을 측정하여 평가하기 위해 수소 기체 발생 측정을 수행하였다.
• 시간 경과에 따라 질량 손실 측정을 실시하여 부식으로 인한 질량 감소를 확인하였다.
• 부식 전류 밀도 및 전기화학적 반응 동역학을 측정하기 위해 전압 보정 전압 분석(PDP)을 사용하였다.
• 전하 이동 저항 및 계면 특성을 분석하기 위해 전기화학적 임피던스 스펙트로스코피(EIS)를 활용하였다.
• 모든 시험은 생리적 조건을 모의하기 위해 37°C에서 시뮬레이션 체액(SBF)에서 수행되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 열처리는 시뮬레이션 체액에서 고순도 마그네슘의 부식 속도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 열처리로 AZ31 합금의 부식 속도는 생리적 환경에서 얼마나 감소할 수 있는가?
• RQ3 HP-Mg와 AZ31에서 부식 내성을 최대화하는 데 최적의 열처리 조건(온도 및 시간)은 무엇인가?
• RQ4 수소 기체 발생, 질량 손실, PDP 및 EIS 측정 결과는 열처리된 마그네슘 및 AZ31의 부식 거동 평가에서 어떻게 상관관계가 있는가?

주요 결과

• 열처리로 고순도 마그네슘(HP-Mg)의 부식 내성이 미처리 표본 대비 2배 향상되었다.
• AZ31 합금의 경우 열처리로 부식 내성이 10배 향상되어 부식 속도가 뚜렷이 감소하였다.
• 수소 기체 발생 측정 결과, 열처리 후 수소 기체 방출이 현저히 감소하여 부식 활성도가 낮아진 것으로 확인되었다.
• 질량 손실 데이터는 열처리 후 HP-Mg와 AZ31 양쪽 모두에서 질량 감소가 일관되게 감소한 것으로 나타났다.
• PDP 결과는 열처리된 표본에서 부식 전류 밀도가 낮아져 전기화학적 부식 속도가 감소한 것으로 확인되었다.
• EIS 분석 결과 열처리된 표본에서 전하 이동 저항이 증가하여 더 보호성 있는 표면층이 형성된 것으로 나타났다.