Коррозионная стойкость магниевого сплава с цинковым покрытием, нанесенным методом магнетронного распыления
DOI:
https://doi.org/10.54708/26587572_2026_822529Ключевые слова:
магниевый сплав, цинковое покрытие, катодное покрытие, магнетронное распыление, биодеградируемость, коррозияАннотация
Магний является одним из перспективных материалов для биодеградируемых имплантатов. Однако этот металл и сплавы на его основе обладают значительным недостатком, препятствующим их применению в медицине. Скорость растворения магния не позволяет использовать изделия на его основе в качестве имплантатов. Повышенная скорость коррозии не обеспечивает необходимый срок эксплуатации сплавов из-за преждевременного разрушения изделия. Нарушение целостности имплантата не обеспечивает необходимых прочностных характеристик, вследствие чего возникает вероятность повторной деформации костной ткани. Для устранения этого недостатка помимо легирования и деформационной обработки материала применяется методика нанесения защитного покрытия. Покрытие направлено на снижение коррозионной активности магниевого сплава, выступающего в качестве подложки. Защитный слой наносился методом магнетронного распыления в вакууме. Испытания проводили в растворе Рингера, коррозионную активность исследовали по интенсивности выделения водорода при растворении образцов с последующим определением скорости коррозии. По результатам исследований показано, что цинковое покрытие, нанесенное методом магнетронного распыления в вакууме, имеет характер подповерхностного разрушения. Подобранные режимы напыления значительно влияют на толщину получаемых пленок, за счет которой изменяются коррозионные свойства покрытия. Напыление цинка на магний дает краткосрочную защиту за счет барьерного эффекта и катодного действия цинка, что представляет интерес для медицинского применения.Библиографические ссылки
Nochovnaya N.A., Ivanov V.I., Alekseev E.B., Kochetkov A.S. Ways of optimizing the properties of alloys based on titanium intermetallides // Aviation materials and technologies. S, 196–206 (2012). (In Russian) [Ночовная Н.А., Иванов В.И., Алексеев Е.Б., Кочетков А.С. Пути оптимизации эксплуатационных свойств на основе интерметаллидов титана // Авиационные материалы и технологии. S, 196–206 (2012)].
Sudarchikova М. А., Morozova Ya. А., Mikhlik S. А., et al. Study of the corrosion properties and biocompatibility of the Ti-38Zr-9Nb titanium alloy for medical applications // Materials. Technologies. Design., 3(22), 59–76 (2025). (In Russian) [Сударчикова М.А., Морозова Я.А., Михлик С.А. и др. Исследование коррозионных свойств и биосовместимости титанового сплава Ti-38Zr-9Nb медицинского назначения // Materials. Technologies. Design. 3(22), 59–76 (2025)].
Churakova А.А., Vorobiev E.V., Iskhakova E.I. Study of the corrosion resistance of Ti-50.2 at. % Ni alloy in a weakly concentrated solution of hydrochloric acid // Materials. Technologies. Design. 1(20), 66–79 (2025). (In Russian) [Чуракова А.А., Воробьев Е.В., Исхакова Э.И. Исследование коррозионной стойкости сплава Ti-50,2 ат.% Ni в слабоконцентрированном растворе соляной кислоты // Materials. Technologies. Design. 1(20), 66–79 (2025)]. https://doi.org/10.54708/26587572_2025_712066.
Myagkikh P.N., Merson E.D., Poluyanov V.A., et al. The influence of grain size on the corrosion characteristics of ZX10 biodegradable magnesium alloy in Hanks’ solution // Materials. Technologies. Design. 4(23), 65–75 (2025). (In Russian) [Мягких П.Н., Мерсон Е.Д., Полуянов В.А. и др. Влияние размера зерна на особенности коррозионного процесса биорезорбируемого сплава ZX10 в растворе Хэнкса // Materials. Technologies. Design. 4(23), 65–75 (2025)].
Martynenko N.S., Temralieva D.R, Chistyukhina E.I, et al. Improving mechanical properties of pure Zn by alloying with Mg and Zr and subsequent equalchannel angular pressing // Materials. Technologies. Design. 1(24), 32–43 (2026). (In Russian) [Мартыненко Н.С., Темралиева Д.Р., Чистюхина Э.И. и др. Улучшение механических характеристик чистого Zn путем легирования Mg и Zr и последующего равноканального углового прессования // Materials. Technologies. Design. 1 (24), 32–43 (2026)].
Zheng Y.F., Gu X.N., Witte F. Biodegradable metals // Materials Science and Engineering: R: Reports. 77, 1–34 (2014). https://doi.org/10.1016/j.mser.2014.01.001.
Hedayati R., Ahmadi S.M., Lietaert K., et.al. Fatigue and quasi-static mechanical behavior of bio-degradable porous biomaterials based on magnesium alloys // Journal of Biomedical Materials Research A. 106(7), 1798–1811 (2018) https://doi.org/10.1002/jbm.a.36380.
Witte F., Hort N., Vogt C. et al. Degradable biomaterials based on magnesium corrosion // Current Opinion in Solid State and Material Science. 12(5–6), 63–72 (2008). https://doi.org/10.1016/j.cossms.2009.04.001.
Volkov D.A., Leonov A.A., Mukhina I.Yu., Uridia Z.P. Potential applications of biodegradable magnesium alloys (review) // Trudy VIAM. 3(75), 35–43 (2019). (In Russian) [Волков Д.А., Леонов А.А., Мухина И.Ю., Уридия З.П. Потенциал применения биоразлагаемых магниевых сплавов (обзор) // Труды ВИАМ. 3(75), 35–43 (2019)]. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2019-0-3-35-43.
Frolova T.S., Boykov A.A., Tarkova A.R., et al. Investigation of the cytotoxic effects of magnesium alloys on cell cultures // Patologiya Krovoobrashcheniya i Kardiokhirurgiya. 23(3), 22–29 (2019). (In Russian) [Фролова Т.С., Бойков А.А., Таркова А.Р. и др. Исследование цитотоксического эффекта магниевых сплавов на клеточные культуры // Патология кровообращения и кардиохирургия. 23(3), 22–29 (2019)]. http://dx.doi.org/10.21688/1681-3472-2019-3-22-29.
Khudododova G.D., Kulyasova O.B., Nafikov R.K., Islamgaliev R.K. The structure and mechanical properties of biomedical magnesium alloy Mg–1%Zn–0.2%Ca // Frontier Materials & Technologies. 2, 105–112 (2022). (In Russian) Худододова Г.Д., Кулясова О.Б., Нафиков Р.К., Исламгалиев Р.К. Структура и механические свойства биомедицинского магниевого сплава Mg–1%Zn–0,2%Ca // Frontier Materials & Technologies. 2, 105–112 (2022). https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-105-112.
Shi X., Li W., Hu W., et al. Effect of ECAP on the microstructure and mechanical properties of a rolled Mg-2Y-0.6Nd-0.6Zr magnesium alloy // Crystals. 9, art. no. 586 (2019). https://doi.org/10.3390/cryst9110586.
Song G. Control of biodegradation of biocompatible magnesium alloys // Corrosion Science. 49, 1696–1701 (2007).
Hornberger H., Virtanen S., Boccaccini A.R. Biomedical coatings on magnesium alloys –A review // Acta Biomaterialia. 7, 2442–2455 (2012). https://doi.org/10.1016/j.actbio.2012.04.012.
Vasilev E.V., Kopylov V.I., Linderov M.L., et al. High strength and fatigue properties of Mg-Zn-Ca alloys after severe plastic deformation // Letters on Materials. 9(2), 157–161 (2019). (In Russian) [Васильев Е.В., Копылов В.И., Линдеров М.Л. и др. Повышение прочностных и усталостных свойств Mg-Zn-Ca сплавов с помощью методов интенсивной пластической деформации // Письма о материалах. 9(2), 157–161 (2019)]. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-2-157-161.
Khudododova G.D, Ishmukhametova G.M., Kulyasova O.B, et al. Corrosion resistance of ultrafinegrained Mg-1Zn and Mg-1Zn-0.2Ca magnesium alloys subjected to high pressure torsion // Materials. Technologies. Design. 4(19), 21–28 (2024). (In Russian) [Худододова Г.Д., Ишмухаметова Г.М., Кулясова О.Б. и др. Коррозионная стойкость магниевых сплавов Mg-1Zn и Mg-1Zn -0,2Ca, подвергнутых интенсивной пластической деформации кручением // Materials. Technologies. Design. 4(19), 21–28 (2024)]. https://doi.org/10.54708/26587572_2024_641921.
Feyerabend F., Fischer J., Holtz J., et al. Evaluation of short-term effects of rare earth and other elements used in magnesium alloys on primary cells and cell lines // Acta Biomaterialia. 6(5), 1834-42 (2010). https://doi.org/10.1016/j.actbio.2009.09.024.
Aksenov D.A., Fakhretdinova E.I., Asfandiyarov R.N., et al. Changes in the structure, mechanical and corrosion properties of the Mg–Zn–Zr system alloy subjected to equal channel angular pressing // Frontier Materials & Technologies. 1, 9–17 (2024). (In Russian) [Аксенов Д.А., Фахретдинова Э.И., Асфандияров Р.Н. и др. Изменение структуры, механических и коррозионных свойств сплава системы Mg–Zn–Zr, подвергнутого равноканальному угловому прессованию // Frontier Materials & Technologies. 1, 9–17 (2024)]. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2024-1-67-1.
Udriste A., Burdușel A., Niculescu A., et a l. Coatings for cardiovascular stents—An up-to-date review // International Journal of Molecular Sciences. 25, art. no. 1078 (2024). https://doi.org/10.3390/ijms25021078.
Li Q., Yan Y., Gao H. Improving the corrosion resistance and osteogenic differentiation of ZK60 magnesium alloys by hydroxyapatite/graphene/graphene oxide composite coating // Ceramic International. 11, 16131–16141 (2022). https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.02.161.
Johari N.A., Alias J., Zanurin A., et al. Recent progress of self-healing coatings for magnesium alloys protection // Journal of Coatings Technology and Research. 19, 757–774 (2022). https://doi.org/10.1007/s11998-021-00599-2.
Rahimi M., Mehdinavaz A.R., Sohi M.H., et al. Improving biocompatibility and corrosion resistance of anodized AZ31 Mg alloy by electrospun chitosan/mineralized bone allograft (MBA) nanocoatings // Surface and Coatings Technology. 405, art. no. 126627 (2021). https://doi.org/10.1016/j. surfcoat.2020.126627.
Selivanov K.S. The effect of the structural parameters of multilayer ion-plasma PVD coatings on their strength and wear resistance // Materials. Technologies. Design. 21, 16–27 (2025). (In Russian) [Селиванов К. С. Влияние конструкционных параметров многослойных ионно-плазменных покрытий на их прочность и износостойкость // Materials. Technologies. Design. 21, 16–27 (2025)]. https://doi.org/10.54708/26587572_2025_722116.
Koval N.N., Ivanov Yu.F., Lopatin I.V., et al. Generation of low-temperature gas-discharge plasma in large vacuum volumes for plasma-chemical processes // Russian Journal of General Chemistry. 3–4, 121–133 (2013). (In Russian) [Коваль Н.Н., Иванов Ю.Ф., Лопатин И.В. и др. Генерация низкотемпературной газоразрядной плазмы в больших вакуумных объемах для плазмохимических процессов // Российский химический журнал. 3–4, 121–133 (2013).
Nugamanov F.V., Khafizova E.D., Nazarov А.Yu., et al. Obtaining a zinc coating on a magnesium alloy by magnetron sputtering // Materials. Technologies. Design. 3(18), 53–61 (2024). (In Russian) [Нугаманов Ф.В., Хафизова Э.Д., Назаров А.Ю. и др. Получение цинкового покрытия на магниевом сплаве методом магнетронного распыления // Materials. Technologies. Design. 3(18), 53–61 (2024)]. https://doi.org/10.54708/26587572_2024_631853.
Gaur S., Singh Raman R.K., Khanna A.S. In vitro investigation of biodegradable polymeric coating for corrosion resistance of Mg-6Zn-Ca alloy in simulated body fluid // Material Science and Engineering: C. Materials for Biological Application. 42, 91–101 (2014). https://doi.org/10.1016/j.msec.2014.05.035.
Linderov M.L., Afanasyev M.A., Asmolov A.N., et al. Regulation of corrosion damage of magnesium alloys through the use of vacuum zirconium coatings // Letters on Materials. 11(3), 357–362 (2021). (In Russian) [Линдеров М.Л., Афанасьев М.А., Асмолов А.Н. и др. Регулирование коррозионного повреждения магниевых сплавов с помощью вакуумных циркониевых покрытий // Letters on Materials. 11(3), 357–362 (2021)]. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2021-3-357-362.
