Коррозионная установка для проведения усталостных испытаний биорезорбируемых магниевых сплавов

В настоящее время нет общепринятой стандартной установки для оценки долговечности работы образцов из биомедицинских магниевых сплавов в коррозионных средах. Каждая научная группа использует свою испытательную систему, которая не всегда учитывает множество технических факторов, влияющих на конечный результат эксперимента. В данной работе предложена установка, которая может быть собрана на базе стандартной усталостной машины, для оценки коррозионно-усталостной долговечности биорезорбируемых магниевых сплавов в различных физиологических растворах. Она включает в себя: испытательную машину с пазовой плитой, необходимой для жесткого крепления камеры; захваты из полиамида, обеспечивающие гальваническую развязку; перистальтический насос для перекачивания используемого медицинского раствора; иономер, подключенный к компьютеру, для регистрации изменения pH-среды и температуры; термостат для поддержания температуры в камере в заданном интервале; дополнительный раствор, подающийся в камеру через иглу с помощью малого перистальтического насоса при превышении заданного уровня pH, что позволяет удерживать pH в допустимом диапазоне значений. В установке используются образцы корсетного типа, хотя допустимы и другие их варианты, предусмотрена возможность установки фотокамеры для визуализации коррозионных процессов на образцах-свидетелях. Испытательная система позволяет добиться хорошей повторяемости и достоверности полученных результатов, что экспериментально проверено и подтверждено на магниевом сплаве МА14 разных плавок, выбранном в качестве модельного. Предложенная установка может быть использована для оценки усталостной долговечности магниевых сплавов медицинского назначения. Ее нетрудно воспроизвести в обычных лабораторных условиях.

1. Махутов Н. А. Развитие лабораторных исследований и диагностики материалов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 1. С. 5 – 13. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-1-i-5-13

2. Махутов Н. А. Развитие технической диагностики в академических и отраслевых лабораториях / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 10. С. 52 – 54. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-10-52-54

3. Махутов Н. А. Актуальные проблемы безопасности критически и стратегически важных объектов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018 Т. 84. № 1. С. 5 – 9. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-1-i-05-09

4. Махутов Н. А., Гаденин М. М. Унификация методов расчетов и испытаний на прочность, ресурс и трещиностойкость / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 10. С. 47 – 54. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-10-47-54

5. Барашков В. А., Копосова Т. С., Белых А. И. и др. Химические элементы в организме человека: справочные материалы. — Архангельск: Издательский центр ПГУ, 2001. — 44 с.

6. Мерсон Д. Л., Брилевский А. И., Мерсон Е. Д. и др. Обеспечение требуемого комплекса механических, биомедицинских и эксплуатационных свойств биорезорбируемых имплантатов на основе магния / Тезисы доклада Международной конференции. — Томск: Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, 2024. С. 470.

7. Hussain C. M., Verma C., Aslam J., et al. Handbook of Corrosion Engineering: Modern Theory, Fundamentals and Practical Applications. — Elsevier, 2023. — 459 p.

8. Мак-Ивили А. Дж. Анализ аварийных разрушений / Пер. с англ. Э. М. Лазарева, И. Ю. Шкадиной; под ред. Л. Р. Ботвиной. — М.: Техносфера, 2010. — 413 с.

9. Li Y., Wang J., Sheng K., et al. Optimizing Structural Design on Biodegradable Magnesium Alloy Vascular Stent for reducing strut thickness and raising radial strength / Mater. Design. 2022. Vol. 220. P. 110843. DOI: 10.1016/j.matdes.2022.110843

10. Harandi S. E., Singh Raman R. K. Appropriate Mechanochemical Conditions for Corrosion-Fatigue Testing of Magnesium Alloys for Temporary Bioimplant Applications / J. Minerals Met. Mater. Soc. 2015. Vol. 67. No. 5. P. 1137 – 1142. DOI: 10.1007/s11837-015-1387-7

11. Harandi S. E., Singh Raman R. K. Corrosion fatigue of a magnesium alloy under appropriate human physiological conditions for bio-implant applications / Eng. Fract. Mech. 2017. Vol. 186. P. 134 – 142. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2017.09.031

12. Liu M., Wang J., Zhu S., et al. Corrosion fatigue of the extruded Mg – Zn – Y – Nd alloy in simulated body fluid / J. Magnesium Alloys. 2020. Vol. 8. No. 1. P. 231 – 240. DOI: 10.1016/j.jma.2019.09.009

13. Linderov M., Brilevsky A., Merson D., et al. On the Corrosion Fatigue of Magnesium Alloys Aimed at Biomedical Applications: New Insights from the Influence of Testing Frequency and Surface Modification of the Alloy ZK60 / Materials (Basel). 2022. Vol. 15. No. 2. DOI: 10.3390/ma15020567

14. Linderov M., Vasilev E., Merson D., et al. Corrosion fatigue of fine grain Mg – Zn – Zr and Mg – Y – Zn alloys / Metals (Basel). 2018. Vol. 8. No. 1. DOI: 10.3390/met8010020

15. Merson E. D., Poluyanov V. A., Myagkikh P. N., et al. The effect of testing conditions on stress corrosion cracking of biodegradable magnesium alloy ZK60 / Lett. Mater. 2022. Vol. 12. No. 3. P. 177 – 183. DOI: 10.22226/2410-3535-2022-3-177-183

16. Кашин О. А., Круковский К. В., Бобров Д. И., и др. Установка для определения усталостной долговечности внутрисосудистых стентов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 11. С. 62 – 68. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-11-62-68

17. Kovacevic S., Ali W., Martínez-Pañeda E., et al. Phase-field modeling of pitting and mechanically-assisted corrosion of Mg alloys for biomedical applications / Acta Biomater. 2023. Vol. 164. P. 641 – 658. DOI: 10.1016/j.actbio.2023.04.011