Антикоррозионные покрытия на магниевом сплаве МА8, содержащие карбонат-замещенный гидроксиапатит (2023)
Представлены результаты исследований, направленных на оптимизацию контроля скорости резорбции магния и его сплавов в коррозионной среде.
Покрытия на сплавах магния, полученные методами плазменного электролитического оксидирования, позиционируются как биоактивные и используются в качестве антикоррозионных, обеспечивая контролируемое растворение металлического (магниевого) имплантата в среде организма человека.
В качестве подложки для формируемых защитных слоев в работе использовали сплав магния системы Mg–Mn–Ce. Исследованы морфология, фазовый и элементный состав защитных слоев, сформированных на поверхности металла.
Сравнительный анализ физико-химических свойств образцов с покрытиями указывает на возможность варьирования защитных характеристик и коррозионного разрушения материала подложки за счет использования карбонат-замещенного гидроксиапатита, характеризующегося повышенной растворимостью.
The results of the optimization of the method for formation of bioactive calcium-phosphate coatings on bioresorbable magnesium substrate are presented.
The coatings obtained by plasma electrolytic oxidation are positioned as bioresorbable and are used as anticorrosive, providing the controlled dissolution of a metal (magnesium) implant in the human body environment. A magnesium alloy of the Mg–Mn–Ce system was used as a substrate for the formed protective layers.
The morphology, phase and elemental composition of the protective layers formed on
the metal surface have been studied. The comparative analysis of the physicochemical properties
of coated samples indicates the possibility of varying the protective characteristics and corrosion
damage of the substrate material due to the use of carbonate-substituted hydroxyapatite,
which is characterized by increased solubility.
Идентификаторы и классификаторы
- УДК
- 536.49. Прочие влияния подвода тепла и температуры на объем и строение
620.193. Физические и химические воздействия. Коррозия. Коррозионная стойкость. Коррозионные испытания
621.794. Химическая обработка и отделка металлических поверхностей
661.846. Соединения магния (больше, чем 661.832 Соединения калия)
Исследования и разработка технологий использования биоактивной керамики и биосовместимых материалов для костного инжиниринга и остеосинтеза активно развиваются в последние десятилетия.
Биокерамика на основе ортофосфатов кальция (Ca–P) наиболее подходит для этих целей благодаря значительному сходству с минеральной составляющей зубной и костной
ткани млекопитающих
Список литературы
- Liang Y., Luan X., Liu X. Recent advances in periodontal regeneration: A biomaterial perspective
// Bioact. Mater. 2020. N 5. Р. 297–308. - Dorozhkin S. Calcium Orthophosphate-Based Bioceramics // Materials (Basel). 2013. N 6. Р. 3840–3942.
- Legros R., Balmain N., Bonel G. Age-related changes in mineral of rat and bovine cortical bone
// Calcif. Tissue Int. 1987. N 41. Р. 137–144. - Kumar G.S., Thamizhavel A., Girija E.K. Microwave conversion of eggshells into flower-like
hydroxyapatite nanostructure for biomedical applications // Mater. Lett. 2012. N 76. Р. 198–200. - Guo Y.P., Zhou Y., Conversion of nacre powders to apatite in phosphate buffer solutions at low
temperatures // Mater. Chem. Phys. 2007. N 106. Р. 88–94. - Kannan S., Rocha J.H.G., Agathopoulos S., Ferreira J.M.F. Fluorine-substituted hydroxyapatite
scaffolds hydrothermally grown from aragonitic cuttlefish bones // Acta Biomater. 2007. N 3. Р. 243–249. - Redey S.A., Razzouk S., Rey C., Bernache-Assollant D., Leroy G., Nardin M., Cournot G. Osteoclast adhesion and activity on synthetic hydroxyapatite, carbonated hydroxyapatite, and natural calcium carbonate: Relationship to surface energies // J. Biomed. Mater. Res. 1999. N 45. Р. 140–147.
- Driessens F.C.M., Verbeeck R.M.H., Kiekens P. Mechanism of substitution in carbonated apatites
// ZAAC – J. Inorg. Gen. Chem. 1983. N 504. Р. 195–200. - Liu J., Li K., Wang H., Zhu M., Yan H. Rapid formation of hydroxyapatite nanostructures by
microwave irradiation // Chem. Phys. Lett. 2004. N 396. Р. 429–432. - Гнеденков С.В., Синебрюхов С.Л., Сергиенко В.И. Композиционные многофункциональные покрытия на металлах и сплавах, формируемые плазменным электролитическим оксидированием. Владивосток: Дальнаука, 2013. 460 с.
- Chaharmahali R., Fattah-Alhosseini A., Babaei K. Surface characterization and corrosion behavior of calcium phosphate (Ca–P) base composite layer on Mg and its alloys using plasma electrolytic oxidation (PEO): A review // J. Magnes. Alloy. 2021. N 9. Р. 21–40.
- Подгорбунский А.Б., Имшинецкий И.М., Машталяр Д.В., Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л.,
Гнеденков С.В. Использование синтетического наноразмерного гидроксиапатита для формирования биоактивных антикоррозионных покрытий на магнии // Вестн. ДВО РАН. 2021. № 5. С. 43–55. - Mashtalyar D.V., Nadaraia K.V., Imshinetskiy I.M., Sinebryukhov S.L., Gnedenkov S.V. New
approach to formation of coatings on Mg–Mn–Ce alloy using a combination of plasma treatment and spraying of fluoropolymers // J. Magnes. Alloy. 2021. N 10. Р. 37–55. - Gnedenkov A.S., Sinebryukhov S.L., Filonina V.S., Ustinov A.Yu., Sukhoverkhov A.S.,
Gnedenkov S.V. New polycaprolactone-containing self-healing coating design for enhance corrosion resistance of the magnesium and its alloys // Polymers. 2023. N 15 (1). P. 202. https://doi.org/10.3390/ polym15010202 - Rey C., Combes C., Drouet C., Grossin D. Bioactive ceramics: Physical chemistry // Comprehensive Biomaterials. Elsevier, 2011. Р. 187–221. https://doi.org/10.1016/b978-0-08-055294-1.00178-1
- Penel G., Leroy G., Rey C., Bres E. MicroRaman spectral study of the PO4 and CO3 vibrational
modes in synthetic and biological apatites // Calcif. Tissue Int. 1998. N 63. Р. 475–481. - Jha L.J., Best S.M., Knowles J.C., Rehman I., Santos J.D., Bonfield W. Preparation and
characterization of fluoride-substituted apatites // J. Materials Sci.: Materials in Medicine. 1997. N 8. Р. 185–191. - Young R.A. Implications of atomic substitutions and other structural details in apatites // J. Dental Res. 1974. N 53(2). Р. 193–203.
Выпуск
Другие статьи выпуска
Проведено сравнение образцов аморфного кремнезема и алюмосиликата натрия, по-
лученных из отходов производства риса (шелухи и соломы) и надземной части хвощей
(полевого и зимующего), с реактивом диоксида кремния и коммерческими образцами
кремнийсодержащих энтеросорбентов по ряду физико-химических показателей.
Установлено фазовое состояние образцов (аморфное и аморфно-кристаллическое), описаны их ИК-спектры поглощения в области 400–4000 см-1, найдены значения насыпной плотности (от 28 до 631 кг/м3), рН водной вытяжки (от 5,6 до 9,6) и содержания водорастворимых веществ (от 7 до 35 %).
Определена адсорбционная активность всех исследованных образцов по метиленовому синему в нейтральной среде (3–264 мг/г), а для энтеросорбентов и алюмосиликата натрия из соломы риса – в среде желудка (рН 2) и двенадцатиперстной кишки (рН 7,5). Показано, что адсорбционная активность кремнийсодержащих сорбентов из растительного сырья сопоставима с коммерческими энтеросорбентами.
Рассмотрены результаты исследования технологии регенерации сорбентов нефти и нефтепродуктов после отработки ими своего ресурса.
Предложены технологическая схема регенерации и ее аппаратурное оформление, позволяющие за один этап очистить отработанный сорбент (на основе керамзита, перлита, вермикулита, пеносиликата) от углеводородов и повторно его модифицировать.
Установлены оптимальные температурные режимы процессов регенерации по разработанной технологии.
Определение нефтеёмкостных характеристик регенерированных сорбентов свидетельствует о сохранении ими сорбционной емкости по отношению к нефтепродуктам.
Преимуществами разработанной технологии восстановления свойств сорбента являются простота в осуществлении и экономическая рациональность.
Полученные результаты открывают возможность широкого применения разработанного способа регенерации для восстановления свойств отработанных алюмосиликатных сорбентов.
Разработан новый метод гравиметрического определения содержания смол в нефти, нефтепродуктах и асфальтосмолопарафиновых отложениях (АСПО). Перед выделе-смол из исследуемых образцов предложено на первом этапе удалять парафины и асфальтены сорбцией на окиси алюминия, силикагеле или кремнеземе из рисовой шелухи, а затем проводить выделение смол смесью этилового спирта и толуола. Разработанный метод позволяет проводить анализ с погрешностью 5–10 % в течение 1 дня. Технико-экономические показатели улучшены за счет одновременного определения содержания парафинов и асфальтенов в анализируемом объекте.
Проведено комплексное исследование соединения γ-NH4Zr(HPO4)(PO4) методами РФА, ТГ-ДТА, ИК и ЯМР (1H, 31P, ВМУ) спектроскопии. Наличие двух типов фосфатных групп в структуре γ-NH4Zr(HPO4)(PO4) подтверждено присутствием характеристических полос в ИК спектре и сигналов в спектре ЯМР ВМУ 31P. Методами ИК и ЯМР спектроскопии изучены особенности водородной связи в соединении, установлено наличие независимо протекающих диффузионных движений протонов и сорбированных молекул воды. Методом дифференциального термического анализа исследован процесс разложения соединения.
Прямым сжиганием в калориметре KL-5 определена удельная теплота сгорания гидрата додекагидро-клозо-додекабората 2,4-диамин-6-метил-1,3,5-триазина, из которой рассчитаны его стандартные энтальпии сгорания (–14606 кДж/моль) и образования (–797 кДж/моль). С привлечением ДСК, ТГ, РФА, ИК и ХМС установлено, что на первой стадии термораспада (С4Н7N5Н)2[B12H12]∙Н2О (265−290 оС) выделяется ацетонитрил,в результате горения которого может развиваться температура до 4700 оС. В условиях калориметрической бомбы (высокое давление кислорода и температура) это вызывает полное сгораниe продуктов полураспада (С4Н7N5Н)2[B12H12]∙Н2О без образования В–С–N-содержащих остатков. Обсуждается важность учета влияния состава продуктов сгорания соединений аниона [B12H12]2− на точность расчета их термодинамических характеристик.
Представлен новый способ формирования на магниевых сплавах композиционных
покрытий на основе оксидной матрицы, получаемой плазменным электролитическим
оксидированием и модифицированной слоистыми двойными гидроксидами (СДГ), за-
груженными ингибитором коррозии. Методом сканирующей электронной микроскопии
и рентгенофазового анализа доказано формирование СДГ, состоящих из гидроталькита.
Методом электрохимической импедансной спектроскопии установлено электрохимическое поведение материала с защитным покрытием. Наилучшими антикоррозионными свойствами обладает покрытие, полученное синтезом слоистого двойного гидроксида
на предварительно сформированном ПЭО-слое с одновременной интеркаляцией в межслоевое пространство олеата натрия (|Z|f = 0,1 Гц = 1,24·106 Ом·см2).
Фотокатализаторы на основе TiO2–WO3–CoWO4 оксидных слоев на титане сформированы методом плазменно-электролитического оксидирования в тетраборатно-вольфраматных электролитах с добавлением ацетата кобальта и ЭДТА при соотношениях W:Co
равных 3:1, 1:1 и 1:3.
Все сформированные покрытия содержат кристаллические фазы CoWO4 и WO3. По результатам энергодисперсионного анализа концентрация вольфрама в составе ПЭО покрытий варьируется в пределах 11–17 ат.%, содержание кобальта ~4–9 ат.%.
Соотношение W:Co в полученных покрытиях соответствует соотношению этих элементов в электролитах.
Значения ширины запрещенной зоны, определенные методом Тауца для прямого разрешенного перехода, составляют 2,4–2,5 эВ и не зависят от соотношения W:Co в составе покрытий.
Показано, что все сформированные покрытия проявляют фотокаталитическую активность в реакции разложения MO в условиях видимого и УФ облучения.
Фотокаталитическая активность образцов Ti/W:Co в значительной степени зависит от соотношения в их составе W:Co.
Наиболее высокую активность проявляют образцы, в которых соотношение W:Co = 3:1, степень деградации метилового оранжевого в их присутствии составляет ~82 %.
Разработан новый простой метод получения кубических фторидных пирохлоров индия(III) и галлия(III), основанный на применении в качестве прекурсоров впервые синтезированных комплексных фторидов Cs[Cu(H2O)4]InF6 и Cs[Cu(H2O)4]GaF6 и их дегидратации в статической атмосфере воздуха в интервале температур 20–160 oC в течение 25–30 мин. Разработанный метод имеет значительные преимущества по сравнению с существующими методами получения фторидных пирохлоров, использующими твердофазные реакции исходных компонентов с одновременным их фторированием газообразным F2 при 450–600 oC в течение 6–10 ч или взаимодействие соответствующей смеси компонентов в запаянных серебряных, платиновых или золотых трубках в интервале температур 600–1000 oC в течение 8–10 дней с последующим закаливанием.
Статья представляет собой краткий обзор истории, структуры, научных направлений и результатов, полученных в Институте химии Дальневосточного отделения Российской академии наук, прежде всего ориентированных на практическую реализацию исследований и разработок, с дня его основания в 1971 г.
В статье приведены основные направления научных исследований Тихоокеанского
океанологического института им. В.И. Ильичёва ДВО РАН: комплексные гидрофизические, гидрохимические и гидробиологические исследования, разработка новых методов и технических средств исследования океана и атмосферы, применение дистанционных
методов, создание и анализ баз океанологических данных. Кратко изложены важнейшие
результаты и перспективы исследований.
На основе архивных материалов прослежены основные этапы становления Дальневосточного отделения РАН, приведена хронология основных научноорганизационных событий с 1969 г. (год принятия правительственного решения об образовании Дальневосточного научного центра АН СССР) до наших дней.
Издательство
- Издательство
- ДВО РАН
- Регион
- Россия, Владивосток
- Почтовый адрес
- Светланская ул., 50
- Юр. адрес
- Светланская ул., 50
- ФИО
- Кульчин Юрий Николаевич (Руководитель)
- E-mail адрес
- dvo@hq.febras.ru
- Контактный телефон
- +7 (383) 3301518
- Сайт
- http://www.febras.ru