Investigation of Microstructure, Mechanical and In Vitro Corrosion Properties of Biodegradable Mg-Ag Casting Alloys

Abstract

In this study, mechanical and in vitro corrosion properties of Mg-Ag alloys with 1% and 3% silver added to magnesium were investigated. According to the test results, as the amount of Ag added in the cast alloys increased, the secondary phases (Mg4Ag and Mg54Ag17) emerging in the structure became more pronounced. In addition, it was observed that as the amount of Ag increased, the grains became finer compared to the cast structure and thus the mechanical properties of the alloys increased. In potentiodynamic polarization tests, the corrosion current density of the alloys increased depending on the amount of Ag. As a result of the tests performed with hanks solution, it was determined that the corrosion of the Mg-1Ag alloy progressed faster and therefore, there was more mass loss in the Mg-1Ag alloy. As a conclusion, due to the change in experimental results with Ag addition, it is revealed that Mg-Ag alloys are open to development and a great candidate to be used as a biomaterial in our lives.

Keywords

• Mg-Ag alloys
• biomaterials
• microstructure
• mechanical properties
• in vitro corrosion properties

Biyobozunur Mg-Ag Döküm Alaşımlarının Mikroyapı Mekanik ve İn Vitro Korozyon Özelliklerinin İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, magnezyuma %1 ve %3 oranlarında gümüş ilave edilmiş Mg-Ag alaşımlarının döküm sonrası mekanik ve in vitro korozyon özellikleri incelenmiştir. Deney sonuçlarına göre, döküm alaşımlarındaki ilave edilen Ag’nin miktarı arttıkça yapıda ortaya çıkan ikincil fazlar (Mg4Ag ve Mg54Ag17) daha belirginleşmiştir. Ayrıca Ag miktarı arttıkça, döküm yapısına kıyasla tanelerin inceldiği ve bu sayede alaşımların mekanik özellikleri de artmıştır. Potansiyodinamik polarizasyon testlerinde ise Ag miktarına bağlı olarak, alaşımların korozyon akım yoğunlukları artış göstermiştir. Hank sıvısı ile yapılan testler sonucunda ise Mg-1Ag alaşımının korozyonu daha hızlı ilerlediği ve buna bağlı olarak da Mg-1Ag alaşımında daha fazla kütle kaybının olduğu tespit edilmiştir. Tüm bu sonuçlar ışığında bakıldığında, Mg-Ag alaşımlarında Ag ilavesi ile deney sonuçlarının değişim göstermesi, Mg-Ag alaşımlarının gelişime açık olduğunu ve biyomalzeme olarak hayatımıza girmeye büyük bir aday olduğunu ortaya koymuştur.

Keywords

• Mg-Ag alaşımları
• Biyomalzeme
• mikroyapı
• mekanik özellikler
• in vitro korozyon özellikleri

References

1. [1] Song, G., Song, S. 2007. A possible biodegradable magnesium ımplant material. Advanced Engineering Materials, 9(4), 298–302.
2. [2] Zheng, Y. F., Gu, X. N., Witte, F. 2014. Biodegradable metals. Materials Science and Engineering: R: Reports, 77, 1–34.
3. [3] Chen, Y., Xu, Z., Smith, C., Sankar, J. 2014. Recent advances on the development of magnesium alloys for biodegradable implants. Acta Biomaterialia, 10(11), 4561–4573.
4. [4] Staiger, M. P., Pietak, A. M., Huadmai, J., Dias, G. 2006. Magnesium and its alloys as orthopedic biomaterials: A review. Biomaterials, 27(9), 1728–1734.
5. [5] Purnama, A., Hermawan, H., Couet, J., Mantovani, D. 2010. Assessing the biocompatibility of degradable metallic materials: State-of-the-art and focus on the potential of genetic regulation. Acta Biomaterialia, 6(5), 1800–1807.
6. [6] Zheng, Y. 2015. Magnesium alloys as degradable biomaterials. 1st., CRC Press, Taylor & Francis Group 600s.
7. [7] Tie, D., Feyerabend, F., Müller, W,D., Schade, R., Liefeith, K., Kainer, K., Willumeit, R. 2013. Antibacterial biodegradable Mg-Ag alloys. European Cells & Materials, 25(25), 284–298.
8. [8] Hardes, J. Streitburger, A., Ahrens, H., Nusselt, T., Gebert, C., Winkelmann, W., Battmann, A., Gosheger, G. 2007. The influence of elementary silver versus titanium on osteoblasts behaviour in vitro using human osteosarcoma cell lines. Sarcoma, 2007, 26539.

9. [9] Bosetti, M., Massè, A., Tobin, E., Cannas, M. 2002. Silver coated materials for external fixation devices: in vitro biocompatibility and genotoxicity. Biomaterials, 23(3), 887–892.
10. [10] ATSDR 1990. Toxicological profile for silver. https://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp146.pdf (Erişim Tarihi: 05.12.2021).
11. [11] Furst, A., Schlauder, M.C. 1978. Inactivity of two noble metals as carcinogens. Journal of Environmental Pathology, Toxicology and Oncology, 1(1), 51–57.
12. [12] Dai, Y., Liu, H., Tang, Y., Xu, X., Long, H., Yan, Y., Lou, Z., Zhang, Y., Yu, K., Zhu, Y. 2018. A potential biodegradable Mg-Y-Ag ımplant with strengthened antimicrobial properties in orthopedic applications. Metals, 8(11), 948.
13. [13] Zhao, Z., Chen, Q., Chao, H., Huang, S. 2010. Microstructural evolution and tensile mechanical properties of thixoforged ZK60-Y magnesium alloys produced by two different routes. Materials and Design, 31(4), 1906–1916.
14. [14] Song, G.L. Atrens, A. 1999. Corrosion mechanisms of magnesium alloys. Advanced Engineering Materials, 1(1), 11–33.
15. [15] Song, G., Atrens, A. 2003. Understanding magnesium corrosion - A framework for ımproved alloy performance. Advanced Engineering Materials, 5(12), 837–858.
16. [16] Witte, F., Hort, N., Vogt, C., Cohen, S., Kainer, K. U., Willumeit, F., Feyerabend, F. 2008. Degradable biomaterials based on magnesium corrosion. Current opinion in solid state & materials science, 12(5), 63–72.