Ottimizzazione chimica di trattamenti di Micro Arc Oxidation su lega di magnesio AZ31 per il controllo della degradazione

There is a growing need in the biomedical field for the use of biodegradable metal implants to ensure proper healing of damaged tissue within the necessary time frame. In fact, these implants support the tissue in the early stages of treatment, while then progressively decrease their support during the regeneration or repair phase of the tissue. Magnesium is of great interest as it possesses in particular excellent biodegradability and bioresorbability. Nevertheless, a limitation of this material concerns the difficult control of its corrosion rate. To address this drawback, it was decided to coat AZ31 magnesium alloy by a surface modification technique, Micro Arc Oxidation, to ensure better physiological durability. Indeed, the goal is to generate a thick, compact and uniform coating so as to protect and isolate the substrate by slowing down its first phase of corrosion. To achieve this, a coating without local delaminations and surface cracks and with contained pore diameter and porosity percentage was sought. All these properties were analyzed through macroscopic appearance, thickness and surface morphology of the coatings and corrosion tests were carried out. In this paper, the focus fell on the composition of the electrolyte solution to explore the effect of one of the main components on coating's quality. Solutions were made with silicate, hydroxides and fluoride, all of which can improve the corrosion resistance of magnesium. Regarding the last two components in solution, it was examined which type and in which concentration they could ensure better coating's quality. From the results obtained, it could be seen that the presence of the potassium hydroxide and fluoride in specific concentrations enabled the generation of a significantly thicker and more corrosion-resistant coating than the ones generated by all the other solutions analyzed.

In ambito biomedico sta crescendo sempre più l'esigenza di utilizzo di impianti metallici biodegradabili per garantire una corretta guarigione del tessuto danneggiato nelle tempistiche necessarie. Questi impianti infatti supportano il tessuto nei primi tempi di trattamento, mentre poi diminuiscono progressivamente il loro supporto durante la fase di rigenerazione o riparazione del tessuto. Il magnesio risulta di grande interesse in quanto possiede in particolare un’ottima biodegradabilità e bio-riassorbibilità. Nonostante ciò, un limite di questo materiale riguarda il difficile controllo della sua velocità di corrosione. Per far fronte a questo svantaggio si è deciso di rivestire la lega di magnesio AZ31 tramite una tecnica di modifica superficiale, la Micro Arc Oxidation, per garantire migliore durabilità fisiologica. L’obiettivo è infatti quello di generare un rivestimento spesso, compatto e uniforme in modo da proteggere e isolare il substrato rallentandone la prima fase di corrosione. Per realizzare ciò, si è cercato di ottenere un coating senza delaminazioni locali e cricche superficiali e con diametro dei pori e percentuale di porosità contenuti. Tutte queste proprietà sono state analizzate tramite l’aspetto macroscopico, lo spessore e la morfologia superficiale dei rivestimenti e sono stati effettuati dei test di corrosione. In questo elaborato il focus è ricaduto sulla composizione della soluzione elettrolitica per esplorare l’effetto di uno dei componenti principali sulla qualità del rivestimento. Le soluzioni sono state realizzate con silicato, idrossidi e fluoruro, tutti in grado di migliorare la resistenza a corrosione del magnesio. Riguardo gli ultimi due componenti in soluzione si è voluto esaminare quale tipologia e in quale concentrazione potessero garantire una migliore qualità del coating. I risultati hanno constatato come la presenza dell’idrossido e del fluoruro di potassio in specifiche concentrazioni abbiano consentito la generazione di un rivestimento notevolmente più spesso e resistente a corrosione rispetto a quanto ottenuto dalle altre soluzioni.