ODPORNOŚĆ KOROZYJNA STALI 316L W PŁYNACH USTROJOWYCH CZŁOWIEKA

Transkrypt

1 WyŜsza Szkoła InŜynierii Dentystycznej im. prof. Meissnera w Ustroniu ODPORNOŚĆ KOROZYJNA STALI 316L W PŁYNACH USTROJOWYCH CZŁOWIEKA Magdalena Puda Promotor: Dr inŝ. Jacek Grzegorz Chęcmanowski

2 Cel pracy Celem pracy jest zbadanie odporności korozyjnej stali nierdzewnej 316L w róŝnych roztworach sztucznej krwi.

3 Dla realizacji zamierzonego celu konieczne było: sporządzenie roztworów sztucznej krwi (SBF, ang. Simulated Body Fluid) o róŝnym składzie chemicznym. W wykonanych badaniach zastosowano jako środowisko korozyjne płyny ustrojowe sztucznej krwi o temperaturze 37 C.

4 Materiały uŝyte w badaniach Stal nierdzewna 316L Stale tego typu wykazują duŝą odporność na korozję w atmosferze pary wodnej oraz słabych kwasów organicznych. Jednak w środowiskach zawierających chlorki ulegają korozji wŝerowej. Wykorzystane w badaniach próbki miały kształt krąŝków o średnicy 14,8 mm i grubość 1,0 mm

5 Roztwory sztucznej krwi (SBF) W roztworze SBF-1 znajduje się ogólny skład poszczególnych składników roztworu sztucznej krwi. W przypadku roztworu SBF-2 stęŝenie jonów wszystkich składników wzrosło pięciokrotnie. Dla roztworu SBF-3 zastosowano skład chemiczny jak w przypadku roztworu SBF-2, ale bez jonów Mg+2. Roztwór SBF-4 cechuje się pięciokrotnie większą zawartością jonów Cl-, HCO-3, w stosunku do SBF-1 oraz trzykrotną zawartością jonów Mg+2. Roztwór SBF-5 ma podwyŝszoną zawartość jonów Cl- (5x), jonów Mg+2 (8x) oraz brak jonów HCO-3 w stosunku do SBF-1. W roztworze SBF-6 nie ma jonów Mg+2, ale stęŝenie jonów HCO-3 w stosunku do roztworu wyjściowego (SBF-1) jest ośmiokrotnie wyŝsze.

6 Tok postępowania laboratoryjnego

7 Procedura przygotowania próbek W celu właściwego przygotowania powierzchni stali nierdzewnej typu 316L wykonywano następujące operacje: Szlifowanie na papierze ściernym o uziarnieniu 400, 600, 800; Przemywanie wodą destylowaną; Suszenie; Odtłuszczanie w acetonie, w płuczce ultradźwiękowej w czasie 30 min; Ponowne suszenie.

8 Metodyka wykonywania badań Elektrochemiczne pomiary stałoprądowe słuŝące do oceny odporności korozyjnej, polegały na rejestrowaniu krzywych polaryzacyjnych w konwencjonalnym układzie trójelektrodowym. Układ pomiarowy całkowicie zautomatyzowany składał się z naczynka pomiarowego, potencjostatu oraz komputera. Przed rozpoczęciem pomiaru kaŝda próbka przebywała przez 120 minut w danym roztworze sztucznej krwi (SBF).

9 Układ pomiarowy, słuŝący do elektrochemicznych pomiarów stałoprądowych.

10 Wyniki badań oraz wnioski

11 Potencjał korozyjny (stacjonarny) stali. chirurgicznej 316L po 120 minutowej ekspozycji w płynach ustrojowych: roztworach sztucznej krwi (SBF-1, SBF-2, SBF-3, SBF-4, SBF-5, SBF-6), w warunkach stanu zapalnego temperatura roztworu korozyjnego 37 C Potencjał korozyjny (stacjonarny) stali chirurgicznej 316L jest miarą szlachetności powierzchni. W zaleŝności od agresywności roztworu sztucznej krwi następuje wzrost lub spadek wartości potencjału stacjonarnego E. Najbardziej dodatni potencjał E wykazuje stal 316L w roztworze SBF-6, natomiast najniŝszy potencjał E ma próbka B (roztwór SBF-2). Dla stali w pozostałych roztworach potencjał E waha się.

12 Na rysunku przedstawiono krzywe potencjodynamiczne stali chirurgicznej 316L po 120 minutowej ekspozycji w płynach ustrojowych: roztworach sztucznej krwi SBF-1, SBF-2, SBF-3, SBF- 4, SBF-5, SBF-6, w warunkach stanu zapalnego temperatura roztworu korozyjnego 37 C Analiza danych pomiarowych przedstawiona na rysunku pozwala na stwierdzenie, Ŝe skład chemiczny roztworów sztucznej krwi w małym stopniu wpływa na gęstości prądów katodowych stali 316L, natomiast powoduje zmiany potencjału przejścia katodowo-anodowego podłoŝa stalowego. RównieŜ wpływa na wartość mierzonych prądów anodowych stali 316L oraz na jej potencjał zarodkowania wŝeru (EW).

13 Do oceny właściwości korozyjnych stali nierdzewnej 316L wykorzystano dwie arbitralnie wybrane wielkości z krzywych potencjodynamicznych. Pierwsza z nich to gęstość prądu na gałęziach katodowych zarejestrowana przy potencjale 750 mv. Druga wielkość to potencjał z obszaru anodowego odpowiadający gwałtownemu wzrostowi gęstości prądu. Ten potencjał jest potencjałem zarodkowania wŝerów.

14 Gęstość prądu korozyjnego przy potencjale 750 mv (ie=-750 mv) stali chirurgicznej 316L po 120 minutowej ekspozycji w płynach ustrojowych: roztworach sztucznej krwi (SBF-1, SBF-2, SBF-3, SBF-4, SBF-5, SBF-6), w warunkach stanu zapalnego temperatura roztworu korozyjnego 37 C Z danych zamieszczonych na rysunku wynika, Ŝe gęstości prądu katodowego przy potencjale -750mV były zbliŝone (wskazuje na stabilność warstwy pasywnej bez względu na zastosowany roztwór korozyjny) NajwyŜszą gęstość prądu katodowego przy potencjale 750 mv wykazuje próbka E (SBF-5). Natomiast najniŝszą wartość ma próbka C oraz F (roztwory SBF-3 oraz SBF-6, które nie zawierają jonów Mg+2).

15 Potencjał przejścia katodowo - anodowego (EK A) jest to parametr, który informuje o procesach elektrodowych występujących na granicy faz stal-płyn ustrojowy. Rysunek ukazuje dynamikę zmian potencjału w charakterze procesów zachodzących w układzie stal-roztwór NajniŜszy potencjał wykazuje stal 316L w roztworze SBF-3 (5x wyŝsze stęŝenie jonów w roztworze, brak jonów Mg+2), natomiast najwyŝszy potencjał wykazuje stal 316L w roztworze SBF-4 (cechuje się 3x większą zawartością jonów Mg+2). Nie stwierdzono istotnych róŝnic w wartościach potencjału stali 316L po 120 minutowej ekspozycji w roztworach sztucznej krwi.

16 Potencjał zarodkowania wŝeru (EW) stali chirurgicznej 316L po 120 minutowej ekspozycji w płynach ustrojowych: roztworach sztucznej krwi (SBF-1, SBF-2, SBF-3, SBF-4, SBF-5, SBF-6), w warunkach stanu zapalnego temperatura roztworu korozyjnego 37 C Skład chemiczny płynów sztucznej krwi wpływa na wartość potencjału zarodkowania wŝeru (EW) stali 316L. Zmierzony potencjał (EW) waha się w zakresie ok mv odpowiednio dla stali 316L w roztworach: SBF-4 oraz SBF-3 (3-krotnie więcej lub brak zawartości jonów Mg+2). Zmiany w wartościach potencjału zarodkowania wŝeru (EW) są wynikiem składu chemicznego poszczególnych roztworów, a takŝe procesów zachodzących na powierzchni stali i granicy faz stal-roztwór.

17 Opory polaryzacyjne (Rp) stali chirurgicznej 316L po 120 minutowej ekspozycji w płynach ustrojowych: roztworach sztucznej krwi (SBF-1, SBF-2, SBF-3, SBF-4, SBF-5, SBF-6), w warunkach stanu zapalnego temperatura roztworu korozyjnego 37 C Opory polaryzacyjne stali 316L ukazują charakter działania płynów ustrojowych. Z rysunku wynika, Ŝe najmniej agresywne są płyny sztucznej krwi SBF-4 oraz SBF-5 co odpowiada wzrostowi stęŝenia jonów Mg+2 trzy- lub ośmiokrotnie w stosunku do składu SBF-1. Wzrost stęŝenia jonów w roztworze SBF-2 powoduje spadek oporu Rp do wartości 3,1 kω cm2. Dla pozostałej grupy roztworów wartość oporu Rp stali 316L waha się od 3,5 kω cm2 (SBF-1) do 5,5 kω cm2 (SBF-6).

18 Gęstość prądu korozyjnego (i0) stali chirurgicznej 316L po 120 minutowej ekspozycji w płynach ustrojowych: roztworach sztucznej krwi(sbf-1, SBF-2, SBF-3, SBF-4, SBF-5, SBF-6), w warunkach stanu zapalnego temperatura roztworu korozyjnego 37 C Z tego oraz wcześniejszego rysunku wynika, Ŝe gęstość prądu korozyjnego (i0) oraz opór polaryzacyjny (Rp) są ze sobą skorelowane, a mianowicie: im wyŝsza wartość gęstości prądu korozyjnego (i0) tym niŝszy powinien być opór polaryzacyjny (Rp). Im wyŝszy opór polaryzacyjny (Rp), tym większa odporność na procesy korozyjne w danym środowisku wodnym. W przypadku gęstości prądu korozyjnego (i0) tendencja jest odwrotna, a mianowicie: im wyŝsza gęstość prądu korozyjnego (i0), tym szybkość korozji jest większa.

19 Wyznaczone nachylenia Tafela procesu anodowego (βa) oraz katodowego (βc) stali chirurgicznej 316L po 120 minutowej ekspozycji w płynach ustrojowych: roztworach sztucznej krwi (SBF-1, SBF-2, SBF-3, SBF- 4, SBF-5, SBF-6), w warunkach stanu zapalnego temperatura roztworu korozyjnego 37 C Dane z rysunku ukazują dynamikę zmian w procesach elektrodowych zachodzących na powierzchni stali chirurgicznej 316L w róŝnych płynach ustrojowych. W roztworze SBF-3 (brak jonów Mg+2, przy pięciokrotnie podwyŝszonej zawartości pozostałych jonów względem roztworu SBF-1) dynamika zmian nachyleń Tafela jest największa w porównaniu do pozostałych roztworów. Najmniejsze róŝnice występują w przypadku roztworów zawierających podwyŝszoną zawartość jonów Mg+2 (SBF-2, SBF-4 oraz SBF-5).

20 Dziękuję Państwu za uwagę