Summary

Potansiyodinamik Korozyon Testi

Published: September 04, 2016
doi:

Summary

Here, we present a protocol to set up and run an in vitro potentiodynamic corrosion system to analyze pitting corrosion for small metallic medical devices.

Abstract

Different metallic materials have different polarization characteristics as dictated by the open circuit potential, breakdown potential, and passivation potential of the material. The detection of these electrochemical parameters identifies the corrosion factors of a material. A reliable and well-functioning corrosion system is required to achieve this.

Corrosion of the samples was achieved via a potentiodynamic polarization technique employing a three-electrode configuration, consisting of reference, counter, and working electrodes. Prior to commencement a baseline potential is obtained. Following the stabilization of the corrosion potential (Ecorr), the applied potential is ramped at a slow rate in the positive direction relative to the reference electrode. The working electrode was a stainless steel screw. The reference electrode was a standard Ag/AgCl. The counter electrode used was a platinum mesh. Having a reliable and well-functioning in vitro corrosion system to test biomaterials provides an in-expensive technique that allows for the systematic characterization of the material by determining the breakdown potential, to further understand the material’s response to corrosion. The goal of the protocol is to set up and run an in vitro potentiodynamic corrosion system to analyze pitting corrosion for small metallic medical devices.

Introduction

Elektrokimyasal teknikler maddenin elektrokimyasal özellikleri elde etmek için hızlı ve nispeten pahalı olmayan bir yöntem sağlar. Bu teknikler kontrollü elektrokimyasal rahatsızlık 1-5 şarj transfer sürecinin tepkisini gözlemleyerek bir metalin korozyonu tespit yeteneğine ağırlıklı dayanır. Bir vücut ortamında metal implantların korozyon nedeniyle biyouyumluluk ve malzeme bütünlüğü 6 üzerindeki olumsuz etkileri için kritik öneme sahiptir. Gövde içinde implant aşınmasına katkıda bulunan ana etken metal iyonları 7-11 artan serbest bırakılmasına yol açacak bir yüzey oksit eritilmesidir. Bu, lokal olarak, fakat implantın 10,12-28 erken bozulmasına neden potansiyel sistemik etkileri ile bulunabilir istenmeyen biyolojik reaksiyonlar, elde edilir.

Bir test numunesinin korozyon karakteristikleri üretilen polarizasyon tarama tahmin edilmektedirBir potansiyostatla. Bir polarizasyon taraması, bir metal alt-tabakanın kinetik ve korozyon parametrelerinin ekstrapolasyonu mümkün kılar. Tarama sırasında oksidasyon veya elektro-aktif türlerin azaltılması yük transferi ve reaktanların ve ürünlerin hareketi ile sınırlandırılabilir. Bu faktörlerin hepsi polarizasyon taraması ile kapsüllü; Bu nedenle, çok sayıda devir boyunca güvenilir ve tekrarlanabilir bir polarizasyon tarama üreten bir sisteme sahip önemi büyük bir önem taşımaktadır. Bu yazının ana odak, iyi işleyen bir potansiyodinamik korozyon sistemi elde etmek için alınan mantığı ve adımları tanımlayan bir protokol sağlamaktır.

Protocol

Örnek Holder 1. İnşaat Bir M3 altıgen somun ile yerinde tutulur paslanmaz çelik spacers ve M3 paslanmaz çelik dişli vida, örnek tutucu oluşturun. pense kullanarak dişli vida kafasını çıkarın ve iplik desen korumak için kesim segmenti parlatın. tüm bireysel bileşenleri hazır olduğunda, elektrot tutucu monte edin. Her elektrot tutucu bir 11.5 cm sapı ile sonuçlanan M3 vidalar ile birleştirilmiş üç açıcıyı içermektedir. bağlantıyı kilitlemek için vida ve ar…

Representative Results

Bu prosedürün sonunda bir in vitro korozyon sistemi korozyon çalışmaları yürütmek için kurulum. Böyle korozyon gemi ve Faraday kafesi temizliği gibi belirli prosedürler gürültü performansını artırmak için protokolüne tanıtıldı. İyi bir polarizasyon tarama temel özelliği, metalik malzemenin korozyon duyarlılığını anlamak için değerli bilgiler temin maddenin elektro-fiziksel koşulların tespit etmektir. Prosedür ve protokol, güvenilir ve yeniden…

Discussion

Paslanmaz çelik örneklerinden üretilen Polarizasyon taramaları güvenilir ve 29 tekrarlanabilir hem iyi işleyen bir korozyon sisteminin gösterge literatürde görülen taramaları ile ilişkilendirilmesi temiz sürekli araziler gösterdi. Potansiyodinamik çukurlaşma potansiyellerinin yoksul tekrarlanabilirlik bir stokastik süreç 29 ile karakterize potansiyel varlık çukurlaşma ile, birkaç yüz milivolt yayılması ile tanımlanır. Bu sıcaklıkta, halid içeriğine ve potansiyel (V) d…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors had no funding provided for this study.

Materials

Potentiostat Metrohm PGSTAT101
Ag/AgCl reference electrode, shielded Metrohm 6.0729.100
Electrode shaft Metrohm 6.1241.060
Polisher Forcipol 1v Metkon 3602
Clindrical flask 700mL SciLabware FR700F
Reaction lid SciLabware MAF2/41
Dichloromethane Sigma-Aldrich MKBR7629V use under a fumehood. Wear protective clothing
Thermo / HAAKE D Series Immersion Circulators Haake

References

  1. Isaacs, H. S. Aspects of corrosion from the ECS Publications. J. Electrochem. Soc. 149 (12), 85-87 (2002).
  2. Fontana, M. G., Greene, N. D. . Corrosion Engineering. , (1978).
  3. Pourbaix, M. Electrochemical corrosion of metallic biomaterials. Biomaterials. 5 (3), 122-134 (1984).
  4. Rechnitz, G. A. . Controlled-Potential Analysis. , (1963).
  5. Silverman, D. C., Revie, R. W. Chapter 68. Uhlig’s Corrosion Handbook. , (2000).
  6. Gurappa, I. Characterization of different materials for corrosion resistance under simulated body fluid conditions. Mater Charact. 49 (1), 73-79 (2002).
  7. Antoniou, J., et al. Metal ion levels in the blood of patients after hip resurfacing: a comparison between twenty-eight and thirty-six-millimeter-head metal-on-metal prostheses. J Bone Joint Surg Am. 90, 142-148 (2008).
  8. Billi, F., Campbell, P. Nanotoxicology of metal wear particles in total joint arthroplasty: a review of current concepts. J Appl Biomater Funct Mater. 8 (1), 1-6 (2010).
  9. Bradberry, S. M., Wilkinson, J. M., Ferner, R. E. Systemic toxicity related to metal hip prostheses. Clin Toxicol (Phila). 52 (8), 837-847 (2014).
  10. Davda, K., Lali, F. V., Sampson, B., Skinner, J. A., Hart, A. J. An analysis of metal ion levels in the joint fluid of symptomatic patients with metal-on-metal hip replacements. J Bone Joint Surg Br. 93 (6), 738-745 (2011).
  11. Clarke, M. T., Lee, P. T., Arora, A., Villar, R. N. Levels of metal ions after small and large diameter metal-on-metal hip arthroplasty. J Bone Joint Surg Br. 85 (6), 913-917 (2003).
  12. Brown, S. A., Hughes, P. J., Merritt, K. In vitro studies of fretting corrosion of orthopaedic materials. J Orthop Res. 6 (4), 572-579 (1988).
  13. Bryant, M., et al. Characterisation of the surface topography, tomography and chemistry of fretting corrosion product found on retrieved polished femoral stems. J Mech Behav Biomed Mater. 32, 321-334 (2014).
  14. Jantzen, C., Jørgensen, H. L., Duus, B. R., Sporring, S. L., Lauritzen, J. B. Chromium and cobalt ion concentrations in blood and serum following various types of metal-on-metal hip arthroplasties. A literature review. Acta Orthopaedica. 84 (3), 229-236 (2013).
  15. Campbell, P., et al. Histological Features of Pseudotumor-like Tissues From Metal-on-Metal Hips. Clin. Orthop. Relat. Res. 468 (9), 2321-2327 (2010).
  16. Cook, S. D., et al. The in vivo performance of 250 internal fixation devices: a follow-up study. Biomaterials. 8 (3), 177-184 (1987).
  17. Cooper, H. J., Urban, R. M., Wixson, R. L., Meneghini, R. M., Jacobs, J. J. Adverse local tissue reaction arising from corrosion at the femoral neck-body junction in a dual-taper stem with a cobalt-chromium modular neck. J Bone Joint Surg Am. 95 (10), 865-872 (2013).
  18. Langton, D. J., Sprowson, A. P., Joyce, T. J., Reed, M., Carluke, I., Partington, P., Nargol, A. V. Blood metal ion concentrations after hip resurfacing arthroplasty. J Bone Joint Surg Br. 91 (10), 1287-1295 (2009).
  19. Langton, D. J., Jameson, S. S., Joyce, T. J., Webb, J., Nargol, A. V. The effect of component size and orientation on the concentrations of metal ions after resurfacing arthroplasty of the hip. J Bone Joint Surg Br. 90 (9), 1143-1151 (2008).
  20. Daniel, J., Ziaee, H., Pradhan, C., McMinn, D. J. Six-year results of a prospective study of metal ion levels in young patients with metal-on-metal hip resurfacings. J Bone Joint Surg Br. 91 (2), 176-179 (2009).
  21. De Haan, R., et al. Correlation between inclination of the acetabular component and metal ion levels in metal-on-metal hip resurfacing replacement. J Bone Joint Surg Br. 90 (10), 1291-1297 (2008).
  22. Dijkman, M. A., de Vries, I., Mulder-Spijkerboer, H., Meulenbelt, J. Cobalt poisoning due to metal-on-metal hip implants. Ned Tijdschr Geneeskd. 156 (42), A4983 (2012).
  23. Fisher, J. Bioengineering reasons for the failure of metal-on-metal hip prostheses: an engineer’s perspective. J Bone Joint Surg Br. 93 (8), 1001-1004 (2011).
  24. Goldberg, J. R., et al. A Multicenter Retrieval Study of the Taper Interfaces of Modular Hip Prostheses. Clin. Orthop. Relat. Res. (401), 149-161 (2002).
  25. Ingham, E., Fisher, J. Biological reactions to wear debris in total joint replacement. Proc Inst Mech Eng H. 214 (1), 21-37 (2000).
  26. Gilbert, J. L., Buckley, C. A., Jacobs, J. J., Res, J. .. B. i. o. m. e. d. .. M. a. t. e. r. .. In vivo corrosion of modular hip prosthesis components in mixed and similar metal combinations. The effect of crevice, stress, motion and allot coupling. J. Biomed. Mater. Res. 76 (1), 1533-1544 (1993).
  27. Browne, J. A., Bechtold, C. D., Berry, D. J., Hanssen, A. D., Lewallen, D. G. Failed metal-on-metal hip arthroplasties: a spectrum of clinical presentations and operative findings. Clin. Orthop. Relat. Res. 468 (9), 2313-2320 (2010).
  28. Jantzen, C., Jorgensen, H. L., Duus, B. R., Sporring, S. L., Lauritzen, J. B. Chromium and cobalt ion concentrations in blood and serum following various types of metal-on-metal hip arthroplasties: a literature overview. Acta Orthop. 84 (3), 229-236 (2013).
  29. Frangini, S., De Cristofaro, N. Analysis of galvanostatic polarisation method for determining reliable pitting potentials on stainless steels in crevice-free conditions. Corros Sci. 45 (12), 2769-2786 (2002).

Play Video

Cite This Article
Munir, S., Pelletier, M. H., Walsh, W. R. Potentiodynamic Corrosion Testing. J. Vis. Exp. (115), e54351, doi:10.3791/54351 (2016).

View Video