Les chercheurs des matériaux IMDEA, en conjonction avec l'Institut Helmholtz-Zentrum, Institut de science de surface et Meotec GmbH, ont entrepris la toute première comparaison de la résistance à la corrosion dans les bio-alliages MG et Zn produits par extrusion et fabrication additive.
L'étude, qui ouvre la voie à des implants biodégradables plus sûrs et plus durables, a montré que le traitement de surface de l'oxydation électrolytique du plasma (PEO) améliore la résistance à la corrosion dans tous les échantillons testés.
Dans une première pour le domaine des métaux bioabsorbables, les chercheurs ont effectué une comparaison pionnière de la résistance à la corrosion des alliages de zinc de magnésium WE43 et de zinc de Zn1mg produits via l'extrusion et la fusion de lit de poudre laser (LPBF).
Publié dans Technologie de surface et de revêtementsl'étude est la première à utiliser des tests électrochimiques dans une solution saline tamponnée pour comparer la façon dont ces deux voies de fabrication affectent la dégradation de ces métaux biodégradables cliniquement pertinents.
« À notre connaissance, c'est la première fois que ces deux techniques de fabrication sont comparées en termes de résistance à la corrosion pour ces matériaux », a déclaré le premier auteur Guillermo Domínguez.
Les résultats montrent que les échantillons enveloppés de LPBF ont corrodé considérablement plus rapidement que leurs homologues extrudés. Dans WE43, cela était lié aux particules d'oxyde d'yttrium présentes dans les échantillons de LPBF, ce qui a affaibli l'effet protecteur de la couche de corrosion.
Dans le Zn1mg, le taux de corrosion plus élevé des échantillons de LPBF a été attribué à un volume accru de phases eutectiques, ce qui a accéléré la dégradation microgalvanique.
Une phase eutectique est une caractéristique microstructurale formée lorsque deux éléments se solidifient ensemble à un rapport et à une température spécifiques. Un volume accru de phases eutectiques crée plus d'interfaces avec la matrice Zn, formant de nombreuses cellules microgalvaniques qui accélèrent la corrosion localisée. Cela accélère la dégradation globale des matériaux.
Pour contrer cela, l'équipe a appliqué un traitement de surface de l'oxydation électrolytique (PEO) plasmatique.
« Pour améliorer la résistance à la corrosion, un processus PEO a été appliqué aux échantillons », a expliqué Domínguez. « Ce traitement a formé la couche d'oxyde attendue qui a amélioré la protection sur tous les matériaux testés par rapport à leurs homologues non traités. »
Fait intéressant, pour Zn1mg, les échantillons de LPBF ont en fait surpassé les échantillons extrudés après traitement PEO.
« Cependant, les échantillons de LPBF WE43MEO ont montré des taux de corrosion élevés malgré le traitement du PEO, qui était lié aux hétérogénéités de l'épaisseur de la couche d'oxyde. En revanche, le traitement PEO avait un effet opposé sur les échantillons de Zn1mg, où les spécimens de LPBF ont démontré une plus grande résistance à la corrosion que les échantillons extrudés », a-t-il ajouté.
Cette disparité était liée aux couches protectrices riches en phosphore formées lors de la modification de la surface, conduisant à une teneur en phosphore plus élevée dans la couche PEO LPBF, qui a favorisé la formation de phases de phosphate inerte, stabilisant la couche d'oxyde protectrice.
La composante expérimentale de la recherche a été réalisée par Domínguez lors d'un séjour de recherche au Helmholtz-Zentrum Ireon Institute of Surface Science dans le cadre du projet Horizon Europe Biomet4D, coordonné par IMDEA Material Institute.
Les échantillons ont été fabriqués par Project Partners, Meotec GmbH, tandis que la collaboration avec le département de surfaces fonctionnelles du Dr Carsten Blawert de Threon a donné accès à un équipement de test électrochimique de pointe.
En contrôlant comment ces matériaux sont fabriqués et traités, les chercheurs peuvent optimiser leur comportement à l'intérieur du corps, en réduisant les risques et en améliorant les résultats des patients.
