Summary

عند جهد اختبار التآكل

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

توفر التقنيات الكهروكيميائية طريقة سريعة وغير مكلفة نسبيا للحصول على خصائص الكهروكيميائية من مادة. وتستند هذه التقنيات أساسا على القدرة على الكشف عن تآكل المعدن من خلال مراقبة استجابة عملية تهمة نقل إلى اضطراب الكهروكيميائية التي تسيطر عليها 1-5. تآكل المعادن يزرع في بيئة الجسم أمر بالغ الأهمية نظرا لآثارها السلبية على توافق مع الحياة والمادية سلامة 6. العامل الرئيسي الذي ساهم في تآكل يزرع داخل الجسم هو حل أكسيد السطح مما يؤدي إلى زيادة إطلاق الأيونات المعدنية 7-11. وهذا يؤدي إلى ردود الفعل البيولوجية السلبية، التي يمكن العثور عليها محليا، ولكن مع الآثار المحتملة النظامية مما أدى إلى فشل سابق لأوانه من زرع 10،12-28.

ومن المتوقع خصائص التآكل لاختبار عينة من الفحص الاستقطاب المنتجةقبل potentiostat. تفحص الاستقطاب يسمح للاستقراء المعلمات الحركية وتآكل ركيزة معدنية. أثناء الفحص، وأكسدة أو الحد من الأنواع الكهربائية النشطة يمكن أن تكون محدودة بسبب تهمة نقل وحركة المواد المتفاعلة أو المنتجات. هذه العوامل كلها مغلفة بواسطة الفحص الاستقطاب. ولذلك فإن أهمية وجود نظام الذي ينتج مسح موثوق بها وقابلة للتكرار الاستقطاب عبر دورات متعددة ذات أهمية كبيرة. التركيز الرئيسي من هذا المخطوط هو توفير بروتوكول تحديد الأساس المنطقي والخطوات المتخذة للحصول على نظام التآكل عند جهد يعمل بشكل جيد.

Protocol

1. بناء صاحب العينة بناء صاحب العينة من الفواصل الفولاذ المقاوم للصدأ والمسمار M3 الفولاذ المقاوم للصدأ مترابطة، والذي عقد في مكان مع الجوز سداسية M3. إزالة رأس المسمار الخيوط باستخدام كماشة ?…

Representative Results

في ختام هذا الإجراء في المختبر نظام التآكل هو الإعداد لإجراء دراسات التآكل. تم اعتماد إجراءات معينة مثل تنظيف السفينة التآكل وقفص فاراداي في بروتوكول لتحسين أداء الضوضاء. المفهوم الأساسي للمسح الاستقطاب جيد هو تحديد الظروف الكهربائية المادي ?…

Discussion

وأظهرت مسح الاستقطاب التي تنتج من العينات الفولاذ المقاوم للصدأ المؤامرات المستمرة نظيفة الربط مع بالاشعة ينظر في الأدب يدل على نظام تآكل يعمل بشكل جيد والتي هي على حد سواء موثوقة واستنساخه 29. يتم التعرف على استنساخ ضعف إمكانات تأليب عند جهد مع انتشار بضع مئات …

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