Biocorrosion Resistance of Mg AZ31 alloy Nanocoated with ZrO2, HfO2 and TiO2 by Atomic Layer Deposition Method

Abstract

Magnesiumlegeringer med sin utmerkede kombinasjon av mekaniske egenskaper og biokompatibilitet, gjør dem egnet for biomedisinske implantater. Imidlertid begrenser deres høye korrosjonsrate i menneskekroppsmiljøet deres bruk i kliniske applikasjoner. Nylig har en coatemetode kalt «Atomic Layer Deposition» (ALD), fått oppmerksomhet for biokorrosjonsbeskyttelse av magnesium, fordi den gir svært tynne, presise og tette coatinger.

I denne masteroppgaven ble ZrO2-, HfO2- og TiO2-coatinger ved hjelp av ALD påført magnesiumlegering AZ31 for å undersøke om ALD er en egnet metode for å forbedre korrosjonsresistansen til legeringen. Egenskapene til coatingene ble evaluert gjennom potensiodynamiske polarisasjonstester, elektrokjemisk impedansspektroskopi og hydrogenutviklingsmålinger. Resultatene viste at alle ALD-coatingene forbedret magnesiumlegeringens korrosjonsmotstand. Imidlertid var korrosjonshastigheten til AZ31-prøvene fortsatt for høy til bruk i biomedisinske applikasjoner, og videre testing er nødvendig.

Due to magnesium alloys excellent bio-compatibility with human physiology, and the great mechanical compatibility with human bone, they are considered suitable for biomedical implant devices. However, their rapid corrosion rate in the human body environment limits their use in clinical applications. Recently, a coating technique called Atomic Layer Deposition (ALD) has gained attention for biocorrosion protection of magnesium as it offers very thin, conformal and pin-hole free coatings.

In this master thesis, ZrO2-, HfO2-, and TiO2-coatings prepared by ALD were deposited on magnesium alloy AZ31 to assess ALD’s applicability as a method to reduce the corrosion rate of this alloy. The coatings performances were evaluated through potentiodynamic polarisation tests, electrochemical impedance spectroscopy, and hydrogen evolution measurements. The results showed that all the different ALD-coatings improved the corrosion resistance of the alloy. However, the corrosion rate of the ALD-coated AZ31-samples is still too high to allow the use in biomedical applications, and further research is necessary.