Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В период реализации проекта РНФ №24-73-10008 (первый год гранта, 2024-2025 г.) выполнены следующие научно-исследовательские работы, направленные на создание на поверхности биорезорбируемых магниевых имплантатов гибридных антикоррозионных покрытий нового поколения: - Проведен анализ литературных данных о существующих способах использования целенаправленно отобранных ингибиторов коррозии (на примере: L-цистеина, куркумина, мочевой кислоты, N,N’-бис(салицилиден)-м-фенилендиамина (основания Шиффа), пирокатехола) для повышения уровня коррозионной стойкости магниевых сплавов. - Выполнен синтез ингибитора коррозии – основания Шиффа. Проведено многоуровневое тестирование и отбор наиболее эффективных биосовместимых ингибиторов коррозии магниевого сплава (на примере магниевого сплава МА8 (система Mg-Mn-Ce, в масс.%: Mn – 1,3–2,2, Ce – 0,15–0,35, Mg – остальное)) без покрытия. - Установлены скорости коррозии сплава в присутствии ингибиторов коррозии гравиметрическим (на основании изменении массы образца) и волюмометрическим (на основании определении объема выделившегося в процессе коррозии магния водорода) методами. - Установлен с использованием традиционных электрохимических методов уровень барьерных свойств поверхностной пленки, сформированной при выдержке сплава в ингибиторсодержащих растворах. Установлена интенсивность электрохимической активности материала на микроуровне в физиологическом растворе без добавления ингибитора и в присутствии данного вещества. - Установлен химический анализ состава продуктов коррозии, образованных в результате выдержки материала в агрессивных средах, содержащих ингибитор. - Определен механизм действия наиболее эффективных ингибиторов коррозионной деградации, выбранных по результатам комплексного анализа, проведенного в первый год выполнения проекта. - Сформированы биосовместимые слои методом плазменного электролитического оксидирования, обладающие высокими антикоррозионными свойствами и подходящей для последующей модификации морфологией. Проведена проверка совместимости потенциальных эффективных ингибиторов (отобранных на основе данных скрининга, полученного в результате комплексного анализа) с матрицей защитного покрытия. Принято участие (с 10 докладами) в работе восьми международных и всероссийских конференций и симпозиумов. Результаты исследований, полученные в отчетный период реализации проекта РНФ, были опубликованы в 5 статьях, индексируемых в базах данных “Сеть науки”, Scopus, RSCI и РИНЦ. Получены следующие научные результаты: В рамках выполнения научно-исследовательских работ по гранту РНФ № 24-73-10008 за отчетный период (2024-2025 г.) проведено комплексное исследование, направленное на установление возможности применения экологически безопасных ингибиторов коррозии для магниевого сплава МА8 для последующего создании на поверхности биорезорбируемых имплантатов гибридных антикоррозионных покрытий с функцией самозалечивания и обладающих противовоспалительным действием. Основное внимание было уделено изучению механизмов защитного действия L-цистеина (CYS), куркумина (CURC), мочевой кислоты (UA), пирокатехола (PYC) и основания Шиффа (SB) в физиологическом растворе (0,9 % раствор NaCl). Проведен анализ литературных данных о существующих способах использования выбранных ингибиторов коррозии. В течение первого года выполнения проекта было синтезировано соединение N,N’-бис(салицилиден)-м-фенилендиамин (C20H16N2O2, основание Шиффа), используемое в качестве ингибитора коррозии. Структура данного соединения была изучена методом рентгенофазового анализа, масс-спектрометрии и ИК спектроскопии. Было проведено многоуровневое тестирование эффективности действия биосовместимых ингибиторов магниевого сплава, включающая традиционные методы оценки коррозионной стойкости (методами волюмометрии и гравиметрии), современные электрохимические методы (электрохимическую импедансную спектроскопию и потенциодинамическую поляризацию для установление уровня барьерных свойств поверхностной пленки), а также комплекс физико-химических методов анализа химического состава поверхностных слоев (рентгенофазовый анализ, рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию, сканирующую электронную микроскопию с энергодисперсионным анализом). Дополнительно применялись локальные электрохимические методы (сканирующий вибрирующий электрод и ионоселективный электрод), позволившие получить данные об интенсивности электрохимической активности материала на микроуровне в физиологическом растворе без добавления ингибитора и в присутствии данного вещества. Анализ результатов комплексного исследований позволил выявить следующую последовательность снижения коррозионной активности ингибиторов коррозии: CYS > CURC > UA > PYC / SB. Таким образом наиболее эффективными ингибиторами коррозии сплава магния являются основание Шиффа и пиракатехол (в концентрации 10-4 М). Для основания Шиффа характерно образование стабильных хелатных комплексов с поверхностью магния, тогда как пирокатехол способствует формированию плотных адсорбционных слоев. Фазовый и элементный анализ продуктов коррозии выявил принципиальные различия в составе и структуре формирующихся поверхностных слоев. РФЭС-анализ подтвердил влияние ингибиторов коррозии на состав поверхностного слоя, что свидетельствует об их непосредственном участии в защитных механизмах. На основании полученных данных установлен механизм действия используемых ингибиторов коррозионной деградации, заключающийся в адсорбции активных веществ на поверхности Mg и блокировании активных центров электрохимической активности. Изучена совместимость ингибиторов с матрицей покрытий, сформированных методом плазменного электролитического оксидирования. Установлено, что комбинация ПЭО обработки с наиболее эффективными ингибиторами позволяет достичь синергетического эффекта, обеспечивая дополнительное снижение скорости коррозии. Полученные результаты имеют важное значение для разработки новых подходов к контролю биодеградации магниевых имплантатов. Установленные закономерности могут быть использованы при создании перспективных биосовместимых покрытий с регулируемыми свойствами. В последующих исследованиях (второй и третий год выполнения проекта) будут разработаны способы формирования гибридных покрытий, содержащих инкапсулированный ингибитор коррозии. В отчетный период реализации проекта (2024–2025 г) результаты НИР были опубликованы в пяти статьях научных журналов, таких как, Theoretical Foundations of Chemical Engineering (две статьи), Цветные металлы (две статьи), Теоретические основы химической технологии (одна статья), индексируемых в базах данных “Сеть науки”, Scopus, RSCI и РИНЦ. Результаты исследований были освещены в десяти докладах на восьми международных и всероссийских конференциях и симпозиумах.