Investigating the role of fine grain structure on mineral deposition and resistance to corrosion initiated mechanical failure of the fine grained AZ31 magnesium alloy

ABSTRACT

In the present work, fine grained AZ31 magnesium (Mg) alloy was produced by equal channel angular pressing (ECAP) and exposed to simulated physiological conditions to investigate the role of refined microstructure on biomineralisation, degradation and corrosion initiated mechanical failure. ECAP was carried out at 200°C in Bc route for up to four passes (one complete cycle) and a grain refinement up to 1.9 ± 1.1 μm was achieved in AZ31 Mg alloy from a starting size of 36 ± 4.1 μm. X-ray diffraction (XRD) analysis confirms the development of non-basal texture in the ECAPed AZ31 alloy. The phases deposited on the surface of the samples after immersion carried out in simulated physiological environment were analysed by XRD and scanning electron microscopy which confirms the higher level of mineral phase deposition on ECAPed AZ31 alloy due to increased surface energy (39.11 ± 2.1 mJ/cm²) compared with base alloy (20.5 ± 5.3 mJ/cm²). Higher tensile strength (169.9 ± 5.5 MPa) was observed for the fine grained AZ31 Mg alloy compared with the base alloy (120.5 ± 3.7 MPa) to resist the corrosion initiated mechanical failure after exposing the samples to corroding simulated physiological environment for 1 day.

Dans le travail en cours, un alliage de magnésium (Mg) AZ31 à grains fins a été produit par pressage en canal coudé (ECAP) et exposé à des conditions physiologiques simulées pour étudier le rôle de la microstructure raffinée sur la biominéralisation, la dégradation et la défaillance mécanique initiée par la corrosion. On a réalisé ECAP à 200°C dans la voie Bc jusqu’à quatre passes (un cycle complet) et l’on a obtenu un raffinement de grain jusqu’à 1.9 ± 1.1 μm dans l’alliage Mg AZ31 à partir d’une taille de départ de 36 ± 4.1 μm. L’analyse par diffraction des rayons X (XRD) confirme le développement d’une texture non basale dans l’alliage AZ31 traité par ECAP. On a exposé les pièces de fabrication à grains fins à un environnement physiologique simulé pendant 7 jours et le comportement de dégradation a été évalué par des mesures de perte de poids. Les phases déposées à la surface des échantillons après immersion ont été analysées par XRD et microscopie électronique à balayage, ce qui confirme le niveau plus élevé de dépôt de phase minérale sur l’alliage AZ31 traité par ECAP en raison de l’énergie de surface accrue (39.11 ± 2.1 mJ/cm²) par rapport à l’alliage de base (20.5 ± 5.3 mJ/cm²). On a évalué les propriétés de traction des échantillons avant et après exposition des échantillons à l’environnement physiologique simulée corrosif pendant 1 jour. Les résultats ont démontré la résistance à la traction plus élevée (169.9 ± 5.5 MPa) de l’alliage Mg AZ31 à grains fins par rapport à l’alliage de base (120.5 ± 3.7 MPa) pour résister à la défaillance mécanique initiée par la corrosion.

KEYWORDS:

• Mg alloys
• biomaterials
• corrosion
• ECAP
• biomineralisation
• tensile strength‌
• mechanical performance
• degradable implants

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