Magnesium alloys designed for medical applications

• Thesis title in Czech: Slitiny hořčíku určené pro lékařské aplikace
• Thesis title in English: Magnesium alloys designed for medical applications
• Key words: hořčík, biomedicína, ECAP, mikrostruktura, mechanické vlastnosti, koroze
• English key words: magnesium, biomedicine, ECAP, microstructure, mechanical properties, corrosion
• Academic year of topic announcement: 2015/2016
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Physics of Materials (32-KFM)
• Supervisor: doc. RNDr. Peter Minárik, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 04.11.2015
• Date of assignment: 06.11.2015
• Confirmed by Study dept. on: 26.01.2016
• Date and time of defence: 06.06.2018 09:00
• Date of electronic submission: 08.05.2018
• Date of submission of printed version: 08.05.2018
• Date of proceeded defence: 06.06.2018
• Opponents: prof. Ing. Dalibor Vojtěch, Dr.
• Advisors: doc. Dr. rer. nat. Robert Král, Ph.D.

Guidelines

1) Studium odborné literatury a zpracování rešerše.
2) Mikrostrukturní pozorování pomocí optické a elektronové mikroskopie.
3) Studium mechanických vlastností.
4) Studium korozních vlastností a biologické odezvy.
5) Diskuse výsledků a zpracování diplomové práce.

References

[1] H. Li, Y. Zheng, L. Qin, Progress of biodegradable metals, Prog. Nat. Sci. Mater. Int. 24 (2014) 414–422.
[2] Y.F. Zheng, X.N. Gu, F. Witte, Biodegradable metals, Mater. Sci. Eng. R Rep. 77 (2014) 1–34.
[3] M. Moravej, D. Mantovani, Biodegradable Metals for Cardiovascular Stent Application: Interests and New Opportunities, Int. J. Mol. Sci. 12 (2011) 4250–4270.
[4] S. Virtanen, Biodegradable Mg and Mg alloys: corrosion and biocompatibility, Materials Science and Engineering B 176 (2011) 1600–1608.
[5] B. Heublein, R. Rohde, V. Kasese, M. Niemeyer, W. Hartung, A. Haverich, Biocorrosion of magnesium alloys: a new principle in cardiovascular implant technology, Heart 89 (2003) 651–656.
[6] P. Minárik, R. Král, B. Hadzima, Substantially higher corrosion resistance in AE42 magnesium alloy through corrosion layer stabilization by ECAP treatment, Acta Physica Polonica A 122 (2012) 614–617.
[7] P. Minárik, R. Král, M. Janeček, Effect of ECAP processing on corrosion resistance of AE21 and AE42 magnesium alloys, Applied Surface Science 281 (2013) 44-48.

Preliminary scope of work

Potenciální použití hořčíkových slitin v medicíně přineslo další zvýšení zájmu o jejich výzkum a vývoj. Zásadní výhodou použití hořčíku je, že lidské tělo je schopno jeho přebytečné množství efektivně vyloučit. Proto na rozdíl od permanentních implantátů (nerezová ocel, titan, Co-Cr slitiny), otevírá použití hořčíku nové možnosti v chirurgii a ortopedii. Jeho přirozená degradace v biologických médiích je vysoce žádoucí pro dočasné implantáty. Malé odbouratelné koronární implantáty jsou v současnosti již v průběhu klinických testů. Nicméně, použití větších implantátů je stále limitované vzhledem k rapidní korozi vedoucí ke kumulaci vodíku v okolní tkáni a rychlému zhoršení mechanických vlastností. Klasický přístup k zlepšení korozní odolnosti je optimalizace složení slitiny. Avšak bylo dokázáno, že mikrostruktura materiálu je taktéž velmi důležitý parametr ovlivňující výslednou korozní odolnost. I přesto je pochopení jejího vlivu na korozní odolnost je stále neúplné. Hlavní náplní práce bude charakterizace mikrostruktury po různém zpracování vybraných slitin a studium jejího vlivu na mechanické vlastnosti, korozní odolnost a biologickou reakci.

Preliminary scope of work in English

Potential medical applications of magnesium alloys brought even increased interest in their investigation and development. Crucial advantage of medical use of magnesium is that human body is able to remove effectively any excessive amount of magnesium. Unlike the permanent implants (stainless steel, titanium, Co-Cr alloys), the use of magnesium opens new possibilities in surgery and orthopaedics. Natural degradation of magnesium in biological media is highly desired for temporary implants. Today, small degradable coronary stents are already being clinically tested. However, the use of larger implants is still limited due to the rapid corrosion leading to the hydrogen accumulation in the surrounding area and to rapid deterioration of mechanical properties. The classical approach to alter the corrosion resistance is based on optimization of chemical composition of the alloys. However, the microstructure was reported as crucial parameter affecting the final corrosion resistance. Despite the effect of microstructure is evident, the understanding of microstructural effect on corrosion processes in magnesium alloys is rather incomplete. The thesis focuses on experimental characterization of the microstructure after different processing of the selected alloys and investigation of its effect on the mechanical properties, corrosion resistance and biological response.