Стекломагниевый лист технические характеристики применение: Стекломагниевый лист: технические характеристики, применение, недостатки

Стекломагнезитовый лист: характеристики и использование

В современном обществе строительство и ремонт – процессы востребованные, а значит, требующие большего качества, но с меньшими денежно-временными затратами. Именно по этой причине современный рынок строительных материалов расширяет свой  ассортимент и функциональные возможности новыми видами отделочных материалов. Одним из таких является стекломагнезитовый лист, как его еще называют, новолист – более продвинутый, прочный, практичный и экологически чистый аналог гипсокартона, ОСБ-плит и фанеры.

Содержание:

1. Стекломагнезитовый лист: что это такое
2. Стекломагнезитовый лист характеристики
3. Стекломагнезитовый лист применение видео
4. Стекломагнезитовый лист применение отзывы видео видео
5. Стекломагензитовый лист классы

Стекломагнезитовый лист: что это такое

Стекломагнезитовый лист – это новый современный экологически чистый строительно-отделочный материал, позволяющий выполнять, если не все, то многие виды строительных работ, делать это быстро, более качественно и с меньшими финансовыми затратами.

До недавнего времени, единственным производителем и поставщиком стекломагнезитовых панелей был Китай, но в настоящее время на российском рынке присутствует стекломагнезитовый лист и отечественных производителей.

Как и многие строительные материалы, стекломагнезитовый лист имеет много названий, в зависимости от страны изготовителя, состава и назначения: стекломагниевый, ксилитоволокнистый, магнезиальноцементный или доломитоволокнистый лист, магнелит, стекломагнезитовая плита или просто – СМЛ.

Стекломагнезитовый лист – это «слоеный пирог» из стеклоткани (1%), и прочной и легкой смеси древесной стружки (15%), оксида магния (40%), хлорида магния (35%), перлита (5%), связующих композиционных материалов (4%).

В разрезе он выглядит так: внешний слой наполнителя; стекловолокно; основной, внутренний слой наполнителя; стекловолокно; наружный слой наполнителя.

Одна сторона СМЛ имеет шероховатую поверхность, что повышает адгезию со штукатурными и шпаклевочными смесями, без использования грунтовок. Другая сторона листа – гладкая зашкуренная поверхность, совершенно готовая для последующей финишной отделки плиткой или оклейке обоями, также, без использования грунтов.

Стекломагнезитовый лист характеристики

Если обобщить все сведения о стекломагнезитовом листе, предлагаемые производителями этого строительно-отделочного материала, то можно выделить следующие характеристики СМЛ:

— легкость: стекломагнезитовый лист вес имеет минимальный. Если сравнить ГКЛ и СМЛ одинакового размера и веса, то стекломагнезитовый лист будет, примерно, в 2 раза легче гипсокартона.  

— прочность: несмотря на легкость СМЛ, наличие мелкой, армирующей с обеих сторон листа, стеклосетки делает его прочным. Настолько, чтобы выдерживать, как достаточно сильные удары тупыми предметами, так и вес, воздействующий как горизонтально, так и вертикально.

— гибкость: стекломагнезитовый лист можно согнуть, практически, пополам и при этом – не сломать. Такое свойство СМЛ позволяет не только создавать криволинейные конструкции, но и с большим удобством и легкостью транспортировать стекломагнезитовый лист.

— влагостойкость: производители СМЛ, в рекламных целях, заявляют об этом свойстве стекломагнезитовго листа, без уточнения. Стекломагнезит А класса (премиум 01), действительно, влаго- и даже, водостоек.

— огнеупорность и низкая теплопроводность:  данные показатели характерны для всех классов СМЛ, в большей или меньшей степени. СМЛ А (премиум) класса выдерживает воздействие газовой горелки в течении 2-х часов, лишь обугливаясь и практически не проводя тепло, более 1000 0С на противоположную свою сторону.

— высокие показатели шумоизоляции:

благодаря вспученному перлиту – материалу пористому, стекломагнезитовый лист плохо или практически не проводит звук.

— легкость обработки: стекломагнезитовый лист, несмотря на свою прочность, так же легко, как ГКЛ кроится ножом, сверлится, не скалывается. Не крошиться, не пылит.

— высокая адгезия: наличие двух, уже готовых к применению для финишной отделки сторон с высокими показателями адгезии ко всем отделочным материалам и смесям, позволяют сэкономить время и деньги, т.к. позволяют не использовать грунтовки.

— многообразие размеров: стекломагнезитовый лист размеры имеет в достаточно широком диапазоне, но наиболее востребованными на сегодняшний день являются размеры 1220 на 2440 мм. Показатели толщины СМЛ – от 3 мм до 20 мм. Но самый востребованный — стекломагнезитовый лист толщина которого колеблется  от 6 мм до 12 мм.

— многообразие цветов и фактур:

СМЛ (окрашенный) имеет внешний финишный слой,

влагостойкий по своим показателям, при этом имеющий самостоятельное фактурное и цветовое решение.

Стекломагнезитовый лист применение видео

Благодаря многочисленным универсальным характеристикам стекломагнезитовго листа его применение – практически, не ограничено такими показателями, как влажность и температурный режим.

Применяется СМЛ для:

— облагораживания фасада здания: стекломагнезитовый лист для фасада – быстрый вариант не только возвести, утеплить, защитить, но и украсить свой дом снаружи.  

— сооружения несъемной опалубки при возведении как отдельных стен здания, так и заборов.

— утепления стен, как изнутри, так и снаружи.

— создание основы крыши под гибкую черепицу.  

— создания огнеупорного барьера вокруг печей, каминной, т.п.

— всех видов внутренней отделки помещений (полов, стен, потолков, сооружения перегородок, оригинальных интерьерных форм) как червой, так и финишной. Вот стекломагнезитовый лист фото применения которого говорит само за себя:

— отделки помещений с повышенной влажностью: бассейны, бани, т.п.

О том, какими еще полезными свойствами обладает, как используется, т.е. о том, что такое стекломагнезитовый лист видео расскажет более наглядно:

Стекломагнезитовый лист применение отзывы

При всех положительных качествах и отзывах об использовании стекломагнезитовгого листа, заявляемых как производителями, так и покупателями различных стран,

в сети Интернет все же появляются видео подобного рода с негативными отзывами об эксплуатации СМЛ:

Причина разрушения СМЛ от влаги:

— желание сэкономить: стекломагнезитовый лист цена на который будет достаточно высокой, будет соответствовать заявленным производителем характеристикам.

— не соблюдение технологии: для определенных видов работ используются СМЛ определенных характеристик: толщины, плотности, — т.е. определенного класса.   

— отсутствие маркировки на стекломагнезитовых листах (со стороны производителей) часто не позволяет самостоятельно определиться с выбором нужного класса стекломагнезитового листа. А риск быть обманутым недобросовестным продавцом – возрастает.

Стекломагензитовый лист классы

Как и любой строительно-отделочный материал, стекломагнезитовый лист имеет несколько классов прочности (устойчивости к разнообразным влияниям внешней среды).

При производстве СМЛ в Китае, определенный класс обозначался буквой латинского алфавита и предполагал определенную плотность материала. Чем выше плотность, тем выше его показатели по устойчивости к воздействию влаги:

— класс А: СМЛ имеет плотность не менее 1750 кг/ м3.  

— класс B: плотность листа — 1500 кг/м3.

— класс C: плотность листа — 1250 кг/м3.

— класс D: плотность — 1000 кг/м3.

— класс E: плотность — 700 кг/м3.

— класс F: плотность  не менее 500 кг/м3.

— класс G: плотность листа менее 500 кг/ м3

Российские же производители упростили маркировку, сделав ее боле понятной покупателю:

— Премиум 02 (плотность листа соответствует маркировке «класса А» СМЛ китайского производства): стекломагнезитовый лист этого класса водо- и влагостоек и моет использоваться во влажной среде и для наружных работ.

— Премиум 01 или класс А (аналог китайского «класса В»): может использоваться для наружных работ, при условии дополнительной внешней защиты: термошуба, фасадная штукатурка и т.п.

— Стандарт или класс В (аналог класса С и D китайских производителей): данный стекломагнезитовый лист может быть использован только для внутренних работ, в помещениях с нормальной влажностью.

Стекломагнезитовые листы, соответствовавшие бы классам  E, F, G китайских производителей, в России не производятся, т.к. получили массу нареканий со стороны покупателей и строителей по запасу прочности и восприимчивости к влажности помещений.

Стекломагнезитовый лист: применение, недостатки | Советы специалистов

В настоящее время использование штукатурных растворов в отделочных работах заметно сократилось. Это связано, прежде всего, с появлением листовых отделочных материалов. С совершенствованием технологии производства заметно снижается их стоимость, а полученный результат значительно превосходит возможности обыкновенной штукатурки.

Учитывая неудобства и сложности, возникающие при работе, как с цементными, так и с известковыми растворами, отказаться от такого способа отделки в пользу листового материала весьма резонно. Помимо этого, благодаря использованию в строительстве плит удается избежать растрескивания, отслоения и других недостатков, присущих оштукатуренным поверхностям.

Характеристики листовых материалов довольно разнообразны, поэтому подобрать материал оптимальный в конкретно взятом помещении не составит особого труда. Наряду с такими материалами как, гипсокартон, ЦСП, ДВП, ДСП, стекломагнезитовый лист, применение недостатки, достоинства и основные эксплуатационные характеристики которого будут рассмотрены в статье, достаточно широко используется как для внутренней, так и для внешней отделки помещений.

Для правильного определения материала необходимо знать его структуру, свойства, преимущества, недостатки, применение стекломагнезитового листа. Тщательно ознакомиться с его эксплуатационными характеристиками.

Что такое стекломагнезит?

Основными компонентами, определяющими свойства, и сферу применения стекломагниевых листов являются:

• Оксид магния;
• Хлорид магния;
• Мелкодисперсная древесная стружка;
• Перлит;
• Армирующая сетка из стекловолокна.

Линейные размеры стекломагниевого листа составляет 2440х1220 мм, а толщина может варьироваться от 3 до 20 мм.

Важной особенностью материала является преднамеренное разделение на классы в зависимости от эксплуатационных характеристик, процентного соотношения компонентов и общего качества изделия. В зависимости от класса область применения стекломагнезитового листа может значительно различаться.

Использование материалов низких сортов допускается только для внутренней отделки помещений с незначительными показателями влажности и не предусматривает значительных механических нагрузок, в то время как материал премиум класса универсален и может быть использован даже для наружных работ.

Кроме этого, использование СМЛ, возможно как при простой облицовке, так и для декоративно-прикладных работ, имеет еще одну важную особенность: две стороны плиты имеют абсолютно разную текстуру, поэтому практически невозможно сказать, какая сторона лицевая. Дело в том, что одна сторона (СМЛ) отличается высоким качеством и если монтаж был проведен качественно, не нуждается даже в финишной отделке. Другая сторона имеет шероховатую поверхность с повышенной адгезией, что более удобно для нанесения слоя шпаклевки.

Качественный стекломагнезитовый лист настолько универсален, что сфера его использования заслуживает более детального рассмотрения, однако, как говорилось выше, не стоит забывать о том, что вряд ли существует другой материал, возможность использования которого настолько зависит от его качества.

Стекломагниевый лист – применение

Как уже говорилось, СМЛ можно использовать как внутри, так и снаружи здания. При внутренних работах материал можно использовать как для укладки пола, так и для монтажа подвесных потолков, для выравнивания стен и создания поверхностей под укладку керамической плитки, другими словами, трудно найти в помещении такое место, где его нельзя было бы использовать. В зависимости от толщины возможны следующие варианты применения стекломагнезитового листа:

• 4-6мм используются для монтажа ярусных и гладких подвесных потолков;
• 6мм оптимальная толщина для выравнивания любых дефектов стен;
• 10мм применяют, как правило, для устройства чернового настила полов;
• Стекломагнезитовые листы 10 мм и более широко используется для фасадной отделки и монтажа несъемной опалубки.

Для правильного выбора материала необходимо изучить условия эксплуатации и возможные неблагоприятные воздействия, поэтому рассмотрим его сильные и слабые стороны.

Преимущества стекломагниевого листа

Говорить о достоинствах и недостатках, применения стекломагнезитового листа весьма непросто, поскольку они зависят от качества магнезита (СМЛ). Например, при одной и той же толщине плит, сравнивать плюсы и минусы премиум материала и эконом листов невозможно, поскольку эти листы не имеют между собой ничего общего, помимо названия. И все же попытаемся выделить принципиальные моменты. К безусловным достоинствам материала можно отнести:

• Высокая механическая прочность;
• Легкость, при практически одинаковых размерах стекломагниевый лист два раза легче гипсокартона той же толщины;
• Гибкость, обеспечивающая возможность монтажа криволинейных поверхностей;
• Повышенная огнестойкость;
• Наличие антисептических и бактерицидных свойств.

Перечисленные достоинства обеспечивают использование стекломагниевого листа в любой области строительства. Особо следует отметить экономическую целесообразность использования: дело в том, что при монтаже глянцевой поверхностью наружу не обязательно проведение финишных работ перед поклейкой обоев и последующей покраской, в масштабах всего ремонта это позволяет сэкономить значительные средства.

Учитывая объективные факторы, можно сказать, что минусы магнезита (СМЛ) не носят системного характера и проявляются только в случае некачественного материала, и все же отметим наиболее характерные:

Недостатки стекломагнезитового листа

• В случае несоблюдения технологических параметров, резко возрастает хрупкость;
• Увеличивается количество сколов и других дефектов как на поверхности плит, так и по периметру;
• Особую опасность представляет использование некачественного материала на ответственных участках строительства.

Если сопоставить плюсы и минусы то получается что стекломагниевый лист (СМЛ), характеристики которого, является универсальным отделочным материалом. Использование его для всего спектра строительных работ позволяет за счет оптовых закупок экономить существенные суммы. Высокие эксплуатационные показатели стекломагнезитового листа обеспечивают проведение ремонта на самом высоком уровне.

Стекломагниевый лист применение в строительстве

Современный рынок строительства диктует все более жесткие критерии качества, экологичности и безопасности материалов. В условиях жесткой конкуренции на плаву могут удержаться только материалы, которые удачно совместили дешевизну и хорошие качества. Именно таким материалом является СМЛ — стекломагниевый лист. Рассмотрим основные свойства материала и его применение в строительстве.

Материал появился достаточно давно, но широко используется только последние 10 лет. он имеет множество названий: стекломагниевый лист, стекломагнезитовый лист, магнезитовый лист, доломитоволокнистая плита, магнелит, магнезиальноцементная плита, ксилитоволокнистый лист или просто СМЛ. Материал стал хорошим заменителем ЦСП, гипсокартонным плитам, OSB и пр. Он обошел их по всем качественным характеристикам. СМЛ наибольшее распространение получил в Китае и стоит заметить, что более 80% объектов Пекинской олимпиады были построены с применением СМЛ. Почему вокруг него сегодня такой ажиотаж?

Основные достоинства стекломагниевого листа

1. Стекломагнезитовый лист является экологически чистым материалом в составе которого не присутствует асбест или фенол, что позволяет беспрепятственно использовать его в жилых помещениях.

2. Стекломагниевый лист не боится воды. Не разбухает и не теряет своих свойств даже после нескольких суток нахождения в воде. Тем не менее не является паробарьером, свободно поглощая и отдавая ее во внешнюю среду. Это следует учитывать при отделке стекломагниевых листов.

3. Стекломагниевый лист не горючий материал. Обладает крайне низкой теплопроводностью и повышенной устойчивостью к высоким температурам. Часто применяется в огнезащитных конструкциях как термобарьер.

4. СМЛ имеет хорошие показатели прочности, не требует специфических крепежных элементов (в отличии от ГКЛ), крепится любыми крепежными элементами (саморезами по металлу, дереву, гипсокартону, гвоздями). Прочностные характеристики позволяют выдерживать тяжелые навесные элементы, при этом не крошится и не ломается.

5. Стекломагниевый лист легко обрабатывается подручными средствами. Раскрой проводится канцелярским ножом, ножовкой, циркулярной пилой и т.д. Легко обрабатывается наждачной бумагой, фрезами, коронками.

6. СМЛ позволяет использовать любые типы отделки. Легко штукатурятся, ровная поверхность уменьшает трудозатраты при укладке кафельной плитки. СМЛ легко окрашивается или оклеивается обоями.

7. Приемлемая стоимость СМЛ. Простота производства сделали материал доступным для населения.

Стекломагниевый лист применение в строительстве

Благодаря всем вышеперечисленным свойствам, сферы использования материалов безграничны. От отделки, до элементов несущих конструкций.

Использование СМЛ в качестве отделки. СМЛ подходит как для внутренней так и для внешней отделки, может стать хорошей заменой сайдингу. СМЛ не горючий материал, а сайдинг самозатухающий, к тому стекломагнезитовый лист легко окрашивается, что дает место для фантазии. При окраске стоит помнить, что СМЛ паропроницаем и при выходе влага будет поднимать краску, если та будет паробарьером. Используйте эластомерные краски или фасадные водоэмульсионные.

Термосвойства позволяют использовать стекломагниевые листы как огнезащиту для жилья или в производственных помещениях.

Использование стекломагнезитовых листов в качестве опалубки. Для несъемной опалубки рекомендуется использовать СМЛ премиум класса. Первым делом заливаете цементную подготовку для удобства последующего закрепления СМЛ. После чего последовательно по 400-600 мм заливается пенобетон или полистиролбетон с расчетным армированием. Каждому слою необходимо давать схватиться около 24 часов. Предварительной обработки поверхность листов не требует.

Использование стекломагниевых листов в качестве полов и потолков. СМЛ полностью способно заменить традиционные материалы, такие как OSB, ЦСП или ГКЛ. Несущая способность и влагостойкость дает свободу применения как в качестве полов, перегородок и потолков. Толщины СМЛ в 12 мм хватит для создания прочного основания под плитку, которое через 3 года не пойдет волнами.

применение, технические характеристики, недостатки стекломагниевых панелей, монтаж (видео)

В настоящее время рынок отделочных материалов отличается большим многообразием, что позволяет подобрать подходящую продукцию. У плитных изделий наблюдается наибольший ассортимент, среди которого можно отметить стекломагнезитовые листы. Материал еще не получил широкого распространения даже несмотря на выгодные отличия от других вариантов.

Что представляют собой панели СМЛ

Расшифровка аббревиатуры СМЛ – «стекломагнезитовый лист», он также называется стекломагниевый или магнелит. Поскольку продукция появилась сравнительно недавно, ее изготовлением занимаются немногие, что снижает популярность.

Особенности материала определяются его составом:

• оксид магния – не менее 40%;
• хлорид магния – около 35%;
• древесная стружка – 15%;
• перлит – 5%;
• композиционные добавки, обеспечивающие связку компонентов – 4%;
• стеклоткань – 1%.

Производство СМЛ осуществляется по следующей схеме:

1. Смешивается сухое сырье. На этом этапе важно соблюсти пропорции.
2. Массу разводят заранее подготовленным раствором и размешивают до нужной консистенции.
3. Отливается форма с учетом очередности слоев.
4. Получившиеся детали прокатываются специальным инструментом и отправляются на сушку, после чего нарезаются на нужный размер.

Для производства стекломагнезитовых листов используются высокотехнологичные линии и дорогостоящее оборудование, чем отчасти объясняется высокая цена на материал

Конечная структура плиты имеет несколько слоев: внутренний пласт (основа) и расположенное с обеих сторон стекловолокно, отвечающее за прочность. Армирующая сетка делает лист полностью защищенным.

Внешние слои магнезита существенно различаются: одна сторона шершавая, что дает возможность быстрой облицовки шпаклевочными смесями, другая имеет гладкую основу, которая позволяет уложить плитку или окрасить поверхность в нужный цвет. Грунтовку можно не использовать в обоих вариантах.

Магнелит — единственный на рынке облицовочный лист, у которого каждая из 2 сторон приспособлена под чистовую отделку определенными материалами

На заметку! Единый ГОСТ для продукции отсутствует, поэтому все изделия производятся на основе зарубежных нормативов или ТУ.

Достоинства и недостатки

Плюсы панелей СМЛ:

• Высокая прочность. Детали способны выдерживать серьезную механическую нагрузку даже при точечном воздействии. Предельная надежность достигается за счет армирующей стеки.
• Экологичность. Материал полностью безопасен для здоровья человека и животных, отравляющие вещества не выделяются даже при сильном нагреве.
• Эластичность. Хотя стекломагниевые листы отличаются прочностью, их можно гнуть практически пополам. Но не все изделия имеют такие параметры: варианты низкого качества очень ломкие.

  Высокий уровень эластичности СМЛ позволяет монтировать листы на радиальные поверхности, к тому же при усадке дома вероятность появления трещин минимальна

• Небольшой вес. Элементы легко транспортировать и переносить, а обшивка не оказывает нагрузку на основание.
• Огнестойкость. СМЛ – негорючий материал, он не поддерживает и не распространяет пламя.

  Относительно легкий, пористый лист на основе оксида магния не только выдерживает высокие температуры, но и выступает в роли теплоизолятора

• Способность переносить серьезные температурные колебания. Поверхность выдерживает многочисленные циклы заморозки и разморозки и не изменяет структуру.
• Долговечность. Продукция высшего класса имеет срок службы от 30 до 50 лет, в зависимости от места использования.
• Декоративность. Детали применяются не только для черновых, но и для чистовых работ. Это достигается за счет разнообразных покрытий, которые обеспечивают нужный визуальный эффект. Наиболее популярными являются ламинированные варианты.

  Высокая стоимость ламинированного стекломагниевого листа во многом компенсируется за счет того, что он не нуждается в финишной отделке, соответственно, времени, сил и средств на обустройство поверхностей уходит в разы меньше

Минусов у материала немного:

• Низкая устойчивость к воздействию влаги, что может вызвать расслоение листов.
• Хрупкость. Особенно повреждениям подвержены края и углы.

Но эти недостатки свойственны изделиям самого низкого качества. Продукция, выпускаемая по нормам и правилам с точным соблюдением пропорций, может иметь только один существенный минус – значительную стоимость.

Неправильный выбор материала и чрезмерная экономия средств при закупке в большинстве случаев приводят к последующему разрушению облицовки

Разновидности материала

СМЛ принято разделять по характеристикам на три основные категории:

1. Бюджетные. Самый низкий класс, включающий дешевые панели толщиной от 4 мм. Такая продукция не отличается влагостойкостью и морозоустойчивостью, поэтому применяется исключительно для работ внутри помещения и только на участках, не испытывающих серьезной нагрузки. Детали имеют низкую износостойкость, поэтому не подходят для помещений с высокой проходимостью.
2. Стандартные. Это наиболее популярная и часто встречающаяся разновидность. Качество элементов существенно отличается от предыдущего варианта. Панели обладают множеством достоинств, что подразумевает их использование для процессов не только внутри, но и снаружи. Класс «Стандарт» представлен светлыми оттенками.
3. Премиум. Магнезитовые материалы высочайшего качества, обладают не только прочностью, но и самыми лучшими значениями водостойкости. Область применения не имеет ограничений, поэтому элементы можно использовать для фасадной и кровельной облицовки. Особенность таких материалов – очень высокая цена.

Кроме низкой цены, плохое качество товара может выдавать темный цвет и грубо обрезанные края листов

Приобретать стекломагнезитовые листы необходимо в проверенных строительных магазинах, отдавая предпочтение известным брендам. Материал обязательно должен иметь подробную инструкцию на этикетке или в дополнительных документах.

На заметку! Серьезные изготовители сопровождают продукцию сертификатами, которые подтверждают не только отсутствие вредности, но и показатели огнестойкости. Также учитывают, что наличие на одной из сторон покрытия из флизелина свидетельствует о низком классе изделия.

Технические характеристики

Качественный лист СМЛ обладает следующими свойствами:

1. Теплоизоляция – около 0,14 Вт/моК.
2. Плотность – от 1000 кг/м3 у бюджетных вариантов, до 1700 кг/м3 у высшего класса. Встречаются разновидности с показателями около 500 кг/м3, которые рекомендуется не использовать.
3. Прочность на изгиб – 16 мПа, при высокой влажности – 22 мПа.
4. Теплопроводность – 0,21 Вт/м°С.
5. Разбухание – в пределах 0,34% при водоотталкивании 95%.
6. Класс горючести – по ГОСТу материал относится к группе Г1, что делает его полностью безопасным.

Стандартные размеры:

• ширина – 122 см;
• длина – 244 см;
• толщина – от 4 до 12 мм.

Учитывают, что при толщине 12 мм вес деталей может существенно различаться: изделия категории «Стандарт» будут иметь массу 46,4 кг, а класса «Премиум» – 34,2 кг. Это происходит из-за разной технологии производства.

Хотя в теории параметры стекломагниевых листов схожи, существует четкое разделение на материал для наружных и внутренних работ

Область применения

Сфера использования стекломагнезитовых листов довольно обширна:

• Обшивка стен во всех помещения дома или квартиры (в том числе в ванной) для получения ровной поверхности и повышения энергоэффективности строения.
• Облицовка потолков. Для подвесных конструкций используются изделия толщиной до 6 мм.
• Возведение межкомнатных перегородок. Учитывают, что СМЛ нельзя применять для усиления несущих конструкций.
• Обшивка фасадов при условии последующей декоративной отделки. Для этого целесообразно использовать исключительно качественные материалы.
• Укладка на пол. Черновое основание из плит получается предельно надежным, если выбирать для работы варианты толщиной 10 мм.
• Настил под мягкую кровлю. Листы хорошо изолируют чердачные помещения.
• Изготовление несъемной опалубки.
• Высокий класс огнестойкости дает возможность использовать материал для объектов или участков, подверженных возникновению пламени. Продукция высокого класса способна выдерживать прямое воздействие огня и температуры 1000 градусов.

Изделия могут применяться и для других работ.

Сфера применения стекломагниевого листа «Премиум» класса в частных домах и городских квартирах практически не ограничена, в то время как «Стандарт» нужно подбирать под конкретный участок

Монтаж стекломагниевых панелей на стены

Технология предполагает выполнение всех работ исключительно своими руками без привлечения специалистов. Для этого потребуется стандартный набор инструментов и приспособлений, заранее подготавливается место облицовки, удаляется все лишнее.

Порядок укладки стекломагниевых панелей для стен:

1. Перед началом работ плиты выдерживают в доме. Если осуществляются наружные мероприятия, то листы должны храниться в сухом помещении. Дело в том, что слишком влажные детали очень сильно гнутся.
2. Между смежными элементами обязательно формируется зазор в половину толщины фрагмента. Температурной деформации не подвержены только изделия самого высокого класса.
3. Фиксация осуществляется на каркас. Для создания обрешетки рекомендуется использовать металлический профиль (как для гипсокартона).

   Так как вес СМЛ и ГКЛ отличается незначительно, каркас под эти материалы монтируется одинаковый

4. Обработке СМЛ следует уделить особое внимание. Резать плиты лучше болгаркой или электрическим лобзиком. Для этого детали укладываются на ровное основание, после чего выполняется разметка. Можно использовать строительный нож, но такой метод подходит для тонких листов. Из-за наличия армирующей сетки подрезку нужно выполнять с двух сторон, иначе велика вероятность получения слишком неровного края, что потребует доработки.

   Если болгарки или электролобзика под рукой не оказалось, то лучше отдать предпочтение ручной ножовке, так как качественно прорезать стекловолокно строительным ножом проблематично

5. Изделие крепится на саморезы, что иногда предполагает предварительное рассверливание и создание посадочного места для углубления шляпки.
6. Стеновые панели набираются по стандартной схеме. Детали выставляются с учетом зазора от пола и потолка и фиксируются по заранее составленному плану. Шаг между точками крепежа варьируется от 20 до 35 см.

   СМЛ и ГКЛ монтируются по аналогичной схеме, разница заключается лишь в том, что под стекломагнезит используются специальные саморезы со шлицами на головке для нарезки подтая

Обшить вертикальные конструкции можно намного быстрее и проще. Для этого плиты необходимо монтировать на специальный профиль для СМЛ: детали выставляются в стартовые планки, стыкуются между собой соединительными молдингами, а углы обходятся при помощи специальных элементов. Такая технология заметно облегчает монтаж, требует меньше времени и позволяет выполнять работы без повреждения листов.

На заметку! Установочный профиль лучше всего подходит для декорированных материалов, поскольку не позволяет выполнять сплошную облицовку.

Специализированные профили хороши только для монтажа ламинированных листов в сухих, отапливаемых помещениях, для обустройства фасадов и сложных каркасов он не подходит

Финишная отделка

В завершение необходимо заштукатурить стыки, а подсохшие участки зашлифовать. Если лист хорошего качества, то дальнейшие работы заключаются только в чистовой облицовке:

• Укладка плитки. Дополнительная подготовка не требуется.
• Оклейка обоями. При выборе бумажного варианта лучше выполнить грунтовку, а на стыках использовать специальную подкладочную ленту.
• Окрашивание. Для этого подходят любые составы, без подготовительных процедур.

Растущая популярность стекломагнезита во многом объясняется тем, что поверхность приспособлена под любой вид финишной отделки

Поскольку качество плит может разниться даже у одного производителя в зависимости от партии, нанесение грунтовки никогда не будет лишним.

Что лучше: СМЛ, ГВЛ или ГКЛ?

Чтобы ответить на этот вопрос, следует сравнить характеристики материалов:

1. Стекломагнезитовые листы имеют самые лучшие параметры. Изделия очень прочны, способны выдерживать серьезные температурные воздействия, а также практически не нуждаются в подготовке перед финишной отделкой.
2. Гипсоволокнистые плиты обладают хорошими качествами, но уступают СМЛ по ряду показателей.
3. Гипсокартон. Этот материал подходит только для внутренних работ. Продукция достаточно износостойкая для облицовки стен и потолка, но при механическом воздействии легко повреждается.

Сравнивать стекломагнезит с гипсоволокном или гипсокартоном не совсем корректно, так как тот или иной материал необходимо рассматривать применительно к конкретным условиям и ситуации

Стекломагнезитовые изделия постепенно набирают популярность, что связано с расширением производства на отечественном рынке, но стоимость продукции по-прежнему высока.

СМЛ панели — что это такое? Монтаж на стену, цена и отзывы

СМЛ панели – что это такое

Современные технологии в строительной промышленности не стоят на месте. Рынок строительных материалов постоянно пополняется новыми видами строительных и отделочных материалов. Относительно недавно стали использовать стекломагниевые лист, успешно превзошедший по своим показателям гипсокартон, гипсоволокно и ОСП. Применение стекломагневых листов на сегодняшний день считается лучшим по времени, качеству и монтажу способом отделки строений, требующий минимальной подготовки строительных операций.

Что такое СМЛ

Стекломагниевый лист (СМЛ) – новый вид листового строительного и отделочного материала, который дает возможность большинство работ сделать максимально быстро, качественно, с наименьшими затратами. На рынке он появился совсем недавно и почти сразу приобрел популярность среди потребителей и стал конкурентоспособным.

Описание

СМЛ – материал, в основе производства которого лежит магнезиальный цемент. Магнезитом заполняются стандартные по размеру формы и производится как железобетонная плита.

Одна из его сторон с шероховатой поверхностью, что позволяет повысить адгезию с материалом для шпаклевания и оштукатуривания. Другая из сторон с гладкой поверхностью, что дает возможность после монтажа сразу приступать к ее финишной отделке без необходимости использования грунтовки.

Состав

Стекломагнезит в своем составе содержит несколько компонентов с разным количественным объемом:

1. Оксид магния – основной компонент, составляет 40% от всего объема.
2. Хлорид магния-35%.
3. Древесная стружка-15%.
4. Перлит-5%.
5. Связующие композиционные вещества-4%.
6. Стеклоткань-1%.

В разрезе магнезит напоминает слоеный пирог, состоящий из слоев:

1. Внешний (лицевой) слой.
2. Первый стекловолокнистый слой.
3. Слой наполнителя.
4. Второй стекловолокнистый слой.
5. Наружный слой наполнителя.

Область применения

Область использования стекломагнезита чрезвычайно разнообразная и ни одно современное строительство не обходится без использования в отделке этого материала:

1. Применяется при облагораживании фасадов строений – рациональный вариант при возведении, утеплении, защите и придания эстетического вида любому строению.
2. Используется при возведении отдельных стен строения или заборов.
3. При утеплении – возможно применение при утеплении внутренних или наружных стен.
4. При возведении крыши – создает прочную основу для покрытия гибкой черепицей крыши.
5. Создание огнеупорной преграды около каминов и печей.
6. Применение во внутренней отделке строения.
7. При отделке помещений с высоким содержанием влаги – в бане, бассейне.

Технические характеристики

Обобщая все известные данные о нем, следует выделить следующие показатели:

• Легкость – имеет небольшой вес. При сравнении одинаковых листов гипсокартона и СМЛ, стекломагнезит легче почти в 2 раза.
• Прочность – присутствие мелкой стеклосетки делает показатель прочности высоким (способен выдержать сильные удары и большой вес, действующий по горизонтали и вертикали).
• Гибкость – легко поддается сгибанию, что позволяет его использовать для создания криволинейных конструкций.
• Влагостойкость – имеет высокий показатель устойчивости к влиянию повышенной влажности (не теряет своих свойств и не набухает).
• Высокий уровень пожаробезопасности и низкий показатель теплопроводности – этим характеристикам соответствуют все классы стекломагнезита. При воздействии на них открытого огня, только обугливаются и почти не пропускают тепло. Способен противостоять температуре до 1200С в течение 3 часов.
• Значительный уровень шумопоглощения – благодаря своей пористости почти не пропускает высокий звук.
• Легкость в обработке – несмотря на высокий показатель прочности, при обработке не откалывается, легко режется и сверлится.
• Высокая адгезия – разрешает не применять грунтовку при отделке.
• Экологически чистый – разрешено использовать при отделке помещений для больных бронхиальной астмой.
• Многообразие размеров, цветовой гаммы и фактур – дает возможность по своему вкусу и желанию придать интерьеру неповторимый вид.

Физико-механические свойства

• габаритные величины имеют показатели: 1200:2500мм, 1220:2440мм;
• стандартная толщина: от3 до 20мм;
• общий предел прочности от 1030- до 1050 кг/м3;
• показатель предела прочности продольных образцов на изгибе: от 4 до 16 Мпа;
• показатель предела прочности поперечных образцов на изгибе: от 1,2 до 9 Мпа;
• показатель твердости лицевой поверхности должна быть не меньше 20Мпа;
• высокий уровень морозостойкости: F35;
• показатель плотности 980-1050 кг/м3;
• показатель теплопроводности: 0,21 Вт/м;
• уровень звукоизоляции 46Дб;
• показатель паропроницаемости 0,11-0,14 мг/м;
• показатель изменения формы во влажном состоянии составляет не более 0,34%;
• показатель водонепроницаемости 95%;
• отсутствие вредных веществ;
• без запаха;
• негорючий;
• наличие всех сертификатов;
• выпускается по ТУ 5742-001-83147433-2009.

Классы СМЛ

Как и все материалы, применяемые в строительстве, стекломагнезит по показателям прочности и устойчивости к влиянию различных факторов окружающей среды, делится на соответствующие классы.

Для обозначения классов используют латинские буквы:

• Класс А – имеет плотность не менее1750 кг/м3
• Класс В – плотность составляет 1500 кг/м3.
• Класс С – лист с плотностью 1250 кг/м3.
• Класс D – плотность 1000 кг/м3.
• Класс Е – имеет плотность 700 кг/м3.
• Класс F – плотность равна 500 кг/м3.
• Класс G – плотность меньше 500 кг/м3.

Производители стекломагнезита в России используют другую маркировку для обозначения классов:

• Премиум 01 или класс А – плотность листа 1500 кг/м3, применяется при выполнении наружных отделочных работ.
• Премиум 02 – плотность не меньше 1750 кг/м3. Применяется при работах в помещениях с повышенным содержанием влаги.
• Стандарт или класс В – производится с плотностью от 1000 до 1250 кг/м3 и предназначен для выполнения работ в помещениях с нормальным показателем влажности.

Листы стекломагнезита, имеющие плотность ниже 1000 кг/м3 по причине низкой прочности, восприимчивости к повышенной влажности и низкого спроса на них, производителями в нашей стране не выпускаются.

Преимущества и недостатки

Все характеристики, которыми обладают СМЛ, при их применении дают большое количество преимуществ:

1. Влагостойкость. Имея повышенную устойчивость к воздействию влажности, не меняет свои форму и размер под влиянием на него влаги и горячего пара.
2. Экологичность. В составе не содержит вредные для организма асбест, фенолы, смолы и адгезивы, обладает антибактериальным эффектом.
3. Прочность и повышенная твердость позволяет конструкции, выполненной из СМЛ выдерживать значительные нагрузки.
4. Звуко- и теплоизоляция. Высокий уровень этих технических характеристик достигается за счет слоеной структуры. Имея коэффициент звукопоглощения 44 Дб, магнезит часто используется при отделке музыкальных студий.
5. Пожаробезопасность. Этот материал, обладая устойчивостью к воздействию открытого огня на него, применяется при отделке каминов, печей.
6. Эластичность. Магнезитовые плиты легко поддаются сгибанию, а это повод их использовать в отделке конструкций со сложной геометрией.
7. Малый вес и удобство при монтаже. Работать со стекломагниевым материалом очень легко и можно самостоятельно выполнять все работы с ним.
8. Высокий показатель его сцепления с другими отделочными материалами. Магнезит можно приклеивать к стене, крепить саморезами, оклеивать обоями, шпаклевать и ошкуривать.

Имея такое большое число преимуществ, количество его недостатков можно пересчитать по пальцам:

1. По сравнению с другими отделочными и строительными материалами имеет высокую цену.
2. Высокая его прочность. Это свойство является с одной стороны преимуществом, а с другой – существенным недостатком. Недостатком является трудность его в обработке. Инструменты, используемые в обработке, быстро тупятся.

Технология монтажа

Монтаж СМЛ происходит просто. При их монтаже применяются комплектующие:

1. Профиль и кронштейны.
2. Крепежные элементы.
3. Армирующая лента.
4. Шпаклевка.

В монтаже при отделке строений следует брать профиль из металла, кронштейны или обрешетку из дерева. Крепление производится в любом из направлений: в поперечном или продольном.

Для выполнения качественного монтажа магнезита, работа осуществляется в определенной технологической последовательности:

1. Установка несущих конструкций. Между профилями расстояние при монтаже их на стену-60 см, а на потолок-40 см.
2. Для повышения уровня звукоизоляции, на тыльную сторону профиля клеится звукоизоляционная лента.
3. Крепление листов происходит тыльной стороной внутрь (это та сторона, на которой видно сетку из стекловолокна, и она не шлифованная) с соблюдением некоторых советов:
   • расстояние между нижним краем листа и полом расстояние не больше 10 мм, затем оно заделывается шпаклевкой;
   • крепление идет от центра;
   • расстояние от края листа до шурупа не меньше 10 мм;
   • шаг крепления – от 10 до 15 см;
   • шляпку шурупа надо утапливать в лист;
   • промежуток между монтируемыми листами не должно превышать 5 мм;
   • в креплении можно использовать различные строительные клеи (жидкие гвозди, монтажная пена), наносятся на лист небольшими пятнами на расстоянии около 40 см.
4. Обрабатываются швы между СМЛ шпаклевочной смесью, предварительно с них следует удалить пыль и грязь.
5. Наклеить армирующую ленту на обработанные швы.
6. Нанести второй слой шпаклевочной смеси на 5-7 см шире первого слоя.

После завершения монтажа можно приступать к обработке поверхности СМЛ.

Цены

Лучшим строительным и отделочным материалом считается СМЛ. Это подтверждено отзывами профессионалов. Широкому и быстрому его распространению препятствует высокая, по сравнению с иными материалами, цена. На стоимость стекломагнезита влияет страна-производитель и его класс.

С более подробной информацией о ценах на него можно ознакомиться на страницах сайта производителей СМЛ.

Отзывы

Отзывы об этом новом и уникальном строительном материале в основном только положительные. Имея широкую сферу применения, СМЛ уверенно вытесняет другие строительные и отделочные материалы. Высоко оцененный профессионалами, стекломагнезит обретает постепенно популярность и среди обычных потребителей. Потребители положительно отзываются о его экономичности использования, долговечности в эксплуатации, простоте монтажа с учетом всех технических характеристик.

Подтверждением оценки о положительных качествах СМЛ, можно привести несколько отзывов о нем:

«Отличный материал сделали китайцы! Намного легче ГКЛ, не говоря уже про ГВЛ. Довольно гибкий, кажется, что вот-вот сломается, а ему хоть бы что. Заносили вдвоем плашмя и ни один лист не треснул и не сломался. Пробовал прикручивать обычным шурупом, в него шляпка не заходит, а использовал шуруп с двойной резьбой по ГВЛ-зашел как в масло»

«Стекломагнезит и правда в работе на порядок легче и прочней. И к нему все липнет – не оторвешь. Даже без использования грунта»

«У нас лежит 1,5 года и под дождем мокнет, и в морозы – никаких последствий!»

Но использовать его или нет – решает каждый сам. В таком деле лучшим советчиком является собственный опыт.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

СМЛ, стекломагниевые листы, технические характеристики, цена и обзор |

Поговорим о СМЛ. Стекломагниевые листы, технические характеристики, цена и плюсы изделий – тема данной статьи.

Иногда частный застройщик задает себе вопрос: а есть ли альтернатива гипсокартону и ОСП? С некоторыми другими свойствами и техническими характеристиками? Ситуации в строительстве ведь разные бывают.

Такой материал сегодня есть в магазинах. Это СМЛ — стекломагниевые листы. Что это такое?

Это современный строительный материал, состоящий, как правило, из хлорида и оксида магния, древесной муки, вспученного перлита, стеклосетки, рисовой шелухи и в некоторых случаях других компонентов.

Обычно состав стекломагниевых полит таков.

• Оксид магния — 35-45%.
• Хлорид магния — 30-40%.
• Древесная стружка — 15%.
• Перлит — порядка 5%.
• Стеклосетка — 1%.

Технические характеристики стекломагниевых листов (СМЛ)

Поскольку этот материал является по сути универсальным, его технические параметры будут несколько различаться в зависимости от применения.

Геометрические, весовые и количественные характеристики СМЛ в общем случае таковы.

Что касается остальных основных технических характеристик стекломагниевых листов, то они следующие.

1. Толщина плит — 3-30 мм (обычно с шагом 2 мм).
2. Плотность — 1-1.1 г/см³.
3. Влажность — 9-11%.
4. Водоотталкивание — свыше 95%.
5. Огнеупорность — шестимиллиметровая по толщине панель выдерживает нагрев до 1200°С и способна противостоять огню в течение 2-х часов.
6. Морозоустойчивость — свыше 50 циклов.
7. Водопоглощение — около 25-40%.
8. Звукоизоляция составляет порядка 44 дБ.

Цена СМЛ (стекломагниевых листов)

Конечно же, любого застройщика в первую очередь интересует цена на приобретаемый стройматериал. Это логично, ибо одна стоимость прибавляется к другой – и постепенно набегает приличная сумма.

Так что можно сказать о цене СМЛ?

Она в разумных пределах и может иметь такие значения.

Разумеется, все относительно. Цены меняются в зависимости от спроса, накруток и т.д. Многое зависит от того, в каком регионе делается покупка. Например, лист стандартных размеров кое-где может стоить порядка 580-880 руб/шт ( зависимости, конечно, от толщины). Или 253 руб/м². Это как повезет, смотря как далеко находится магазин от базы снабжения, т.к. в некоторых случаях придется учитывать еще и транспортные накрутки.

Таковы, в общем, технические характеристики СМЛ (стекломагниевых листов). Цены на них, как видим, приемлемые.

28.11.2017Egor11

Магниевый лист на деревянный каркас перегородки. Стекломагнезитовый лист – состав и процесс производства. Стекломагниевый лист СМЛ – характеристики

Стекломагниевый лист (СМЛ) – это инновационный строительный материал с отличными качественными характеристиками, применяемый в отделочных работах как внутреннего, так и наружного типа. За счет своих технических свойств продукт выступает в качестве неплохого аналога гипсокартонным листам, фанеры, плоскому шиферу, ДСП и др.

Стекломагниевые листы еще называют ксилолитоволокнистым листом (КВЛ), доломито-волокнистым листом (ДВЛ), известкововолокнистым листом (ИВЛ), магнезитовым листом или магнезитовой плитой. Все определения равнозначны.

Содержание статьи: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Технология производства СМЛ

Весь технологический процесс по производству стекломагниевых плит проходит в несколько этапов. Изначально заготавливаются специальные смеси согласно рецептуре, используют только экологичные компоненты, за основу берется вещество магнезит. Затем формируются листы и изготовляется полуфабрикат. Листы ламинируют с одной или обеих сторон. Такое шлифование выполняется в том случае, если не планируется подвергать материал дополнительному декорированию. Далее смывают частицы пыли и сушат листы в специальных сушильных камерах. На последних этапах процесса делается торцовка (обрезают неровные края), придают товарный вид материалу и упаковывают листы в пачку.

Технические характеристики стекломагниевого листа

• Магнезитовый лист представляет собой плиту с определенной толщиной, которая варьируется от 3 до 30 мм. Лист содержит: поверхностный (первичный) слой, стекловолоконную сетку, выполняющую укрепляющую функцию, специальный наполнитель, еще один слой сетки с укреплением и наполнитель внутренней стороны.

• Плотность листов выше других материалов и равна 1-1.1 г/см3, поэтому его можно использовать как напольное покрытие.

• За счет водостойкости (до 95%) листы применяют во влажных помещениях (ванные комнаты), коэффициент деформации при воздействии влажной среды составляет всего 0,34%.

• По силе сопротивления к изгибу стекломагниевый лист выигрывает у гипсокартона, но немного проигрывает ориентированно-стружечным плитам.

Преимущества СМЛ-панелей

Материал обладает следующими преимуществами:

• устойчивостью к влажной среде. Такие плиты остаются неизменными в форме и размере при высокой влажности. Они не расслаиваются и не вздуваются. Используются для предварительной отделки бассейнов, душевых кабин и саун;

• не боится огня. Материал негорючий и устойчив как к высоким температурам, так и к их перепадам, по технической документации способен выдержать до 1200°С. Используется для отделки каминов;

• стекломагниевые листы проверены на предмет морозостойкости – выдерживают 50 циклов замораживаний;

• за счет слоеной структуры плит, материал обладает отличными шумопоглощающими свойствами. Звукоизоляция стен из магнезитовых листов превышает звукоизоляцию кирпичных стен;

• наружная поверхность плит – гладкая, что позволяет сразу произвести поклейку обоев или окрасить лист краской;

• СМЛ-панели – экологически чистый материал, не несет вреда для здоровья;

Недостатки стекломагнезитового листа

На самом деле недостатков у этого материала не так много, некоторые из них касаются различий между классами.

• В листах класса «Премиум» содержится оксид магния в больших количествах, за счет этого структура материала очень плотная. Повышена не только огнестойкость, но и морозостойкость. Листы класса «Эконом» имеют хрупкие края, их эксплуатация недолговечна. Выделяемая соль при намокании способна привести к коррозии металла.

• Плиты низкого сорта отличаются хрупкостью, повышенным водопоглощением.

• Высокая стоимость высококачественного материала.

Применение стекломагниевых листов

Как было сказано выше, листы делятся на несколько классов, каждый из них имеет свои характеристики. Ключевым моментом в использовании плит является толщина плиты. Использование СМЛ напрямую зависит от этого критерия.

Толщина стекломагниевого листа	Сфера применения
до 3мм	при первичной отделке стен; при облицевании откосов; обшивка помещений.
до 8мм	при производстве сборных панелей; при сооружении подвесной потолочной конструкции; наружные отделочные работы; облицевание стен.
до 12мм	при устройстве межкомнатных перегородок; облицовка стен и фасадов; обустройство основы крыши.
до 30мм	обустройство несущих перегородок; отделка фасадов зданий; как настил для создания пола.

Как видно, стекломагниевые листы широко применяются в строительной сфере. Из СМЛ производят также мебель, эксплуатация которой планируется в помещении с повышенной влажностью. Помимо этого, из плит изготавливают рекламные щиты, баннеры, конструктивные элементы, которые долгое время сохраняют презентабельный вид, несмотря на воздействие окружающей среды.

Фасады из стекломагнеивых плит очень востребованы при строительстве производственных и промышленных сооружений. Выполняют следующие функции: защищают армирующие материалы от коррозии, эффективный способ по утеплению здания, предотвращение проникания внутрь помещения шумовых воздействий, выравнивание нарушенной геометрии здания.

Применение стекломагниевых листов в ванной комнате

Аргументы «за»:

• выдерживают высокую температуру и влажность;

• магнезитовые плиты не подвержены появлению плесени и грибка;

• хорошо крепится и держится плитка.

Аргументы «против»:

• материал низкого качества под воздействием влаги становится мягче;

• низкокачественные листы трескаются, кафельная плитка ломается.

Особенности монтажа СМЛ

Для установки СМЛ-панелей не обойтись без металлического профиля, шпаклевки, кронштейнов, саморезов и ленты для армирования. Перед началом работ необходимо установить несущую конструкцию. Именно для этого и нужен металлический профиль, также используются кронштейны и различного рода крепежи.

Стекломагниевые плиты крепятся как в поперечном, так и в продольном порядке. Если СМЛ укладывать поперечно, то плиты на стенах фиксируются горизонтально, на потолке соблюдается поперечный порядок. Если крепление происходит по продольной схеме, то соблюдается вертикальный порядок на поверхности стены, на потолке листы крепятся продольно.

При креплении СМЛ на металлическую конструкцию оставляют расстояние в 1 см между плитой и полом, позже оно заполнится шпатлевкой. Во избежание деформации материала листы фиксируются от центра, с постепенным переходом к внешнему краю. Саморезы нужно крепить на расстоянии в 25 см друг от друга, стекломагниевые листы высокого качества требуют предварительного сверления отверстий под них. Данный продукт можно не только сверлить, но и фрезеровать и забивать в него гвозди. Появление трещин и сколов исключено. Чтобы сделать отверстие, используйте лобзик, ножовку или дрель. Для шпатлевки применяйте любую штукатурную смесь.

• До начала проведения установочных работ следует убедиться, что материал сухой. Иначе он может изменить свою форму и будут трудности с его резкой.

• Нужно следить чтобы волокна на магнезитовых плитах располагались в вертикальном порядке, так повышается прочность и устойчивость конструкции.

• Для фиксации стекломагниевого листа можно использовать те же саморезы, что и при работах с гипсокартоном.

• Резать СМЛ нужно на ровной поверхности, располагайте гладкую сторону плиты сверху.

• Финишная отделка подразумевает: грунтовку шпатлевку и затирку.

Советы по выбору высококачественного стекломагниевого листа

Цена на данную продукцию формируется исключительно из его принадлежности к определенному типу. Некоторые продавцы пытаются выдать листы низкокачественного стекломагнезита за плиты «Премиум» класса. Чтобы правильно различить качество, обращайте внимание на:

• цвет материала: для высококачественных плит он должен быть желтым или бежевым. Продукция белого оттенка или серого говорит о низком качестве;

• ломкие края листов свидетельствуют об их растрескивании;

• по возможности опустите лист в емкость с водой, если по истечении двух часов вода потемнела, то материал лучше не приобретать;

• также лучше отказаться от покупки если основу листа составляет флезилиновая основа. Такой материал непрочен и легко возгорается.

В заключение можно сделать вывод о том, что СМЛ, действительно, качественный материал, который выигрывает по многим параметрам у своих аналогов. Главное, приобретайте его в проверенных магазинах или базах, где продавцы могут предоставить сертификат качества.

Стекломагнезитовый лист, применение, недостатки которого будут представлены в статье, является современным строительным материалом, имеющим превосходные качественные характеристики. Он имеет наиболее широкую область применения при осуществлении внутренних и наружных Ряд строителей полагает, что данные полотна, которые еще называются магнелитом, представляют достойную альтернативу гипсокартону. Именно поэтому вы можете задуматься, что выбрать — стекломагнезитовый лист (СМЛ) или

Первый материал превосходит второй по ряду показателей. Домашние мастера и представители профессиональных компаний наиболее часто используют стандартные материалы, что обусловлено отсутствием информации о новых решениях. Однако магнелит позволяет экономить средства и время при проведении работ.

Общее описание

Стекломагнезитовый лист, применение, недостатки которого будут описаны ниже, обладает интересной структурой. В его составе содержатся перлит, хлорид магния, а также мелкодисперсионная древесная стружка. В процессе производства используется и стеклотканевая сетка. У различных производителей отличается процентное соотношение ингредиентов, это обусловлено разными классами материала. Среди них можно выделить «Премиум», «Стандарт», «Экономкласс». Если вы хотите использовать более прочные листы, то следует предпочесть те, что обладают большим содержанием оксида магния. Как правило, стекломагнезитовый лист, применение, недостатки которого описаны в статье, содержит MgO в количестве 40%, это относится к товару премиумкласса, тогда как MgCl 2 добавляется в объеме 35%.

Особенности структуры

Материал изготавливается листов, толщина которых может изменяться в пределах от 4 до 12 миллиметров. Наиболее распространенными габаритами полотна считаются 2440х1220 миллиметров. Наружная сторона полотна обладает гладкой поверхностью, она не предполагает дополнительной обработки, на такое основание можно сразу наклеивать обои, а после наносить краску. Что касается стороны, то она является более шероховатой, так как не шлифуется. Установка листов может осуществляться любой стороной. Наиболее часто СМЛ устанавливается наружу тыльной стороной для обработки штукатуркой, что обусловлено более внушительными качествами адгезии.

Область использования

Если вас заинтересовали СМЛ (стекломагниевые листы), что это, где и как применять, непременно нужно выяснить еще до приобретения продукта. Описываемый материал обладает широкой областью применения, его используют для отделки зданий жилого, промышленного и общественного назначения. В частном строительстве СМЛ используются при необходимости установки арок, стен, перегородок, подвесных потолков. Данный материал может применяться при коммуникационных шахт, устройстве потолков. Удобно применять листы в роли несъемной опалубки для заливки легких бетонов. С помощью стекломагнезита отделываются внешние стены домов с последующим нанесением отделочных материалов.

Основные достоинства

Если вас заинтересовала СМЛ (магнезитовая плита), ее состав, преимущества и недостатки вы должны знать еще до момента начала работу. Среди плюсов можно выделить влагостойкость, незначительный вес, гибкость, устойчивость к биологическому воздействию, а также широкую область применения. Листы превосходно справляются с воздействием на их поверхность химических веществ. Потребители выбирают данный материал еще и по той причине, что он отличается экологичностью, устойчивостью к морозам, длительным сроком эксплуатации, прочностью и пожарной безопасностью. В последнем случае стекломагнезитовые листы превосходят аналогичные материалы. Полотно не горит даже при температуре в 1200 градусов. По степени горючести его можно отнести к наиболее высокому классу А. К нему относятся такие материалы, как металл, камень и бетон.

На какие положительные особенности еще стоит обратить внимание

Применение, характеристики которого упомянуты в статье, не расслаивается, не разбухает и не деформируется, что верно при достаточно долгом воздействии влаги. Материал отлично противостоит условиям с повышенной влажностью, что указывает на возможность использования листов в банях, саунах, бассейнах, а также в подвальных помещениях.

Для использования в условиях с высоким уровнем влажности немаловажным фактором выступает и другая характеристика, которая заключается в биостойкости. Поверхность полотен устойчива к воздействию грибков, плесени, насекомых и бактерий. Не вредят СМЛ кислоты и едкие щёлочи. Вы можете рассчитывать на высокую прочность стекломагнезита, которая достигает показатели в 16 МПа на изгиб. С листами удобно работать, так как они легко режутся и не крошатся, а также не растрескиваются.

Фиксацию можно производить с помощью гвоздей, саморезов, а также применять пневмопистолет. Полотна могут сверлиться. Если вас заинтересовали плюсы и минусы аналога гипсокартона непременно стоит рассмотреть. Среди положительных особенностей описываемого материала можно выделить еще и совсем незначительный вес, который меньше по сравнению с ГКЛ на 40%.

Морозостойкость и прочность

Если вам необходим материал, который обладает высоким показателем морозостойкости, то СМЛ как раз отвечает этим требованиям. Его морозостойкость составляет F50. Потеря механической прочности при этом не больше 3,5%. В процессе производства используется стеклоткань, которая выполняет армирующие функции. Это обеспечивает отличную гибкость и предохраняет от излома при перевозке и при осуществлении монтажных работ.

Качество долговечности и экологичности

Производители обещают, что СМЛ прослужит в течение 15 лет или больше. Конечный период жизнедеятельности будет зависеть от правильности монтажа, а также особенности эксплуатации. При использовании вы можете не бояться того, что полотно способно воздействовать негативно на здоровье человека. Это объясняется тем, что листы не имеют в составе вредных ингредиентов по типу формальдегида, асбеста, фенола и пр. Материал не способен вызвать аллергических реакций, поэтому его относят к экологическому продукту, который можно использовать даже в медицинских и детских учреждениях.

Минусы СМЛ

Если вы решили использовать стекломагнезитовый лист, применение, недостатки этого материала тоже важно выяснить. Среди последних можно выделить некоторые особенности низкокачественного стекломагнезита. При намокании он способен выделять соль, что может стать причиной возникновения коррозии металла. Материал низкого класса можно использовать исключительно для проведения внутренних отделочных работ, что предполагает отсутствие повышенной влажности и резких перепадов температур. Нельзя не обратить внимания и на отличие качества в зависимости от класса. При сравнении линий «Премиум» с «Эконом» у первого более внушительное содержание оксида магния. Помимо прочего, товар высшего класса изготавливается с использованием качественной стеклотканевой сетки, в которой ячейки меньше. У такого материала более плотная структура и повышенное качество огнестойкости, а также морозостойкости.

Качественный стекломагнезит

Если вы задумались о том, как отличить качественный стекломагнезитовый лист, то необходимо обратить внимание на цвет, который должен быть бежевым или желтоватым. Края материалы не должны быть ломкими, а вода после воздействия с листом — не становиться мутной.

Компания «РосМастерСтрой» предлагает Вам сравнительно новый материал для внешней и внутренней отделки жилых и нежилых помещений — стекломагниевый лист (аббревиатура: СМЛ ). Весьма широко распространены и многие другие названия и сокращения, обозначающие один и тот же материал — стекломагниевый лист СМЛ : магензитовая плита , магнезит, стекломагнезитовый лист, ксилолитоволокнистый лист, квл.

Стекломагниевые листы для внутренней отделки

Толщина	Размер мм	Лист м.кв	Вес листа	Кол-во листов в упаковке	Кол-во м.кв в упаковке
СМЛ 6мм	1220*2440	2,98	18	90	268,2	610,00 р.	570,00 р.
СМЛ 8мм	1220*2440	2,98	21,1	70	208,6	650,00 р.	650,00 р.
СМЛ 10мм	1220*2440	2,98	28,5	56	166,9	720,00 р.	720,00 р.
СМЛ 12мм	1220*2440	2,98	32,4	47	140,06	830,00 р.	830,00 р.

Стекломагниевые листы для наружных работ (премиум) и фасадов

Толщина	Размер мм	Лист м.кв	Вес листа	Кол-во листов в упаковке	Кол-во м.кв в упаковке	Стоимость за лист 1-7 паллет	Стоимость за лист от 7 паллет
СМЛ 6мм	1220*2440	2.98	21,4	75	238,4	700,00 р.	665,00 р.
СМЛ 8мм	1220*2440	2.98	26,7	60	178,8	780,00 р.	780,00 р.
СМЛ 10мм	1220*2440	2.98	35,2	50	149	860,00 р.	860,00 р.
СМЛ 12мм	1220*2440	2.98	42,9	40	119,2	1030,00 р.	1030,00 р.

СМЛ класс «Премиум 02» под промышленное и механизированное окрашивание и прочее декорирование плёнками ПВХ, пластикамиHPL, шпоном, алюминием и т.д.

Толщина	Размер мм	Фаска	Цвет	Кол-во листов в упаковке	Плотность	Стоимость за лист 1-7 паллет	Стоимость за лист от 7 паллет
СМЛ 6мм	1220*2440	Нет	Беж. полировка	75	1.1	980,00 р.	980,00 р.
СМЛ 8мм	1220*2440	Нет	Беж. полировка	60	1.1	1120,00 р.	1120,00 р.

Сравнение стекломагниевых листов с другими материалами

Материалы	Горючесть	Плотность, г/см3	Коэффициент звукоизоляции, ДБ	Разбухание, %	Прочность на изгиб: сух./влаж. состояние, мПа	Коэффициент теплопро- водности, Вт/мК
ОСБ	B2 (DIN 4102-1)	0,66	18	15	4/13	0,13
ДСП	Г3	0,6-0,74	19	22	3/3	0,37
ГКЛ	Г1	0,85	25	до 30	2/0,1	0,25
ГВЛВ	Г1	1,25	37	до 30	5,5/0,3	0,25
СМЛ листы	НГ	0,7 — 1,2	44	9,1	18/22	0,21
Аквапанель наружная	Г1	1,1 – 1,2	40	16	10/нет данных	0,36
ЦСП	Г1	1,1 – 1,4	36	16	12/нет данных	0,26

Новый материал позволяет изготавливать конструкции любой сложности, благодаря его высоким прочностным характеристикам. Листы не деформируются при правильной транспортировке, легко переносят любые способы обработки. Они не трескаются и не скалываются при резке или вкручивании саморезов. Прочность и надежность СМЛ премиум-класса настолько велика, что их даже можно использовать повторно.

СМЛ легче соответствующего по размеру листа гипсокартона. А учитывая, что этот материал значительно прочнее, вы можете использовать листы меньшей толщины при сохранении защитных свойств, при этом значительно снижая стоимость несущих конструкций, с меньшими трудовыми и временными затратами.

По этой характеристике СМЛ превосходит все материалы для стен. Листы могут гнуться с радиусом кривизны до трех метров. При этом не требуется никакой обработки и использования специальных инструментов — лист прекрасно гнется, не ломаясь. Благодаря этому упрощается строительство и отделка криволинейных поверхностей, кроме того, снижаются затраты из-за порчи материалов при переносе.

• Влагостойкость

Даже при длительном контакте с водой листы не разбухают. Благодаря этому материал можно использовать в любых помещениях с повышенной влажностью: бассейнах, саунах, душевых. При этом вы будете уверены в том, что конструкции со временем не деформируются.

• Огнеупорность

Материал не горит и при высоких температурах не выделяет опасных веществ. Вот почему специалисты рекомендуют стекломагниевый лист купить по низким ценам для изготовления каминов и других пожароопасных объектов, чтобы снизить риск воспламенения.

• Тепло- и звукоизоляция

Материал прекрасно изолирует шум и сохраняет температуру в помещении. Его активно применяют для наружной отделки, в том числе для звукоизоляции оконных откосов. Кроме того, листы подходят для внутренней отделки, обеспечивающей надежную защиту от любых внешних воздействий.

• Простота монтажа

СМЛ (стекломагнезитовый лист) значительно снижает цену монтажных работ, благодаря легкости его раскроя и крепления. Для раскроя материала достаточно сделать надрез стеклосетки с гладкой стороны и надломить по проведенной линии. Крепятся листы к металлу или дереву по тем же принципам, что и гипсокартон. Их можно сверлить, пилить и фрезеровать, все это не влияет на прочность и гибкость. На загрунтованные листы хорошо ложится краска, обои и другие отделочные материалы. Использовать можно обе поверхности материала: гладкую и шероховатую.

• Экологичность

Основной компонент СМЛ — природный минерал магнезит. Этот материал соответствует всем санитарно-эпидемиологическим требованиям. Его можно использовать в больницах и детских учреждениях. Листы не выделяют в воздух опасных для здоровья веществ, не подвержены распространению вредных грибков.

• Стойкость к биологическому воздействию

Материал включает в себя компоненты, которые не позволяют размножаться любым микроорганизмам. В результате на его поверхности не развивается плесень или грибки, способные повредить структуру листа. Материал также не подвержен воздействию насекомых и грызунов.

• Универсальность

Материал имеет максимально широкую сферу применения. Его можно использовать в любом климате, при любой влажности, для внешней и внутренней отделки, для создания изогнутых поверхностей. Стекломагниевый лист, цена которого довольно невысока, является абсолютно универсальным материалом.

• Экономичность

Как мы уже упоминали, легкость материала позволяет значительно снизить стоимость его доставки при покупке СМЛ оптом и в розницу.
При монтаже листов требуется минимальный набор инструментов и небольшая группа рабочих, что значительно снижает стоимость строительства и отделочных работ.
Материал отличается простотой в уходе и непревзойденной долговечностью. Он сохраняет свои эксплуатационные свойства не менее 50 лет, экономя ваши средства на ремонт здания. Если же вам потребуется произвести ремонтные работы, листы легко демонтируются и заменяются, при этом не нарушается целостность всей конструкции.

КАК МЫ РАБОТАЕМ

Стекломагнезитовый лист (СМЛ) или, как его еще называют, магнезитовая плита представляет собой материал белого цвета, армированный стеклотканью, обладающий высокой прочностью, гибкостью, влагостойкостью, огнеупорностью. Стекломагнезитовый лист является отличным материалом для монтажа стен и , применяется в качестве отделочного материала для потолочных плит, а также может использоваться для отделки пожарных выходов.

Стекломагнезитовый лист — комбинированная система из огнестойких материалов, содержащих перлит, оксид магния, каустический магнезит и другие соединения, изготовленная посредством безводного метода. При изготовлении стекломагнезитовых листов в качестве наполнителя используют древесную муку (стружку) и рисовую шелуху. Стекломагнезитовый лист с обеих сторон покрывается специальным ровингом.

Стекломагнезитовый лист считается хорошей альтернативой гипсоволокнистым и гипсокартонным плитам (ГВЛ), ДВП, ДСП и другим листовым материалам, при этом он обладает более высокой гибкостью, что дает возможность производить облицовочные работы на криволинейных поверхностях.

Стекломагнезитовые листы, как правило, имеют размеры 1220×2440 мм.

Свойства стекломагнезитовых листов

В первую очередь следует отметить, что стекломагнезитовые листы обладают очень высокой прочностью. Прочность СМЛ более чем в три раза превосходит прочность . Это свойство позволяет вбивать в СМЛ гвозди, применять клепки, саморезы и даже использовать листы повторно. Стекломагнезитовые листы при правильной транспортировке не разрушаются. Из них можно изготовить конструкции любой сложности. Стекломагнезитовые листы в процессе резки и обработки не дают трещин и сколов.

По сравнению с имеет меньший вес. А благодаря своим прочностным характеристикам в некоторых случаях можно использовать СМЛ меньшей толщины, что дает возможность уменьшить вес несущей конструкции и снять с каркаса часть нагрузки. Кроме того, относительно легкий вес стекломагнезитового листа позволяет изготавливать сложные конструкции в более короткие сроки.

Стекломагнезитовый лист является материалом очень гибким. Если СМЛ сравнить все с тем же гипсокартоном, то можно увидеть, что гипсокартон при сгибании без дополнительной обработки легко ломается, в то время как стекломагнезитовый лист в сухом состоянии может иметь радиус изгиба до 3 м . Этим качеством СМЛ обязан преимущественно армирующей сетке.

Стекломагнезитовый лист имеет высокий уровень влагостойкости, что позволяет ему не деформироваться и не разбухать даже при длительном контакте с водой. К СМЛ был применен следующий тест: лист погрузили в воду и продержали таким образом около 100 дней, после чего высушили и обнаружили, что геометрические размеры стекломагнезитового листа остались без изменений. Поэтому стекломагнезитовые листы можно смело использовать , бассейнах, душевых и других помещениях с повышенной влажностью, при этом можно не беспокоиться за сохранность прочности конструкций и качество поверхности листов.

Одной из важнейших характеристик, допускающих применение стекломагнезитовых листов для внешних работ (каркасное строительство, фасады, несъемная опалубка) является морозостойкость этого материала. Для производства морозостойких листов используется только сырье высокого качества. Морозостойким считается материал, прошедший от 35 циклов испытаний, например, СМЛ класса Премиум.

Стекломагнезитовый лист является огнеупорным материалом. СМЛ имеет Стандарт и Премиум классы, у которых степень горючести разная. Стекломагнезитовый лист класса Стандарт имеет группу горючести Г1 — трудновоспламеняемый, слабогорючий материал с малой дымообразующей способностью. Стекломагнезитовый лист класса Премиум относят к категории НГ — негорючие материалы. Таким образом, высокие показатели огнестойкости стекломагнезитовых листов предотвращает распространение огня при пожаре.

Стекломагнезитовый лист является замечательным звуко- и теплоизолятором. Его успешно применяют в качестве изоляционного материала для внутренней и наружной отделки, тем более, что он дает возможность нанесения декорирующих покрытий. Кроме того, отмечает, что СМЛ можно применять для звукоизоляции нежилых и жилых помещений любого типа, используя его как в чистом виде, так и в комбинации с другими звуко- и теплоизоляционными материалами.

Стекломагнезитовый лист является экологически чистым материалом, ведь основной компонент, входящий в его состав — магнезит, который является природным материалом. Санитарно-эпидемиологические заключения подтверждают, что СМЛ абсолютно безвреден и безопасен. Помимо этого, стекломагнезитовый лист обладает повышенной устойчивостью к образованию плесневелых грибков. Для изготовления СМЛ используются растительные волокна, минеральное сырье и другие компоненты природного происхождения. Стекломагнезитовый лист отвечает всем экологическим требованиям Госстандарта и рекомендуется к использованию.

Область применения стекломагнезитовых листов

Стекломагнезитовые листы применяются для внутренней отделки помещений. С их помощью можно производить облицовку стен и потолков, возводить перегородки и даже устраивать сборное основание пола.

Из стекломагнезитовых листов изготавливают стеновые панели с самыми разнообразными декоративными покрытиями, сэндвич-панели и др.

Особенно незаменимы стекломагнезитовые листы в помещениях с повышенной влажностью или с высокими требованиями к пожарной безопасности. Так как СМЛ является материалом огнестойким, то его применение весьма желательно в общественных учреждениях, особенно при создании путей эвакуации.

Магнезитовые плиты хорошо подходят для внешних фасадных работ, их применяют для облицовки фасадов зданий и сооружений. Нередко стекломагнезитовые листы служат основание для жестких и мягких кровель. Также СМЛ используют для обустройства несъемных опалубок при строительстве стен, перекрытий и фундаментов зданий различного происхождения.

Нужно отметить, что стекломагнезитовые листы легко поддаются механической обработке — резке, пилению, сверлению. Монтаж стекломагнезитовых листов во многом схож с процессом монтажа гипсокартона, но так как СМЛ является более твердым материалом, то в нем предварительно рекомендуется высверлить углубление под шляпку шурупов или саморезов. Стыки между стекломагнезитовыми листами шпатлюются силиконовой, акриловой или на цементной основе шпатлевкой. Стекломагнезитовые листы обладают хорошей адгезией ко всем видам штукатурных смесей — на них прекрасно ложится штукатурка, керамическая плитка, краска. СМЛ отлично сочетаются практически с любыми строительными материалами и герметиками.

В последнее время стекломагнезитовые листы все сильнее завоевывают позиции на строительном рынке России, составляя достойную конкуренцию гипсокартонным и гипсоволокнистым листам.

Смотрите ЕЩЕ материалы

Сегодня рассмотрим один из самых неоднозначных материалов для «сухой» отделки. Стекломагниевые листы (СМЛ) позиционировались как полноценная замена гипсокартону, но возложенных ожиданий не оправдали. Действительно ли этот материал так безнадёжен или он просто требует особой технологии монтажа?

Суть и структура стекломагниевого листа

Стекломагниевый лист, он же стекломагнезитовая плита или СМЛ — листовой отделочный материал, изготавливаемый из минерального сырья. В качестве наполнителя основы используется вспученный перлит или вермикулит.

Для связывания частиц наполнителя применяют смесь оксида и хлорида магния, более известную как цемент Сореля. Качество скрепления таким составом весьма высокое, его используют как основное связующее в производстве абразивных и наждачных кругов.

Чтобы в процессе формования, высыхания и транспортировки сохранить форму СМЛ, его с обеих сторон укрепляют стекловолоконной сеткой и/или стеклохолстом. В итоге получается материал с абсолютно инертными составляющими, без остатков растворителей и прочей небезопасной химии.

Физико-механические свойства стекломагниевого листа во многом схожи с гипсокартоном. Плотность до 1200 кг/м 3 , высокая прочность, хорошая адгезия, возможность изгиба с радиусом от трёх метров. Помимо прочего, СМЛ характеризуются очень высокой огнестойкостью и низкой теплопроводностью, что позволяет применять материал как в качестве теплоизолирующей прослойки, так и для повышения пожарной безопасности в зданиях на каркасе из металлоконструкций .

Отдельная тема для разговора — влагостойкость стекломагнезита. Практически все производители утверждают, что их продукция абсолютно не восприимчива к насыщению влагой и намоканию, не теряет прочности и не меняет линейных размеров. Именно это стало камнем преткновения и вызвало так много споров о жизнеспособности такого материала как СМЛ.

Почему СМЛ считаются дефектными

Главная причина споров о стекломагнезите — просто невероятное количество негативных отзывов в сети. У кого-то покоробило потолок, обшитый СМЛ, кто-то стал очевидцем порванной по телу кафельной плитки через полгода эксплуатации. Казалось бы, на стекломагниевых листах можно окончательно поставить крест, если бы не одно но: этот материал продолжает успешно использоваться в весьма масштабных строительных проектах национального значения с очень высокими требованиями к приёмке.

Основная проблема — отсутствие какой-либо маркировки на продукции, что затрудняет определение как типа листов, так и их соответствие сертифицируемой продукции. Недобросовестные производители этим активно пользуются, изготавливая стройматериал из сырья сомнительного качества и всячески нарушая технологию производства.

Другая загвоздка — неверное определение области применения. СМЛ изначально позиционировались как полноценная замена гипсокартону, хотя это далеко не так. Если точнее, то лишь один из видов СМЛ пригоден к свободному замещению гипсокартонных и гипсоволоконных плит. Среди всех остальных он один имеет маркировку и относится к классу материалов «Премиум-Эталон». Но подобная замена крайне невыгодна по экономическим причинам, поэтому применение в строительстве стеломагнезита любого класса должно быть обосновано проектом.

Правильная отрасль применения

Абсолютное большинство продукции на отечественном рынке отличается весьма посредственным качеством, влагостойкость таких листов весьма условная. Применять такие СМЛ можно исключительно в технологических целях, для отделки они не годятся.

Из дешёвых листов с плотностью до 950 кг/м 3 возможно устройство несъёмной опалубки, разделительных слоёв пожарозащиты и утепления. Также дешёвый стекломагнезит может использоваться как демпфирующая подложка под стяжку и в качестве подкровельной прослойки, защищающей полимерный утеплитель от высоких температур.

Отличить листы разных классов можно не только по плотности, но и по цене материала — соразмерно с ней повышается и качество. С другой стороны, если дистрибьютор согласен передать заверенные печатью копии сертификатов соответствия и пожарной безопасности, а также гигиенического заключения на конкретную партию продукции — к таким листам можно относиться с большей степенью доверия и применять их для внутренней отделки стен в жилых помещениях.

Отделывать потолки и использовать в фасадных работах можно только СМЛ класса «Премиум+» и «Премиум-Эталон» при наличии соответствующей сертифицирующей документации. Их влагостойкость близка к абсолютной, срок службы составляет от 30 лет.

Напомним, что замена «сухой» обшивки на СМЛ целесообразна только при необходимости обеспечить минимальную чувствительность к влаге или высокую огнестойкость. В иных случаях качественный стекломагнезит — неоправданная трата денег.

Справедливости ради стоит упомянуть о ряде примеров удачного применения СМЛ в достаточно жёстких условиях. В частности, известен случай использования таких листов в качестве временного кровельного покрытия: сперва под проливными осенними дождями, а после под существенной снеговой нагрузкой при морозе до -40 °С листы не потеряли характеристик и впоследствии могли быть использованы для внутренней отделки. Но это исключение лишь подтверждает правило: качество дешёвой китайской продукции разнится от партии к партии, а методы визуального определения брака пока не определены.

Рекомендованная технология сооружения каркаса и нашивки листов

Правильно установив область применения конкретного типа продукции, необходимо придерживаться верной последовательности и технологии монтажа. СМЛ позиционируется как легковесный материал, поэтому вместо 12-16 мм толщины обшивки с гипсовым наполнителем часто предлагается один слой СМЛ толщиной 8 мм. Это в корне неверное заключение: прочность прочностью, а прогиб листов при стандартном шаге стоечных профилей в 60 см будет более чем ощутимым.

Рекомендуется устанавливать стойки чаще — до 40 см, либо делать обшивку многослойной. В частных случаях СМЛ невысокого качества и ГКЛ можно комбинировать, это хорошо скажется на звуковой и тепловой изоляции помещений. К тому же СМЛ послужит гигроскопичной «подушкой» и безвредно примет на себя излишки влаги от сырых каменных стен, не давая гипсокартону намокнуть сверх нормы.

Другая тонкость в монтаже СМЛ — скрытие головок крепежа. При плотности свыше 800 кг/м 3 твёрдость листа не позволяет продавить его конусной шляпкой. Это не так важно при многослойной обшивке, но на лицевых поверхностях приходится использовать либо самозенкующиеся шурупы, либо рассверливать потай сверлом, что нивелирует преимущество в скорости работы с лёгким материалом.

Химия и смеси для выравнивания, отделка СМЛ

Остальные тонкости в работе со стекломагниевыми листами касаются их обработки после монтажа. Заделка стыков и мест крепления производится каучуковой или акриловой шпаклёвкой. Серпянка и бумага в укреплении стыков бесполезны, необходимо использовать углеродное волокно или стеклоленту, допускается применение клеевых полиуретановых мастик.

Выравнивание и шпаклёвка СМЛ также производятся акриловыми или латексными шпаклёвками. Применяя гипсовые составы, вы обуславливаете неоднородность восприятия колебаний влажности и температуры, из-за чего обшивка из СМЛ будет в большей степени подвержена короблению.

Основное отличие в отделке стекломагнезита — практически полное отсутствие подготовки основы. Обшивка не нуждается в грунтовании, она и без того имеет прекрасную адгезию. Для покраски стен по слою шпаклёвки необходим минимальный выравнивающий и косметический слой последней по всей плоскости. Оклейка обоями может вестись без сплошного шпаклевания после заделки швов и крепежа, но одно- или двукратная пропитка обойным клеем всё же рекомендуется для устранения повышенной гигроскопичности поверхности.

Тематические материалы:

Обновлено: 30.04.2018

103583

Если заметили ошибку, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter

Магниевые сплавы: типы, свойства и применение

Магниевые сплавы хорошо известны как самые легкие конструкционные сплавы [1]. Они сделаны из магния, самого легкого конструкционного металла, смешанного с другими металлическими элементами для улучшения физических свойств. Эти элементы включают марганец, алюминий, цинк, кремний, медь, цирконий и редкоземельные металлы [2].

Некоторые из благоприятных свойств магния включают низкий удельный вес и высокое отношение прочности к весу.В результате этот материал пригоден для различных применений в автомобильной, аэрокосмической, промышленной, электронной, биомедицинской и коммерческой сферах.

Здесь вы можете узнать о различных типах магниевых сплавов и их обозначениях, физических свойствах магниевых сплавов и областях применения, в которых используются магниевые сплавы.

Типы и обозначение

Магниевые сплавы можно разделить на две группы: литейные сплавы и деформируемые сплавы.

Литые сплавы в основном производятся путем заливки расплавленного жидкого металла в форму, в которой он затвердевает до необходимой формы.Обычные литые сплавы магния состоят из различных количеств — но не более 10% — алюминия, марганца и цинка в качестве основных легирующих элементов. В последнее время также используются другие легирующие элементы, в основном для повышения сопротивления ползучести, такие как цирконий и редкоземельные металлы. Кроме того, механические свойства литых сплавов улучшаются за счет термической обработки.

Деформируемые сплавы , с другой стороны, представляют собой сплавы, подвергнутые механической обработке, такой как операции ковки, экструзии и прокатки, для достижения желаемой формы.Алюминий, марганец и цинк также являются основными легирующими элементами. Деформируемые сплавы магния подразделяются на термически обрабатываемые и нетермообрабатываемые.

Чтобы понять состав сплавов, были созданы системы обозначений, показывающие легирующие элементы и их относительную информацию. Одной из наиболее широко используемых систем обозначений является стандартная система обозначений сплавов ASTM. Он состоит из четырех частей, описанных в следующем примере [3]:

Магниевый сплав: AZ91E-T6

• Первая часть (AZ): обозначает два основных легирующих элемента (алюминий, цинк)
• Вторая часть (91): обозначает процентное содержание основных легирующих элементов (9% и 1% соответственно)
• Третья часть (E): различает сплавы, имеющие одинаковое количество основных легирующих элементов (пятый стандартизированный сплав с указанным выше процентным содержанием).
• Четвертая часть (T6): обозначает состояние сплава (состояние)

Итак, в системе обозначений ASTM магниевые сплавы названы и сгруппированы по их основным легирующим элементам.В таблице 1 приведены основные легирующие элементы и их относительные обозначения.

Основной легирующий элемент	Обозначение ASTM
Марганец	м
Алюминий-марганец	AM
Алюминий-цинк-марганец	AZ
Цирконий	К
Цинк-цирконий	ZK
Цинк-цирконий-редкоземельный металл	ZE
Редкоземельный металл-цирконий	EZ
цинк-медно-марганец	ZC
Алюминий-кремний-марганец	AS

Физические свойства

Магниевые сплавы представляют интерес в первую очередь из-за их высокого отношения прочности к весу, исключительной обрабатываемости и низкой стоимости.Они имеют низкий удельный вес 1,74 г / см ³ и относительно низкий модуль Юнга (42 ГПа) по сравнению с другими распространенными сплавами, такими как алюминий или стальные сплавы [4]. Однако они страдают хрупкостью и плохой формуемостью при комнатной температуре [4]. Их формуемость увеличивается с повышением температуры, но это требует больших затрат энергии. Кроме того, исследования показали, что формуемость может быть улучшена за счет прочности за счет ослабления базовой текстуры сплавов Mg [1].

На рисунке 1 показана обратная зависимость между индексом Эриксена (IE) — мерой пластичности листового металла — и пределом текучести различных сплавов Mg при комнатной температуре.Это показывает, что по мере увеличения предела текучести значение IE уменьшается, демонстрируя, таким образом, плохую формуемость сплавов Mg при комнатной температуре.

^{Рис. 1 Предел текучести и формуемость при растяжении, представленная значением индекса Эриксена (IE) при комнатной температуре для листов из различных сплавов Mg. Более высокие значения IE означают, что сплавы демонстрируют лучшую формуемость. Получено из исх. [4]}

Магниевые сплавы являются третьим по популярности материалом для литья цветных металлов.Физические свойства сплавов меняются в зависимости от их химического состава. Добавление разных легирующих элементов приведет к получению разных свойств в разных условиях.

• Алюминий улучшает прочность, твердость и пластичность, облегчая процесс литья.
• Цинк повышает прочность при комнатной температуре, текучесть при литье и устойчивость к коррозии.
• Марганец повышает стойкость сплавов AM и AZ к коррозии в соленой воде за счет образования интерметаллических соединений с железоподобными металлами, которые удаляются во время плавления.
• Редкоземельные металлы помогают повысить прочность и сопротивление высокотемпературной ползучести и коррозии, а также уменьшить пористость и растрескивание сварных швов.
• Цирконий является сильным измельчителем зерна при добавлении в сплавы, содержащие цинк и редкоземельные металлы.
• Бериллий помогает уменьшить окисление поверхности во время литья и сварки.
• Кальций увеличивает измельчение зерна, что помогает контролировать металлургию сплава [4].

Приложения

Магниевые сплавы охватывают широкий спектр применений, от автомобильных и аэрокосмических приложений до электронных и биомедицинских применений.

Применение в строительстве

Автомобильные, аэрокосмические, промышленные и коммерческие приложения являются примерами структурных приложений. Преимущество магниевых сплавов, используемых в таких применениях, заключается в их легком весе, высоком отношении прочности к весу, высоком отношении жесткости к весу, литейных качествах, обрабатываемости и отличном демпфировании [4].

• Automotive : кронштейны опоры тормозов и сцепления, корпус трансмиссии
• Aerospace : шасси, винты вертолетов, кожухи коробки передач
• Промышленное : высокоскоростное рабочее оборудование, такое как текстильные машины
• Коммерческий : чемоданы, ручные инструменты, корпуса компьютеров, лестницы

Электронные приложения

Электронные приложения включают в себя электронную упаковку, держатели жестких дисков, корпуса для сотовых телефонов и портативных мультимедийных устройств.Вместо пластмасс используются магниевые сплавы из-за их легкого веса, прочности и долговечности. Они также относительно лучше отводят тепло и защищают от электромагнитных и радиочастотных помех [5].

Применение в медицине

В портативном медицинском оборудовании и инвалидных колясках, для которых требуются легкие материалы, хорошо используются магниевые сплавы. Кроме того, сердечно-сосудистые стенты и ортопедические устройства являются потенциальным применением некоторых магниевых сплавов из-за его биосовместимости и биоабсорбируемости [4].

[1] Trang, T. T. T. et al. (2018) Разработка высокопрочного и формуемого магниевого сплава, Nature Communications 9 , 2522

[2] Национальный исследовательский совет. (1975) Свойства магния и магниевых сплавов. В Тенденции использования магния . (стр. 37-42). Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press

[3] ASM International. (2017) Введение в магниевые сплавы. В К. Моосбруггере (ред.), Технические свойства магниевых сплавов .(стр. 1-10). Новинка, штат Огайо: ASM International

[4] Вудхед Паблишинг. (2010) Обзор. В П.К. Маллик (ред.) Материалы, дизайн и производство легких транспортных средств . (стр. 1-32). Вудхед Паблишинг

[5] (без даты) Применение магния. Международный магний Получено с: https://www.intlmag.org/page/mg_applications_ima

Плазменное электролитическое окисление магния и его сплавов: механизм, свойства и области применения

Аннотация

Процесс плазменного электролитного окисления (ПЭО) все чаще используется для улучшения свойств поверхности магния путем изготовления покрытия на основе MgO.Этот высоковольтный процесс, основанный на традиционных процедурах анодирования, дает клейкую керамическую пленку на поверхности. В данной статье дается всесторонний обзор механизмов получения ПЭО покрытий и их различных свойств. Из-за сложности формирования покрытий PEO полное объяснение механизмов изготовления покрытий PEO еще не предложено; тем не менее, в этой работе собраны наиболее важные достижения в области создания механизмов ПЭО-покрытий.Рассмотрены механизмы получения покрытий ПЭО на магнии с учетом вольт-амперных диаграмм, оптической спектрометрии, акустико-эмиссионной спектрометрии и электронных свойств керамической пленки. После этого обсуждались свойства покрытий, влияющие на них параметры и стратегии улучшения. Кроме того, были рассмотрены коррозионная стойкость покрытий, важные факторы коррозионной стойкости и методы повышения коррозионной стойкости. Также были изучены трибологические свойства (важные факторы и способы улучшения) покрытий.Поскольку магний и его сплавы широко используются в биологических приложениях, были объяснены биологические свойства покрытий из ПЭО, важные факторы их биологических характеристик и существующие методы улучшения покрытий. Добавление наночастиц на керамической основе и формирование нанокомпозитных покрытий может существенно повлиять на свойства покрытий плазменного окисления электролитов. В отдельный сектор вынесены свойства нанокомпозитных покрытий и механизмы адсорбции наночастиц.Еще один метод улучшения свойств покрытий — формирование гибридных покрытий на покрытиях из ПЭО, о которых шла речь в конце.

Ключевые слова

Плазменное электролитическое окисление

Магний

Трибологические свойства

Биомедицинские свойства

Нанокомпозитные покрытия

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

© 2017 Производство и хостинг от имени Университета Эльзевьера Б.Вонг.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Обработка и определение характеристик аморфного сплава на основе магния для применения в биомедицинских имплантатах

Реферат

Объемные металлические стекла на основе магния привлекательны благодаря однофазной, химически однородной системе сплава и отсутствию второй фазы, что может ухудшить механические свойства и коррозионную стойкость.Однако одна из нерешенных проблем, связанных с производительностью и применением объемных металлических стекол, заключается в том, что их стеклообразующая способность очень чувствительна к методам приготовления и примеси компонентов, поскольку кислород в окружающей среде может заметно ухудшить стеклообразующую способность. Таким образом, целью данного исследования было установить надлежащие условия обработки для получения аморфного тройного сплава на основе магния и его характеристики. Конечный состав был приготовлен с использованием двух бинарных лигатур путем плавления в индукционной печи.Тигель из углеродистой стали использовался в атмосфере аргона с добавлением газа SF ₆ и без него, чтобы минимизировать загрязнение кислородом. Микроструктура, аморфная природа, термические свойства и химический анализ образцов исследовались методами сканирующей электронной микроскопии (SEM), дифракции рентгеновских лучей (XRD), дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) и эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой соответственно. Содержание кислорода в отлитых образцах было химически проанализировано с использованием горячей экстракции газа-носителя (O / N Analyzer TC-436 / LECO) и поддерживалось на уровне ниже 25 ppm (без SF ₆ ) и 10 ppm (с SF _6). ).Объемные образцы получали быстрым охлаждением в медной форме до толщины 1,5 мм, при этом наблюдались аморфные структуры до 2,5 мм.

Ключевые слова

Сплавы на основе магния

Биоматериалы

Биорассасывающиеся имплантаты

Аморфные

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Copyright © 2014 Brazilian Metallurgical, Materials and Mining Association. Опубликовано Elsevier Editora Ltda.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Аддитивное производство магниевых сплавов

Bioact Mater.2020 Март; 5 (1): 44–54.

Кафедра машиностроения и материаловедения, Университет Небраски-Линкольн, 68588, США

Поступила в редакцию 30 августа 2019 г .; Пересмотрено 16 ноября 2019 г .; Принято 16 декабря 2019 г. лицензии / by-NC-nd / 4.0 /).

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Магниевые сплавы — это новый многообещающий класс разлагаемых биоматериалов, которые имеют такую ​​же жесткость, что и кости, что сводит к минимуму вредное воздействие экранирования напряжений.Использование биоразлагаемых магниевых имплантатов устраняет необходимость в повторной операции по восстановлению или удалению. Растет интерес к использованию уникальных дизайнерских возможностей аддитивного производства для расширения границ медицины. Однако сплавы магния сложно напечатать на 3D-принтере из-за высокой химической активности, которая создает риск возгорания. Кроме того, низкая температура испарения магния и обычных биосовместимых легирующих элементов еще больше затрудняет печать полностью плотных структур, которые уравновешивают требования к прочности и коррозии.Целью данного исследования является обзор современных методов 3D-печати магниевых конструкций и предоставление рекомендаций по лучшим аддитивным методам для этих сплавов.

Ключевые слова: Аддитивное производство, Магний, Имплантаты

Графический аннотация

1. Имплантаты на основе магния

Сплавы магния (Mg) появились как многообещающий разлагаемый биоматериал для использования в ортопедии [[1], [2]] , [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9]], кардиология [[10], [11], [12], [13], [14] ], [15], [16], [17]], респирология [18,19] и урология [20].Основное преимущество Mg заключается в том, что можно свести к минимуму или избежать долгосрочных осложнений, поскольку устройство полностью разрушается. В ортопедии еще одним основным преимуществом является то, что Mg имеет более сопоставимый модуль упругости с костью, что сводит к минимуму вредные эффекты защиты от напряжения.

На сегодняшний день три компании продемонстрировали клинический успех и получили одобрение регулирующих органов в Европе и Южной Корее. В 2013 году Syntellix получила маркировку CE на винт для сжатия трещин Magnezix®, проданных более 50 000 единиц [21].В 2015 году U&I Corporation получила одобрение от Министерства по безопасности пищевых продуктов и лекарств Южной Кореи на ортопедические костные винты, изготовленные из биорассасывающегося сплава MgCa, известного как Resomet [22]. U&I производит винты, К-образные спицы, фиксаторы для швов и штифты из сплава Mg – Ca, который полностью разрушается за 6–18 месяцев в зависимости от области применения. В области сердечно-сосудистой системы Biotronik получил маркировку CE для Magmaris в июне 2016 года и является первым клинически доказанным биорезорбируемым магниевым каркасом [23].Хотя успех был продемонстрирован для имплантатов меньшего размера, таких как винты и штифты, текущие производственные технологии не могут обеспечить саморассасывающиеся конструкции для более несущих приложений, которые уравновешивают требования к прочности и коррозии ().

Схематическое изображение (а) нормального разрушения конструкции пластина / винт в течение одного года и (б) преждевременного катастрофического разрушения из-за защиты от напряжений и коррозионного растрескивания под напряжением.

Конкурирующими технологиями, замедляющими скорость коррозии биоматериалов на основе магния, являются покрытия, легирование и обработка поверхности (). Покрытия подвержены риску неравномерного разрушения и растрескивания. Они могут длиться от нескольких недель до пары месяцев [[24], [25], [26]]. Этого может быть недостаточно для таких имплантатов, чтобы безопасно пройти необходимый порог, необходимый для восстановления структурной целостности кости (). После растворения покрытия неконтролируемая коррозия сплава приводит к чрезмерному накоплению газообразного водорода в теле и потере прочности имплантата.

Технологии замедления магниевой коррозии: (а) покрытия, (б) легирование и (в) обработка поверхности.

Схематическая диаграмма, показывающая точку пересечения между отказом медицинского имплантата и восстановлением кости.

Легирование может замедлить деградацию на порядок или больше, что все еще может быть недостаточным для многих приложений [27]. Что еще более важно, добавление редкоземельных металлов оказалось наиболее перспективным для повышения прочности, но биосовместимость остается неопределенной [[27], [28], [29]]. Легирующие элементы создают новый риск токсичности. Было доказано, что контролируемое использование таких элементов, как кальций, цинк и марганец, нетоксично для человеческого организма [3].Легированные имплантаты функционировали в организме в течение 6–8 недель, прежде чем разрушение материала привело к потере прочности. Газообразный водород, выделяющийся в небольших количествах при разложении магния, считался безвредным и мог быть удален с помощью подкожных игл. На микроструктурном уровне эти легирующие элементы влияют на размер и распределение зерен. Состав в центре зерна отличается от состава на границе зерна. Внутренняя энергия выше на границе зерен, и, следовательно, коррозия сначала происходит на этих участках.Еще одно ограничение легирования заключается в том, что нормативное утверждение обычно выдается для фиксированного состава и, следовательно, фиксированной скорости коррозии. Любое изменение состава сплава для другой группы пациентов или другого применения потребует дополнительного разрешения регулирующего органа.

Альтернативным решением для регулировки скорости коррозии является обработка поверхности . Обработка поверхности дает явные преимущества по сравнению с другими подходами. Например, лазерная упрочнение — это механический процесс, при котором волны давления, вызванные расширяющейся плазмой, вызывают глубокие сжимающие остаточные напряжения (CRS) и упрочнение до 6 мм ниже поверхности [30], что, в свою очередь, увеличивает усталостную прочность и коррозионную стойкость.Кроме того, изменение параметров процесса упрочнения позволяет адаптировать деградацию к потребностям пациентов, не опасаясь биосовместимости из-за изменения состава или нанесения покрытия. Предварительные данные показали, что механическая обработка поверхности снижает скорость коррозии Mg [10, [31], [32], [33], [34], [35]]. Проблема в том, что структурная целостность преждевременно теряется, когда традиционный слой с обработанной поверхностью разрушается [36].

2. Потребность в аддитивном производстве магния

Аддитивное производство (AM) сплавов Mg вызывает растущий интерес в обществе из-за создания возможностей проектирования, недостижимых при традиционном производстве, и его потенциала для разработки биоразлагаемых имплантатов.Аддитивное производство магния было продемонстрировано с использованием плавления в порошковом слое [[37], [38], [39], [40], [41], [42], [43]] », проволочной дуги AM [44,45], нанесение пасты методом экструзии [46], трение с перемешиванием AM [47] и технологии струйной печати [48,49]. Эти процессы имеют различную механику процесса и разные виды сырья. Каждый процесс дает компоненты AM, имеющие разные структурные свойства. Производя компоненты таким образом, AM можно использовать для разработки очень сложных геометрических фигур, которые либо трудно, либо невозможно изготовить с использованием обычных процессов обработки.AM позволяет индивидуализировать имплантаты, которые более точно соответствуют анатомической геометрии. Кроме того, AM сокращает время производства и стоимость имплантатов, поскольку можно исключить несколько этапов традиционной обработки и становится возможной пакетная обработка.

Способность создавать сложные внутренние и внешние геометрические формы с помощью AM позволяет создавать геометрические элементы, которые способствуют росту, пролиферации клеток и регенерации костей. Каркасы из WE43, магниевого сплава с иттрием и редкоземельными металлами, напечатанные с порами размером всего 600 мкм, продемонстрировали менее 25% токсичности in vitro и сохраняли структурную жесткость в течение четырех недель (и) [50].Более того, пористые отложения достигаются с помощью AM, которые могут действовать как благоприятные участки для слипания тканей, что ускоряет процесс заживления. Пористость регулируется в трехмерной конструкции путем изменения параметров процесса печати, которые напрямую влияют на скорость коррозии и поведение ячеек.

(a) Эшафот WE43 как напечатанный и (b) морфология поверхности полированной стойки [50].

КТ-сканирование, показывающее эволюцию продуктов коррозии в 3D-печатных лесах WE43 в течение 28 дней [50].

Существующие биоразлагаемые имплантаты на полимерной основе не обладают необходимой прочностью для использования в качестве несущих ортопедических имплантатов. Подобная жесткость человеческой кости и магния позволяет избежать защиты от напряжений и делает их идеальным кандидатом для таких имплантатов, несущих нагрузку. Более того, сравнение магниевых сплавов с полилактидным полимером, который является существующим биоразлагаемым полимером, используемым для ненесущих имплантатов, показало более высокое образование костных клеток в магниевых имплантатах () [2,51]. В этом эксперименте использовали стержни бедренного имплантата из магния и полилактида in vivo на морских свинках.

Флуроскопические изображения поперечных сечений (а) разлагаемого полимера и (б) магниевого стержня с окрашиванием in vivo и вновь сформированной кости [2,51].

3. Проблемы, связанные с аддитивным производством магния

В последние годы AM реактивных материалов, особенно магния, вызвали интерес у исследовательского сообщества, и разрабатываются технологии, позволяющие минимизировать трудности, связанные с 3D-печатью. Магний — трудный металл для 3D-печати из-за его очень реактивной природы.Магний бесконтрольно окисляется в чистом виде и должен храниться таким образом, чтобы не допустить воздействия кислорода. Сырье для AM доступно в виде порошка, жидкой смолы или проволоки. В этом состоянии поверхностная энергия металла увеличивается и представляет более высокий риск реакции с атмосферным кислородом, чтобы обеспечить возгорание. Эти риски привели к неадекватным исследованиям производственных процессов для магния, который будет использоваться в качестве потенциально биоразлагаемого сплава. Требуется специализированное оборудование, способное печатать на магнии в инертной атмосфере, а также обеспечение безопасных средств обращения с материалами.

4. Плавление магниевых сплавов в порошковом слое

Плавление в порошковом слое (PBF) — это процесс AM, в котором тепловая энергия используется для селективного сплавления областей порошкового слоя [52]. Слой порошка содержит в качестве сырья порошок металла, полимера или керамики. Источник энергии, направленный в сторону порошкового слоя, выборочно сканирует и плавит верхний слой порошкового слоя. Затем слой порошка опускается, и новый слой порошка распределяется по расплавленному слою (). Этот процесс продолжается до тех пор, пока вся структура не будет сформирована путем наложения расплавленных слоев порошка.Порошок, используемый в PBF, варьируется от 20 мкм до 150 мкм, но обычно имеет тенденцию находиться в нижней части этого диапазона.

Принципиальная схема системы PBF [53].

PBF имеет широкий спектр параметров, которые могут вызывать изменения в химическом составе, механических свойствах и геометрии производимых компонентов. Учет всех параметров будет утомительным. Поэтому важно определить важные параметры, такие как мощность лазера, скорость сканирования и толщина слоя, и сосредоточиться на них.Один из способов определения важных параметров в магниевых ПБФ — это план экспериментов (DOE) [40]. DOE — это статистический метод, который помогает снизить затраты и время, затрачиваемые на поиск важных параметров, за счет сокращения количества экспериментов. Магниевый сплав AZ31, состоящий из алюминия, цинка и марганца, был напечатан на системе PBF [45]. Параметры, влияющие на PBF AZ31, были проанализированы с использованием DOE, и было замечено, что высокая мощность лазера резко снижает пористость. Это также показывает, что снижение скорости лазерного сканирования при постоянном уровне лазерного порошка приводит к образованию пористых частей.Следовательно, во время PBF Mg необходимо тщательно учитывать мощность лазера и скорость сканирования. Параметры, которые влияют на PBF Mg, описаны ниже.

4.1. Мощность лазера и скорость сканирования

Лазеры — наиболее широко исследуемый источник энергии для ПБФ магниевых сплавов. Лазеры заставляют высокую концентрацию тепла фокусироваться на небольших участках слоя порошка в течение ограниченного периода времени, чтобы расплавить порошок. Этот кратковременный тепловой поток вызывает быстрое нагревание и закалку расплавленного порошка, что приводит к быстрому затвердеванию.Это быстрое затвердевание приводит к измельчению зерна, что позволяет материалу выдерживать большие нагрузки.

Когда порошок магниевого сплава подвергается воздействию высоких температур, некоторые элементы в порошке испаряются [39]. Испарение порошка приводит к локальному нарастанию давления пара в ванне расплава во время осаждения материала. Под давлением расплавленный материал в ванне расплава разбрызгивается наружу, что приводит к образованию структуры с низкой плотностью. Это также приводит к изменениям химического состава по сравнению с исходным порошком.Хорошая растворимость легирующих элементов во время AM важна для минимизации образования гальванических ячеек в печатных компонентах, которые могут повлиять на коррозионное поведение [54].

Мощность лазера и скорость сканирования существенно влияют на ванну расплава, испарение и результирующее осаждение в PBF. Хотя эффекты различной мощности лазера и скорости сканирования по отдельности вызывают изменения в качестве наплавки, их эффекты сложно описать по отдельности. Вместе они играют важную роль в определении плотности энергии лазера, передаваемой порошку магния [41,55].Плотность энергии ( E _v ) определяется уравнением (1):

, где P , S , T и V представляют мощность лазера, шаг штриховки, толщину слоя и скорость сканирования соответственно. Из этого уравнения видно, что одна и та же плотность энергии может быть достигнута для разных значений мощности лазера и скорости сканирования.

Большая часть литературы по печати по магнию относится к сплавам; однако чистый порошок магния, имеющий сферические частицы со средним размером 24 мкм, использовали при относительно низкой плотности энергии 155.56 Дж / мм ³ дали 97,5% плотных осаждений [56]. Относительная плотность и механическая прочность материала уменьшаются при увеличении или уменьшении плотности энергии.

ZK60 — это магниевый сплав с цинком и цирконием. Когда порошок ZK60 подвергался воздействию очень высокой плотности энергии 1250 Дж / мм ³ , элементы магния и цинка внутри порошка подвергались сильному испарению [39]. Когда плотность лазера уменьшилась до 250 Дж / мм ³ , ванна расплава стабилизировалась и снизилось давление пара.В результате неполное сплавление частиц порошка приводит к низкой относительной плотности 82,25% (). Максимальная относительная плотность 94,05% была достигнута при плотности энергии 416,67 Дж / мм ³ .

Влияние скорости лазерного сканирования на удельный вес ZK60 [39].

WE43 — магниевый сплав, содержащий иттрий и неодим в качестве основных легирующих элементов. Относительная плотность 99,4% была достигнута путем печати WE43 при плотности энергии 238 Дж / мм ³ [54]. Это говорит о том, что оптимальные параметры печати для магниевых сплавов имеют тенденцию существовать при низких плотностях энергии, при которых результирующая плотность детали высока, а испарение легирующих элементов в ванне расплава низкое.Также существует минимальный уровень плотности энергии, при котором увеличивается пористость. Плотность энергии 18,8 Дж / мм ³ , достигнутая за счет уменьшения мощности лазера (195 Вт – 135 Вт) при одновременном увеличении скорости сканирования (с 800 мм / с до 1200 мм / с), в результате пористость увеличилась с 0,4% до 17 % () [57]. Динамическая прочность, измеренная при испытании на раздельном стержне под давлением Хопкинсона, уменьшалась с более низкой плотностью энергии. Сплав WE43 также может быть использован для создания пористых каркасов, состоящих из элементарных ячеек алмаза.Удалось достичь размера стойки 400 мкм в элементарных ячейках при низкой плотности энергии 100 Дж / мм ³ [58].

Пористость структур, изготовленных при (а) 40,6 Дж / мм ³ создает плотную структуру и (б) 18,8 Дж / мм ³ создает пористую структуру [57].

Сплав

Mg – 9% Al был полностью расплавлен при мощности лазера 15 Вт и скорости сканирования 20 мм / с () [59]. Это соответствует плотности энергии лазера 187,5 Дж / мм ³ . Другое исследование того же материала показало хорошие осаждения при плотности энергии 155.6 Дж / мм ³ , что указывает на то, что сплав Mg – 9% Al может иметь диапазон приемлемых областей плотности энергии [38]. Важно отметить, что на этот диапазон плотности энергии влияют несколько параметров, включая качество порошка и толщину слоя.

Изменение размера зерен порошка Mg – 9% Al в зависимости от мощности лазера и скорости сканирования [59].

Было также замечено, что оптимальные параметры процесса отличаются для получения плотных структур по сравнению с получением структур с хорошим качеством поверхности () [60].Было замечено, что сплав Mg – Al – Zn (AZ61) со средним размером частиц 48 мкм обеспечивает хорошее качество поверхности при плотностях энергии 179–250 Дж / мм ³ . Сплаву требовалась более низкая плотность энергии 156 Дж / мм ³ для создания структур с относительной плотностью 99,4%. Механические свойства сплава AZ61 также улучшились при этой более низкой плотности энергии. Следовательно, возможный метод получения высокоплотных осаждений с хорошим качеством поверхности заключается в использовании различных параметров процесса для внутренних и поверхностных осаждений.

Относительная плотность, полученная методом ПБФ сплава AZ60 [60].

Оптимальные параметры печати для другого сплава Mg – Al – Zn AZ91D были около 200 Вт и скорости сканирования 0,09 м / мин [61]. Соответствующая плотность энергии варьировалась от 83 Дж / мм ³ до 167 Дж / мм ³ . Этот результат дополняется другим исследованием AZ91D, которое показало наиболее гладкое осаждение при плотности энергии 122 Дж / мм ³ , которое показывает, что для AZ91D требуется более низкая плотность энергии по сравнению с Mg – 9% Al [62] .

Использование биоактивного стекла вместе с PBF-печатью сплава Mg – Zn – Zr (ZK30) также показало улучшение коррозионной стойкости в исследованиях in vitro и [63]. Биоактивное стекло способствует отложению соединений Ca – P, которые очень совместимы и похожи на минералы костей. Интересно, что эти напыления проводились при очень высокой плотности энергии 1875 Дж / мм ³ . Было обнаружено, что коррозионная стойкость магниевого сплава ZK30 в моделируемой жидкости организма увеличивается с увеличением количества биоактивного стекла в порошковой смеси ZK30.Добавление 10 мас.% Биоактивного стекла повысило коррозионную стойкость и цитосовместимость наплавленного сплава.

4.2. Толщина слоя

Толщина слоев определяет скорость печати. Меньшая толщина слоя приводит к тому, что порошок наносится на слой порошка чаще. Толстый слой порошка, нанесенный на слой порошка, может привести к недостаточному плавлению. Видно, что гладкость осаждения для чистого порошка Mg сохранялась только до тех пор, пока толщина слоя не достигала 0.25 мм [42]. Более 0,25 мм на поверхности присутствовали поры (). С увеличением толщины слоя количество материала в ванне расплава также увеличивается. Затем было замечено, что для плавления порошка требуется более высокая плотность энергии лазера. Недостаточная плотность энергии приводит к недостаточному плавлению частиц порошка и пористости наплавок.

Поверхность осажденного чистого магния толщиной (а) 0,25 мм без предварительного нагрева, (б) 0,25 мм с предварительным нагревом, (в) 0,30 мм без предварительного нагрева и (d) с предварительным нагревом на 0,30 мм [42].

Для AZ91 оптимальная толщина слоя находилась в диапазоне 25–45 мкм [62].В слоях толщиной более 50 мкм резко увеличилось количество дефектов и снизилась твердость. Интересно, что было замечено, что изменение толщины слоя не так сильно влияет на процесс AM, как такие параметры, как расстояние между штриховками и мощность лазера.

4.3. Магниевый порошок

Поверхностная энергия магниевого порошка высока из-за небольшого размера частиц. В результате порошок Mg легко окисляется, и его становится трудно осаждать слоями. Следовательно, легирование обычно используется для снижения чувствительности к окислению.Некоторые из обычных нетоксичных легирующих элементов включают кальций, цинк и марганец. Эти элементы влияют на получаемую зеренную структуру, прочность и жаростойкость магния [64].

Качество наплавки зависит от размера частиц порошка () [65]. Более крупные частицы порошка магния со средним размером 43 мкм достигли относительной плотности 96,13%, в то время как более мелкие частицы порошка магния, имеющие средний размер 26 мкм, давали осаждения с относительной плотностью 95,28%. Печать более мелких частиц порошка повышает температуру ванны расплава и приводит к агрессивному окислению.Даже более крупные частицы порошка 75–150 мкм не смогли образовать расплавленных или спеченных отложений [55].

Морфология поверхности для осаждения PBF чистого магния с размером частиц порошка (а) 26 мкм и (б) 43 мкм [65].

Легирующие элементы в магнии, используемые в PBF, также влияют на качество наплавки () [66]. Более низкое содержание алюминия в порошке магниевого сплава AZ61 привело к потере относительной плотности осаждений, в то время как содержание Zn более 1 мас.% Привело к трещинам затвердевания и микротрещинам в отложениях.

Дефекты в ПБФ Mg – 1Zn (а) и Mg – 2Zn (б). Изменено из Ref. [66].

4.4. Условия создания оболочки

Давление в камере: магний — трудный материал для использования в аддитивном производстве из-за его относительно низкой температуры кипения (1093 ° C) по отношению к температуре плавления (650 ° C), а также низкой теплоты испарения 5,272 кДж / кг при температуре окружающей среды [37]. Следствием этого является испарение порошка вместо плавления. Одно из предложенных решений заключалось в создании избыточного давления в камере построения для повышения температуры плавления ().Температура плавления магния повысилась до 1220 ° C за счет повышения давления в камере сборки до 300 кПа. Температура лазера во время печати может быть увеличена за счет увеличения температуры плавления Mg. Более высокая рабочая температура также снижает динамическую вязкость расплавленных отложений, что влияет на толщину слоя и расстояние между штриховками. Важно отметить, что экзотермическая реакция порошка магния с остаточным количеством кислорода в камере сборки под давлением может привести к взрыву и, следовательно, представляет угрозу безопасности.

Фазовая диаграмма магния [37].

Уровень кислорода: Магний имеет высокое сродство к кислороду в атмосфере с образованием оксида магния. Даже в инертной атмосфере, такой как аргон высокой степени очистки, присутствует небольшое количество кислорода. При температурах выше 400 ° C магний реагирует с остаточным количеством кислорода с образованием оксида магния () [67]. Во время PBF оксидный слой разрушается и оседает на границах зерен. Это создает пустоты в наплавках, что приводит к микротрещинам.Один из способов уменьшить окисление — увеличить толщину слоя. При таком подходе окисление снижается внутри слоев и концентрируется на границах раздела слоев. Другой способ окисления порошка связан с его переработкой. Поскольку порошок в порошковом слое подвергается многократным циклам нагрева, близость к движущемуся тепловому потоку, создаваемому лазером, может вызвать окисление порошка из-за воздействия высоких температур.

Прирост массы за счет окисления порошка Mg при различных скоростях нагрева [67].

Предварительный нагрев : Предварительный нагрев платформы сборки существенно влияет на качество сборки в PBF [42]. Предварительный нагрев снижает тепловой поток между источником тепла и порошком, в результате чего осаждение становится более гладким и плоским (). Предварительный нагрев также улучшил смачиваемость и шероховатость поверхности магния, напечатанного на 3D-принтере ().

Поверхность осажденного магния для толщины слоя (a) 0,15 мм без предварительного нагрева, (b) 0,15 мм с предварительным нагревом, (c) 0,20 мм без предварительного нагрева, (d) с предварительным нагревом 0,20 мм [42].

Влияние предварительного нагрева на шероховатость наплавки [42].

5. Аддитивное производство магния с помощью проволочной дуги

Альтернативным методом аддитивного производства является аддитивное производство с использованием проволочной дуги (WAAM), которое является разновидностью направленного осаждения энергии (DED) AM. Системы DED используют сфокусированную тепловую энергию для плавления материалов путем плавления в процессе их осаждения [52]. Системы DED на основе WAAM () имеют металлическую проволоку, которая подается с постоянной скоростью и расплавляется дугой на ранее нанесенные слои. WAAM основан на двух методиках сварки с использованием проволоки: вольфрамовым инертным газом (TIG) и металлическим инертным газом (MIG).По сравнению с другими процессами DED, WAAM имеет преимущества более высокой скорости осаждения, эффективности использования материалов и более низкой стоимости [68].

Нанесение материалов для аддитивного производства проволочной дуги [68].

Для WAAM AZ31B на основе MIG скорость и подача влияют на микроструктуру образца [68]. Более мелкие зерна наблюдались по мере увеличения скорости и подачи во время процесса (). Также было обнаружено, что WAAM производит компоненты с более высокой плотностью по сравнению с PBF. Прочность на растяжение компонентов, изготовленных WAAM, была сопоставима с прокатом AZ31B.WAAM магниевого сплава AZ80 M продемонстрировал микроструктуру, аналогичную закалке сплава AZ80 M после литья [44].

Оптическая микрофотография изготовленного материала [68].

Для TIG WAAM магниевого сплава AZ31 было обнаружено, что качество наплавки сильно зависит от частоты горения дуги во время процесса наплавки [45]. Как показано на рисунке, рябь во время наплавки становится более мелкой по мере увеличения частоты дуги. При более высокой частоте импульсов поверхность становилась более гладкой.

WAAM отложения AZ31 при (а) 500 Гц, (б) 100 Гц, (в) 10 Гц, (г) 5 Гц, (д) ​​2 Гц и (е) 1 Гц [45].

Было также замечено, что во всех отложениях были получены полностью плотные части. Размер зерна сплава в наплавках также значительно изменился из-за изменения импульса дуги, как показано на. Наименьшие зерна наблюдались на частотах 5–10 Гц. Более крупные зерна были видны, когда осаждение происходило на частотах выше или ниже этой частоты. Кроме того, было обнаружено, что предел прочности при растяжении является самым высоким на этой частоте.

Микроструктура отложений на частотах: (а) 500 Гц, (б) 100 Гц, (в) 10 Гц, (г) 5 Гц, (д) ​​2 Гц, (е) 1 Гц [45].

6. Нанесение пасты экструзией

Ранее обсуждавшиеся методы AM основывались на плавлении и осаждении материала. Хотя процессы, основанные на плавлении порошка, привели к получению конструктивно прочных деталей, в некоторых случаях они могут оказаться вредными для производства высокофункциональных магниевых имплантатов. Чтобы имплантат был легко принят организмом и ускорил процесс заживления, материал имплантата должен напоминать костную ткань, состоящую из гидроксиапатита и коллагена I типа [46].Это неорганические и органические композиты на керамической основе соответственно. Органическая часть материала не выдерживает высоких температур, которые обычно наблюдаются в процессах AM, таких как PBF.

Осаждение порошковой экструзией — это процесс, при котором паста выдавливается из шприца на опорную пластину (). Опорная пластина перемещается относительно шприца для формирования желаемых трехмерных контуров. После завершения нанесения пасту сушат для отверждения материала, нанесенного из шприца. Следует отметить, что этот процесс не предполагает высокотемпературного нагрева.Когда чистый магний смешивали с различным процентным содержанием желатина для изготовления каркасов, было обнаружено, что желатин увеличивает прочность каркасов. Однако общая сила все же оказалась намного ниже по сравнению с другими процессами AM на основе термоядерного синтеза. Важно отметить, что этот процесс по-прежнему ценен для предполагаемых магниевых имплантатов, поскольку паста, используемая для производства компонентов, также может содержать лекарства, которые могут помочь ускорить процесс заживления тела.

Установка для нанесения пасты экструзией [46].

7. Аддитивное производство магния с трением

AM с трением с перемешиванием (FSAM) — это тип процесса ламинирования листов, при котором листы материала соединяются вместе, образуя деталь [52]. FSAM использует тепло из-за трения между вращающимся инструментом и соединяемым слоем для пластической деформации и сплавления слоев материала вместе (). Этот процесс придает компонентам высокую прочность и пластичность. Компоненты, изготовленные из FSAM сплава WE43 Mg, показали очень высокую прочность и десятикратное увеличение пластичности по сравнению со стандартным WE43; однако пористость оставалась серьезной проблемой [47].Поскольку тепло из-за трения увеличивалось при более высоких скоростях вращения инструмента, больше материала вытеснялось наружу из инструмента. Кроме того, материалу было передано большое количество остаточных напряжений из-за высоких температурных градиентов в поперечном сечении сварного шва.

Схема сварки трением с перемешиванием [47].

8. Струйные технологии для магния

8.1. Распыление связующего

Распыление связующего — это процесс AM, в котором капли жидкого связующего агента выборочно осаждаются для соединения частиц, распределенных по слою порошка [52].Одним из преимуществ распыления связующего является возможность изготавливать конструкции при комнатной температуре [69]. Возможно включение органических, биологически активных или гидратированных молекул в основной объем. Печать осуществляется путем нанесения слоя порошка на рабочую пластину с последующим нанесением связующего вещества, которое затвердевает и связывает частицы вместе. Процесс повторяется слой за слоем, пока не будет получена желаемая геометрия. Распыление связующего имеет идеальный размер частиц в диапазоне 15–35 мкм и приблизительное разрешение 20–30 мкм.Каркасы из биоразлагаемого фосфата магния (MgP) были успешно изготовлены с использованием распыления связующего [70,71]. Прочность на растяжение и сжатие этих каркасов была сопоставима с человеческой костью.

8.2. Распыление без связующего

Распыление без связующего — это процесс, в котором капиллярные силы внутри порошка действуют как связующий агент для сцепления частиц порошка () [48]. Для склеивания слоев чистого порошка Mg использовали однофазный растворитель. Осажденный материал был подвергнут обжигу при 650 ° C для спекания и упрочнения печатной детали и не имел загрязнения растворителем.Методом струйной печати без связующего был напечатан сплав Mg – Zn – Zr с пористостью 29% и средним размером пор 15 мкм [49]. Прочность материала прямо пропорциональна времени выдержки во время спекания. Используя струйную обработку без связующего, удалось достичь прочности на сжатие 174 МПа и модуля упругости 18 ГПа, что сопоставимо с человеческими костями.

Принцип распыления без связующего: а) осаждение растворителя, б) образование капиллярных мостиков между влажными частицами, в) растекание следующего слоя порошка, г) капиллярное действие образует мосты между частицами в новом и предыдущем слоях, и д) полностью Развитая твердая структура образуется после сушки и спекания [48].

9. Биосовместимость и антибактериальные свойства сплавов магния, напечатанных на 3D-принтере

В нескольких исследованиях было показано, что магний является биосовместимым для человеческого организма [51,72,73]. Организм человека требует ежедневного потребления около 350–400 мг магния. Следовательно, не ожидается, что растворение ионов Mg ²⁺ в организме человека во время разрушения имплантата вызовет какие-либо телесные повреждения. В литературе не упоминалось о риске передозировки магния. Единственная упомянутая проблема с использованием магния в in vivo и — это избыточное образование водорода из-за реакции коррозии в организме человека [74].

Включение антибактериальных свойств в имплантаты важно для предотвращения инфекций внутри человеческого тела. Магний не проявляет никаких антибактериальных свойств, как показали исследования in vitro [75]. Активность бактерий снизилась, когда магниевые сплавы, традиционно производимые и напечатанные на 3D-принтере, сочетались с медью. Однако традиционные методы производства не позволяют получить компоненты Mg – Cu хорошего качества из-за проблем гальванической коррозии. AM удалось преодолеть эту проблему для небольших количеств меди в магниевом сплаве ниже предела растворимости в твердом состоянии [75,76].Было обнаружено, что смешивание 0,4 мас.% Медного порошка с ZK60 снижает количество колоний Escherichia Coli до нуля через 72 часа в условиях нормального pH.

Было также показано, что использование биоактивного стекла вместе с магниевыми сплавами улучшает цитосовместимость [63]. Кроме того, было обнаружено, что сопротивление разложению магниевого сплава ZK30 в моделированной жидкости организма увеличивается с увеличением количества биоактивного стекла в порошковой смеси ZK30 в PBF, что ограничивает высвобождение ионов Mg в организме.

10. Резюме и выводы

Эта работа обобщает технологии аддитивного производства, используемые для печати магния. Реакционная способность магния делает трудным материалом для печати биоразлагаемых имплантатов из-за высокой поверхностной энергии порошка и высокой электроотрицательности сплава, который вызывает быструю скорость коррозии в организме человека. Однако эти проблемы неуклонно преодолеваются множеством подходов в AM. Были описаны попытки печати Mg с использованием PBF, WAAM, осаждения методом экструзии пасты, FSAM и струйной печати с акцентом на параметры процесса.Наплавление в порошковом слое — наиболее широко исследуемый метод печати магниевых сплавов из-за относительно небольшого теплового потока и сложной внутренней и внешней геометрии, обеспечиваемой этой технологией. В зависимости от типа используемого магниевого сплава были получены детали с плотностью 96,13%. Создание почти полностью плотных структур выше 99% остается критической проблемой в магниевом AM. Несмотря на относительно высокий уровень пористости, изготовленные детали продемонстрировали способность сохранять жесткость до четырех недель in vitro .Различные факторы, которые влияют на процессы AM, обсуждаемые в этом обзоре, кратко описаны ниже:

Мощность лазера и скорость сканирования	Широкий диапазон мощности лазера и скорости сканирования можно считать оптимальным; однако низкая плотность энергии лазера от 50 до 200 Дж / мм 3 имеет решающее значение. Высокая плотность энергии приводит к испарению элемента, в то время как низкая плотность энергии приводит к недостаточному плавлению порошка Mg. Плотность энергии зависит от состава сплава.
Толщина слоя	Толщина слоя более 250 мкм для чистого Mg препятствовала полному сплавлению и приводила к более высокой пористости
Размер порошка	Магниевый порошок 50 мкм для чистого Mg показал лучшее осаждение по сравнению с порошки меньшего или большего размера. Слишком маленькие частицы приводят к более высокой скорости испарения, а частицы слишком большого размера не достигают полного расплавления.
Условия сборки оболочки	Температура испарения магния увеличивается с повышением давления в камере.Это обеспечивает более высокие рабочие температуры для печати Mg. Однако при таком подходе риски для безопасности возрастают. Кроме того, предварительный нагрев рабочего стола перед печатью приводит к более плавному напылению.

Проволочно-дуговое аддитивное производство

Скорость наплавки и подача	Более высокие скорости и подача наплавки привели к более мелкому и мелкому зерну.
Частота дуги	Мелкие измельченные зерна наблюдались при частоте дуги 5–10 Гц для TIG WAAM.Было обнаружено, что размер зерна увеличивается выше и ниже этого частотного диапазона.

Осаждение пасты экструзией

Температура экструзии	Было обнаружено, что текучесть пасты увеличивается при более высокой температуре во время экструзии.
Состав пасты	Более высокие количества желатина в смеси MgP-желатин привели к более прочным изготовленным образцам. Однако прочность по-прежнему была намного меньше, чем у других процессов AM на основе спекания или плавления.

Аддитивное производство с фрикционным перемешиванием

Скорость вращения инструмента	Более высокое усилие и скорость инструмента привели к более высоким температурам плакировки, что привело к более высокой пористости компонентов.
Усилие инструмента	Более высокое усилие инструмента увеличивает температуру из-за трения, и, таким образом, повышаются остаточные напряжения в компонентах.

Технологии струйной обработки для аддитивного производства

Струйная обработка связующего	Возможность 100% вторичной переработки порошка. Связующий агент следует выбирать тщательно, учитывая его реакционную способность с порошком.
Распыление без связующего	Предотвращает загрязнение из-за отсутствия связующего.

Магний является многообещающим материалом для биомедицинской промышленности из-за его биоразлагаемости и биосовместимости. AM магния обеспечивает более сложные геометрические формы и новый дизайн для производственных парадигм, связанных с характеристиками имплантата.

Заявление о конкурирующих интересах

Авторы заявляют, что у них нет известных конкурирующих финансовых интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, описанную в этой статье.

Благодарности

Это исследование было частично поддержано Национальным научным фондом в рамках гранта № 1846478 и Стипендиальной программой Университета Небраски-Линкольна им. Джона Вуллама.

Сноски

Экспертная проверка под ответственностью KeAi Communications Co., Ltd.

Ссылки

1. Чен Ю., Сюй З., Смит К., Санкар Дж. Последние достижения в разработке магниевых сплавов для биоразлагаемых имплантатов. Acta Biomater. 2014; 10: 4561–4573. [PubMed] [Google Scholar] 2.Штайгер М.П., ​​Пьетак А.М., Хуадмай Дж., Диас Г. Магний и его сплавы как ортопедические биоматериалы: обзор. Биоматериалы. 2006; 27: 1728–1734. [PubMed] [Google Scholar] 3. Витте Ф., Хорт Н., Фогт С., Коэн С., Кайнер К. У., Виллюмейт Р., Фейерабенд Ф. Разлагаемые биоматериалы на основе магниевой коррозии. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2008; 12: 63–72. [Google Scholar] 4. Синь Ю., Ху Т., Чу П.К. Исследования in vitro биомедицинских сплавов магния в смоделированной физиологической среде: обзор. Acta Biomater.2011; 7: 1452–1459. [PubMed] [Google Scholar] 5. Erdmann N., Bondarenko A., Hewicker-Trautwein M., Angrisani N., Reifenrath J., Lucas A., Meyer-Lindenberg A. Оценка биосовместимости мягких тканей MgCa0.8 и хирургической стали 316L in vivo: сравнительный анализ исследование на кроликах. Биомед. Англ. Онлайн. 2010; 9: 63. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 6. Castellani C., Lindtner R.A., Hausbrandt P., Tschegg E., Stanzl-Tschegg S.E., Zanoni G., Beck S., Weinberg A. Прочность и остеоинтеграция на границе кости и имплантата: биоразлагаемый магниевый сплав по сравнению со стандартным титановым контролем.Acta Biomater. 2011; 7: 432–440. [PubMed] [Google Scholar] 7. Хендерсон С.Е., Верделис К., Маити С., Пал С., Чунг В.Л., Чжоу Д., Кумта П.Н., Альмарза А.Дж. Магниевые сплавы как биоматериал для разлагаемых черепно-лицевых винтов. Acta Biomater. 2014; 10: 2323–2332. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 8. Waizy H., Diekmann J., Weizbauer A., ​​Reifenrath J., Bartsch I., Neubert V., Schavan R., Windhagen H. Исследование in vivo биоразлагаемого ортопедического винта (сплав MgYREZr) на модели кролика для ап до 12 месяцев.J. Biomater. Прил. 2014; 28: 667–675. [PubMed] [Google Scholar] 9. Huehnerschulte TA, Reifenrath J., Rechenberg Bv, Dziuba D., Seitz J., Bormann D., Windhagen H., Meyer-Lindenberg A. Оценка in vivo реакций хозяина на биоразложение двух новых магниевых сплавов ZEK100 и AX30 в модели на животных. Биомед. Англ. Онлайн. 2012; 11:14. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 10. Сили М.П., ​​Го Ю.Б., Лю Дж.Ф., Ли К. Импульсная лазерная резка магниево-кальциевого сплава для биоразлагаемых стентов.Процедуры CIRP. 2016; 42: 67–72. [Google Scholar] 11. Шарпантье Э., Барна А., Гильевин Л., Жюлиард Дж. Полностью биорезорбируемые коронарные каркасы с лекарственным покрытием: обзор. Arch.Cardiovasc. Дис. 2015; 108: 385–397. [PubMed] [Google Scholar] 12. Икбал Дж., Онума Ю., Ормистон Дж., Абизаид А., Ваксман Р., Серрюс П. Биорезорбируемые каркасы: обоснование, текущее состояние, проблемы и будущее. Евро. Харт J. 2014; 35: 765–776. [PubMed] [Google Scholar] 13. Ди Марио К., Гриффитс Х., Гоктекин О., Петерс Н., Вербист Дж., Бозье М., Deloose K., Heublein B., Rohde R., Kasese V., Ilsley C., Erbel R. Биоабсорбируемый магниевый стент с лекарственным покрытием. J. Interv. Кардиол. 2004. 17: 391–395. [PubMed] [Google Scholar] 14. Peeters P., Bosiers M., Verbist J., Deloose K., Heublein B. Предварительные результаты применения рассасывающихся металлических стентов у пациентов с критической ишемией конечностей. J. Endovasc. Ther. 2005; 12: 1–5. [PubMed] [Google Scholar] 15. Зартнер П., Чесневар Р., Сингер Х., Вейанд М. Первая успешная имплантация биоразлагаемого металлического стента в левую легочную артерию недоношенного ребенка.Катет. Кардиоваск. Интерв. 2005; 66: 590–594. [PubMed] [Google Scholar] 16. Waksman R., Erbel R., Di Mario C., Bartunek J., de Bruyne B., Eberli FR, Erne P., Haude Michael, Horrigan M., Ilsley C., Böse D., Bonnier H., Koolen J ., Люшер Т.Ф., Вайсман Н.Дж. Ранние и долгосрочные внутрисосудистые ультразвуковые и ангиографические данные после имплантации биоабсорбируемого магниевого стента в коронарные артерии человека, JACC. Сердечно-сосудистые вмешательства. 2009; 2: 312–320. [PubMed] [Google Scholar] 17. Эрмаван Х., Дубэ Д., Мантовани Д. Разлагаемые металлические биоматериалы: проектирование и разработка сплавов Fe-Mn для стентов. J. Biomed. Матер. Res. 2010: 1–11. Часть A 93A. [PubMed] [Google Scholar] 18. Луффи С.А., Чжоу Д., Уотерман Дж., Уэрден П.Д., Кумта П.Н., Гилберт Т.В. Оценка магниево-иттриевого сплава в качестве внепросветного трахеального стента. J. Biomed. Матер. Res. А. 2014; 102: 611–620. [PubMed] [Google Scholar] 19. Джанг Ю., Овуор Д., Уотерман Дж. Т., Уайт Л., Бойс К., Санкар Дж., Гилберт Т. В., Юн Ю. Влияние муцина и бикарбонат-иона на коррозионное поведение магниевого сплава AZ31 для стентов дыхательных путей.Материалы. 2014; 7: 5866–5882. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 20. Zhang S., Zheng Y., Zhang L., Bi Y., Li J., Liu J., Guo H., Li Y. Коррозия in vitro и in vivo и гистосовместимость чистого Mg и сплава Mg-6Zn в моче имплантаты в модели крысы. Матер. Sci. Англ. С. 2016; 68: 414–422. [PubMed] [Google Scholar] 21. Зейтц Дж., Лукас А., Киршнер М. Компрессионные винты на основе магния: новинка в клиническом использовании имплантатов. JOM. 2016; 68: 1177–1182. [Google Scholar] 23. Шильдвехтер М., Биотроник С.E., Co K.G., Буэлах, Швейцария. 2016. Пресс-релиз Biotronik Компания Biotronik объявляет о выпуске маркировки CE для Magmaris, первого клинически испытанного биорезорбируемого магниевого каркаса. [Google Scholar] 24. Хорнбергер Х., Виртанен С., Боккаччини А. Биомедицинские покрытия на магниевых сплавах — обзор. Acta Biomater. 2012; 8: 2442–2455. [PubMed] [Google Scholar] 25. Чун-Ян З., Ронг-Чанг З., Ченг-Лонг Л., Цзя-Ченг Г. Сравнение покрытий из фосфата кальция на сплавах Mg – Al и Mg – Ca и их коррозионное поведение в растворе Хэнка.Серфинг. Пальто. Technol. 2010; 204: 3636–3640. [Google Scholar] 26. Уотерман Дж., Стайгер М.П. Системы покрытия для биоматериалов на основе магния — современное состояние. Magnes.Technol. 2011; 2011: 403–408. [Google Scholar] 27. Киркланд Н.Т., Бирбилис Н. Спрингер; Cham: 2013. Магниевые биоматериалы: дизайн, тестирование и передовая практика. [Google Scholar] 28. Сонг Г.Л., Атренс А. Механизмы коррозии магниевых сплавов. Adv. Англ. Матер. 1999; 1: 11–33. [Google Scholar] 29. Hänzi A.C., Gunde P., Schinhammer M., Uggowitzer P.J. О характеристиках биоразложения сплава Mg – Y – RE с различными условиями поверхности в моделируемой жидкости организма. Acta Biomater. 2009; 5: 162–171. [PubMed] [Google Scholar] 31. Го Ю., Сили М.П., ​​Го С. Значительное улучшение коррозионной стойкости биоразлагаемых металлических имплантатов, обработанных лазерным ударным упрочнением. CIRP Ann. — Мануф. Technol. 2012; 61: 583–586. [Google Scholar] 32. Сили М.П., ​​Го Ю. Целостность поверхности и механика процесса лазерной ударной обработки нового биоразлагаемого магний-кальциевого (Mg-Ca) сплава.J. Mech. Behav. Биомед. Матер. 2010; 3: 488–496. [PubMed] [Google Scholar] 33. Сили М.П., ​​Гуо Ю.Б., Каслару Р.К., Шаркинс Дж., Фельдман Д. Усталостные характеристики биоразлагаемого магний-кальциевого сплава, обработанного методом лазерной ударной обработки для ортопедических имплантатов. Int. J. Усталость. 2016; 82: 428–436. [Google Scholar] 34. Салахшур М., Го Ю.Б. Контроль биоразложения магниево-кальциевого биоматериала за счет регулирования целостности поверхности синергетическим резанием и полировкой. Процедуры CIRP. 2014; 13: 143–149. [Google Scholar] 35.Сили М.П., ​​Го Ю. т. 5. 2011. с. 9. (Изготовление и характеристика текстуры поверхности для прорастания кости с помощью последовательной лазерной обработки биоразлагаемых ортопедических магниево-кальциевых имплантатов). [Google Scholar] 36. Сили М.П., ​​Лю З., Ли К., Го Ю., Уайт Б., Барки М., Джордон Дж. Б., Брюер Л.Н., Фельдман Д. Стратегия оптимизации восстановления при ортопедических спортивных травмах. J. Bioanal. Биомед. 2017; 9 [Google Scholar] 37. Гизеке М., Ноэльке С., Кайерле С., Уэслинг В., Хаферкамп Х. Магниевые технологии.John Wiley & Sons, Inc; Хобокен, Нью-Джерси, США: 2013. Селективное лазерное плавление магния и магниевых сплавов; С. 65–68. 2013. [Google Scholar] 38. Ниу X., Шен Х., Фу Дж. Микроструктура и механические свойства смеси порошков Mg-9 мас.% Al, расплавленных селективным лазером. Матер. Lett. 2018; 221: 4–7. [Google Scholar] 39. Вэй К., Ван З., Цзэн X. Влияние испарения элемента на формуемость, состав, микроструктуру и механические характеристики компонентов Mg – Zn – Zr, расплавленных селективным лазером. Матер.Lett. 2015; 156: 187–190. [Google Scholar] 40. Павляк А., Росенкевич М., Хлебус Э. Дизайн экспериментов по оптимизации процесса селективного лазерного плавления порошков AZ31. Arch. Civ. Мех. Англ. 2017; 17: 9–18. [Google Scholar] 41. Ng C.C., Savalani M.M., Lau M.L., Man H.C. Микроструктура и механические свойства магния селективного лазерного плавления. Прил. Серфинг. Sci. 2011; 257: 7447–7454. [Google Scholar] 42. Савалани М.М., Писарро Дж.М. Влияние предварительного нагрева и толщины слоя на селективное лазерное плавление (SLM) магния.Быстрый прототип. J. 2016; 22: 115–122. [Google Scholar] 43. Чунг Нг К., Савалани М., Чунг Ман Х. Производство магния с использованием метода селективной лазерной плавки. Быстрый прототип. J. 2011; 17: 479–490. [Google Scholar] 44. Го Ю., Пан Х., Рен Л., Куан Г. Микроструктура и механические свойства проволочной дуги, полученной аддитивным способом из магниевого сплава AZ80M. Матер. Lett. 2019; 247: 4–6. [Google Scholar] 45. Го Дж., Чжоу Ю., Лю К., Ву К., Чен X., Лу Дж. Аддитивное производство проволочной дугой магниевого сплава AZ31: измельчение зерна путем регулировки частоты импульсов.Материалы. 2016; 9: 823. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 46. Фараг М.М., Юн Х. Влияние добавления желатина на изготовление каркасов на основе фосфата магния, полученных с помощью системы аддитивного производства. Матер. Lett. 2014; 132: 111–115. [Google Scholar] 47. Паланивел С., Нелатуру П., Гласс Б., Мишра Р.С. Аддитивное производство с фрикционным перемешиванием для высоких структурных характеристик за счет микроструктурного контроля в сплаве WE43 на основе магния. Матер. Des. 2015; 65: 934–952. [Google Scholar] 48. Салехи М., Maleksaeedi S., Nai S.M.L., Meenashisundaram G.K., Goh M.H., Gupta M. Сдвиг парадигмы в сторону трехмерной печати магниевых сплавов с нулевой суммой композиционного материала без связующего с помощью капиллярно-опосредованного мостикового соединения. Acta Mater. 2019; 165: 294–306. [Google Scholar] 49. Салехи М., Малексаэди С., Сапари М.А.Б., Най М.Л.С., Минашисундарам Г.К., Гупта М. Аддитивное производство сплавов магний-цинк-цирконий (ZK) с помощью капиллярно-опосредованной трехмерной печати без связующего. Матер. Des. 2019; 169: 107683. [Google Scholar] 50.Ли Ю., Чжоу Дж., Паванрам П., Лифланг М.А., Фокарт Л.И., Пуран Б., Тюмер Н., Шредер К.-., Мол Дж. М.С., Вайнанс Х., Яр Х., Задпур А.А. Биоразлагаемый пористый магний аддитивного производства. Acta Biomater. 2018; 67: 378–392. [PubMed] [Google Scholar] 51. Витте Ф., Кезе В., Хаферкамп Х., Свитцер Э., Мейер-Линденберг А., Вирт С. Дж., Виндхаген Х. Коррозия четырех магниевых сплавов in vivo и связанная с ней реакция кости. Биоматериалы. 2005; 26: 3557–3563. [PubMed] [Google Scholar] 52. ASTM International.2015. Стандартная терминология для аддитивного производства. [Google Scholar] 53. Крут Дж., Мерселис П., Ван Вэренберг Дж., Фройен Л., Ромбоутс М. Механизмы связывания в селективном лазерном спекании и селективном лазерном плавлении. Быстрый прототип. J. 2005; 11: 26–36. [Google Scholar] 54. Бэр Ф., Бергер Л., Яуэр Л., Куртулду Г., Шаублин Р., Шлейфенбаум Дж. Х., Лёффлер Дж. Ф. Лазерное аддитивное производство биоразлагаемого магниевого сплава WE43: подробный анализ микроструктуры. Acta Biomater. 2019; 98: 36–49. [PubMed] [Google Scholar] 55.Ng C.C., Savalani M.M., Man H.C., Gibson I. Производство слоев магния и структур из его сплавов для будущих применений. Virtual Phys. Прототип. 2010; 5: 13–19. [Google Scholar] 56. Ниу X., Шен Х., Фу Дж., Ян Дж., Ван Ю. Коррозионное поведение слоя лазерного порошка с расплавленным чистым магнием в растворе Ханка. Коррос. Sci. 2019; 157: 284–294. [Google Scholar] 57. Гангиредди С., Гвалани Б., Лю К., Файерсон Э.Дж., Мишра Р.С. Микроструктура и механические свойства сплава WE43-Mg, полученного добавкой (AM).Addit. Manuf. 2019; 26: 53–64. [Google Scholar] 58. Ли В., Ли Ю., Яр Х., Чжан Х., Лифланг М.А., Поуран Б., Тихелаар Ф.Д., Вайнанс Х., Чжоу Дж., Задпур А.А. Усталостное поведение аддитивного пористого магния, вызванного биологическим разложением. Addit. Manuf. 2019; 28: 299–311. [Google Scholar] 59. Чжан Б., Ляо Х., Коддет С. Влияние параметров обработки на свойства смеси порошков Mg – 9% Al для селективного лазерного плавления. Матер. Des. 2012; 34: 753–758. [Google Scholar] 60. Лю С., Ян В., Ши X., Ли Б., Дуан С., Го Х., Го Дж. Влияние параметров лазерного процесса на уплотнение, микроструктуру и механические свойства магниевого сплава AZ61, расплавленного селективным лазером. J. Alloy. Комп. 2019; 808: 1–16. 151160. [Google Scholar] 61. Вэй К., Гао М., Ван З., Цзэн X. Влияние подводимой энергии на формуемость, микроструктуру и механические свойства магниевого сплава AZ91D, расплавленного селективным лазером. Матер. Sci. Англ. А. 2014; 611: 212–222. [Google Scholar] 62. Schmid D., Renza J., Zaeh M.F., Glasschroeder J.Влияние процесса на лазерно-лучевое плавление магниевого сплава AZ91. Физические процедуры. 2016; 83: 927–936. [Google Scholar] 63. Yin Y., Huang Q., Liang L., Hu X., Liu T., Weng Y., Long T., Liu Y., Li Q., ​​Zhou S., Wu H. Композиты ZK30 / биоактивное стекло, изготовленные методом селективного лазерного плавления для биомедицинских применений. J. Alloy. Комп. 2019; 785: 38–45. [Google Scholar] 64. Лю К., Чжан М., Чен С. Влияние параметров лазерной обработки на пористость, микроструктуру и механические свойства пористых сплавов Mg-Ca, полученных с помощью лазерного аддитивного производства.Матер. Sci. Англ. А. 2017; 703: 359–371. [Google Scholar] 65. Ху Д., Ван Ю., Чжан Д., Хао Л., Цзян Дж., Ли З., Чен Ю. Экспериментальное исследование селективного лазерного плавления объемного чистого магния сетчатой ​​формы. Матер. Manuf. Процесс. 2015; 30: 1298–1304. [Google Scholar] 66. Вэй К., Цзэн X., Ван З., Дэн Дж., Лю М., Хуанг Г., Юань X. Селективное лазерное плавление бинарных сплавов Mg-Zn: влияние содержания Zn на характеристики уплотнения, микроструктуру и механические свойства . Матер. Sci. Англ. А. 2019; 756: 226–236.[Google Scholar] 67. Салехи М., Малексаэди С., Фарнуш Х., Най М.Л.С., Минашисундарам Г.К., Гупта М. Исследование взаимодействия между порошком магния и газообразным аргоном: последствия для селективного лазерного плавления магния. Пудра Технол. 2018; 333: 252–261. [Google Scholar] 68. Такаги Х., Сасахара Х., Абэ Т., Санномия Х., Нишияма С., Охта С., Накамура К. Оценка свойств материалов магниевых сплавов, изготовленных с использованием аддитивного производства на основе проволоки и дуги. Addit. Manuf. 2018; 24: 498–507.[Google Scholar] 69. Ворндран Э., Мозеке К., Гбурек У. 3D-печать керамических имплантатов. МИССИС БЫК. 2015; 40: 127–136. [Google Scholar] 70. Мейнингер С., Мозеке К., Спатц К., Мерц Э., Блюм К., Эвальд А., Ворндран Э. Влияние замещения стронция на свойства материала и остеогенный потенциал каркасов из фосфата магния, напечатанных на 3D-принтере. Матер. Sci. Англ. С. 2019; 98: 1145–1158. [PubMed] [Google Scholar] 71. Мейнингер С., Мандал С., Кумар А., Гролл Дж., Басу Б., Гбурек У. Прочность, надежность и разложение in vitro трехмерных порошковых напечатанных каркасов из замещенного фосфатом магния стронция.Acta Biomater. 2016; 31: 401–411. [PubMed] [Google Scholar] 72. Ли Л., Гао Дж., Ван Ю. Оценка цитотоксичности и коррозионного поведения термообработанного щелочью магния в моделируемой жидкости организма. Серфинг. Пальто. Technol. 2004; 185: 92–98. [Google Scholar] 73. Сонг Г., Сонг С. Возможный биоразлагаемый материал магниевого имплантата. Adv. Англ. Матер. 2007; 9: 298–302. [Google Scholar] 74. Витте Ф. История биоразлагаемых магниевых имплантатов: обзор. Acta Biomater. 2010; 6: 1680–1692. [PubMed] [Google Scholar] 75.Шуай К., Лю Л., Чжао М., Фэн П., Ян Ю., Го В., Гао К., Юань Ф. Микроструктура, биоразложение, антибактериальные и механические свойства сплавов ZK60-Cu, полученных методом селективной лазерной плавки . J. Mater. Sci. Technol. 2018; 34: 1944–1952. [Google Scholar] 76. Xu R., Zhao M., Zhao Y., Liu L., Liu C., Gao C., Shuai C., Atrens A. Повышенная устойчивость к биоразложению за счет измельчения зерна новых антибактериальных сплавов ZK30-Cu, полученных с помощью селективного лазерного плавления. Матер. Lett. 2019; 237: 253–257. [Google Scholar]

Коррозия и обработка поверхности магниевых сплавов

Существует ряд подходов к решению проблем коррозии магниевых сплавов [5]: (1) Высокочистые или новые сплавы: уменьшение содержания примесей до уровня ниже их допустимых пределов и разработка новые сплавы с новыми элементами, фазами и распределением микроструктуры; (2) Модификация поверхности: сюда входит ионная имплантация и лазерный отжиг; (3) Уменьшение размера зерен и интерметаллических частиц: микроструктура может влиять на коррозионную стойкость; и (4) защитные пленки и покрытия.

5.1. Высокочистые или новые сплавы

Часто используемой стратегией является повышение коррозионной стойкости за счет производства Mg-сплавов с низкой концентрацией вредных элементов. Это обеспечивает максимально возможную степень однородной коррозионной стойкости исходного материала [5].

5.2. Модификация поверхности

Ниже описаны два основных метода модификации поверхности.

Ионная имплантация — это метод, при котором почти любые элементарные ионы могут быть имплантированы на поверхность любого твердого тела с помощью пучка энергичных ионов, ускоренных в мишень в условиях вакуума.Такая гомогенизация является основным преимуществом ионной имплантации с точки зрения коррозионной стойкости. Дополнительные преимущества включают возможность изменения поверхности при сохранении объемных свойств, создание новых поверхностных сплавов и устранение проблем поверхностной адгезии, связанных с покрытиями. Основными недостатками являются то, что это метод прямой видимости, и он модифицирует только тонкую пленку [33]. Аквипат и соавторы [34] исследовали эффекты имплантированного железом Mg и AZ91C в борной кислоте и боратном буферном растворе с 1000 ppm NaCl.Было известно, что железо снижает коррозионную стойкость магниевых сплавов, когда вводится во время традиционной обработки, и целью их работы было оценить влияние железа, вводимого путем имплантации. Имплантированное железо изменило характер атаки на AZ91. В неимплантированном случае островки Mg ₁₇ Al ₁₂ действовали как локальные катоды, вызывая ускоренную коррозию окружающей матрицы с образованием глубокого канала вокруг этих островков. Имплантированное железо перенесло атаку на сами частицы Mg ₁₇ Al ₁₂ , что привело к более равномерной атаке без быстрого каналирования, которому подвергалась матрица магния в неимплантированном случае.Результаты этих исследований ионной имплантации обнадеживают, но для повышения практической значимости этого подхода необходимы улучшения в экономике и универсальности процесса имплантации.

Лазерный отжиг

Метод лазерного отжига включает образование метастабильных твердых растворов на металлических поверхностях за счет лазерного отжига, при котором скорость охлаждения достигает 1010 К / с, что достижимо с использованием лазеров в импульсном наносекундном диапазоне [33].Таким образом, это еще одна форма обработки для быстрого затвердевания, но она включает плавление и затвердевание только поверхностных слоев. Помимо преимуществ ионной имплантации, преимущества включают способность лазеров обрабатывать более сложные геометрические формы, большую глубину обработки, недорогие эксплуатационные расходы и больший контроль концентрации модифицированного слоя [33]. Основным недостатком является необходимость дополнительной механической обработки из-за изменения размеров во время обработки. Аквипат с соавторами [34] исследовали влияние тонких слоев толщиной около 100 нм из Al, Cr, Cu, Fe и Ni на стойкость к питтингу AZ91C в растворе бората борной кислоты с 1000 ppm NaCl.Роль, которую играют эти элементы после лазерной обработки, безусловно, отличается от той, когда они присутствуют при традиционной обработке, особенно Cu, Fe и Ni, которые вредны даже в малых концентрациях в условиях равновесия. Это улучшение, вероятно, связано со структурой и составом приповерхностной области [34].

5.3. Улучшение микроструктуры

Коррозионная стойкость может быть затронута путем модификации микроструктуры. Недавние исследования [19, 35, 36] были сосредоточены на уточнении размера зерен и интерметаллических частиц, а также на разработке более однородной микроструктуры.

Уменьшение размера зерна

Уменьшение размера зерна увеличивает общую площадь границы зерна, тем самым оптимизируя распределение вредных интерметаллидов и минимизируя размер любых возможных вредных интерметаллидов, таких как FeAl ₃ . Традиционный метод измельчения зерна при литье в песчаные формы заключается в добавлении безвредного вещества, которое способствует гетерогенному зародышеобразованию во время затвердевания. Действительно, добавление стронция к сплавам Mg-Al показало заметное уменьшение размера зерна, но также указывало на возможное изменение как структуры и состава оксидного слоя, так и электрохимических свойств присутствующих фаз [19].

Эффект обработки для быстрого затвердевания

Быстро затвердевающие материалы демонстрируют улучшенную коррозионную стойкость из-за улучшенной микроструктуры, которая превращается в более однородный состав, тем самым сводя к минимуму потенциал любой ячейки микрогальванической коррозии.

Говинд и др. [35] заявили, что технология изготовления ленты быстрого затвердевания из высокореактивного сплава Mg-9% Al-1% Zn-0,2% Mn была успешно отработана. Размер зерен 1-3 мкм может быть достигнут в лентах после формования, в отличие от размера зерна 250-300 мкм, обычно достигаемого в структуре, отлитой в песчаные формы.Ниже температуры 200 ° C рост зерен в RS-лентах сплава Mg не наблюдался, так как выделения интерметаллического соединения Mg ₁₇ Al ₁₂ закрепляли границы зерен.

Эффект термообработки

Термическая обработка может радикально изменить размер, количество и распределение осажденной β-фазы, Mg ₁₇ Al ₁₂ , что, в свою очередь, изменяет коррозионные свойства Mg-Al сплавы. Аунг и Чжоу [36] изучали слиток AZ91D в литом состоянии, который был гомогенизирован обработкой раствором, а затем выдержан в течение различных периодов времени.Гомогенизационная обработка слитка AZ91D при 420 ° C в течение 24 часов оказалась эффективной для растворения β-преципитатов. Искусственное старение при 200 ° C вызывало выделение β-фазы в основном по границам зерен. Было обнаружено, что объемная доля β-фазы увеличивается со временем старения. Обработка гомогенизацией улучшила коррозионную стойкость слитка AZ91D, но старение в течение 8, 16 или 26 часов снизило коррозионную стойкость. Эти результаты подтверждают предположение о существовании микрогальванической связи между катодной β-фазой и анодной α-матрицей.Ингибирующий эффект β-фазы в искусственно состаренном сплаве преобладал в течение короткого интервала электрохимических испытаний, но ускоряющий эффект снижения содержания алюминия в матрице преобладал при длительном испытании иммерсией. Во время испытаний погружением β-фаза может растворяться в химическом растворе, что также способствует увеличению скорости коррозии.

5.4. Защитные покрытия и пленки

Существует ряд технологий для нанесения покрытий на магний и его сплавы.К ним относятся электрохимическое покрытие, конверсионные покрытия, анодирование, гидридные покрытия, органические покрытия и парофазные процессы.

5.4.1. Электрохимическое покрытие

Одним из наиболее эффективных и простых способов нанесения металлического покрытия на подложку является электрохимическое покрытие. Электрохимическое покрытие можно разделить на два типа: гальваническое и химическое. В обоих случаях соль металла в растворе восстанавливается до металлической формы на поверхности подложек.При гальванике электроны для восстановления поступают от внешнего источника. При химическом или химическом нанесении покрытия восстанавливающие электроны поставляются химическим восстановителем в растворе или, в случае нанесения покрытия методом погружения, самой подложкой.

Гальваника: \ n \ t \ t \ t \ t \ t

Помимо некоторых традиционных недостатков гальваники, таких как неоднородные покрытия и трудности с нанесением покрытий сложной формы, при нанесении гальванических покрытий на магний необходимо решить ряд проблем. .Процессы предварительной обработки усложняются тем, что в присутствии воздуха магний очень быстро образует пассивный оксидный слой. Гальваническое покрытие Cu-Ni-Cr продемонстрировало хорошую коррозионную стойкость во внутренних и мягких внешних средах [37]. Кроме того, необходимо разработать нетрадиционные гальванические ванны, поскольку магний бурно реагирует с большинством кислот и растворяется в кислой среде. Кроме того, магний и его сплавы склонны к гальванической коррозии, поэтому металлическое покрытие не должно иметь пор, иначе скорость коррозии увеличится.Обычно толщина покрытия составляет не менее 40-50 мкм, чтобы обеспечить покрытие без пор. Кроме того, сплавы трудно покрыть пластиной, потому что интерметаллиды, такие как Mg _x Al _y , образуются на границах зерен, что приводит к неоднородному поверхностному потенциалу на подложке и, следовательно, еще больше усложняет процесс нанесения покрытия. Недавно Цзян и др. [388] исследовали покрытия из сплава Zn-Ni, нанесенные импульсным методом на магниевый сплав AZ91. Перед напылением поверхности подложки обрабатывались стандартным промышленным способом: шлифовка глиноземной наждачной бумагой, щелочное обезжиривание, химическое травление, активация, цинкование иммерсией и покрытие сплава Zn-Cu.Слой Zn и слой Zn-Cu под покрытием Zn-Ni были нанесены для улучшения адгезии и защиты подложки с использованием небольшой разности электродных потенциалов между слоями Zn-Cu и Zn-Ni. Покрытия Zn-Ni наносили в щелочной ванне с составом ZnO 10 г / л, NaOH 150 г / л, NiSO ₄ • 6H ₂ O г / л, триэтаноламин 50 г / л, при 10-40 ° С. ° C, 500-4000 Гц, 0,04-0,1 А / см ² . Прочность склеивания может достигать 14,8 МПа. Коррозионная стойкость покрытия Zn-Ni может достигать более 200 часов при испытании в солевом тумане, проводимом в соответствии с ASTM B1117.Однако подробных данных о пористости покрытий, которая может увеличить скорость коррозии из-за эффекта гальванической коррозии, представлено не было.

Бесконтактное покрытие: \ n \ t \ t \ t \ t \ t

Бесконтактное покрытие имеет хорошую метательную способность и может обеспечить равномерную толщину покрытия на сложных объектах. Он также включает простую предварительную обработку и подходит для магниевых сплавов с высоким содержанием алюминия [1]. Однако покрытия, нанесенные методом химического осаждения, не могут быть слишком толстыми, срок службы ванны ограничен, а скорость осаждения низкая.В частности, химическое нанесение покрытия требует использования фтористоводородной кислоты во время предварительной обработки, что увеличивает опасность операции и не является экологически чистым [1]. Исследования по увеличению срока службы ванны и устранению токсичных химикатов необходимы, чтобы создать процесс зеленого покрытия для покрытия магнием. Sharma et al. [39] исследовали свойства химического никелевого покрытия на магниевом сплаве ZM21. Раствор содержит карбонат никеля, гипофосфит натрия (металл-восстановитель), лимонную кислоту и бифторид (действуют как ускорители, комплексообразователь и ускорители), тиомочевину (стабилизатор раствора и отбеливающий агент) и раствор аммиака.В документе предложены некоторые реакции и предположено, что автокаталитическая реакция осаждения никеля инициируется каталитическим дегидрированием восстановителя с высвобождением иона гидрида, который затем поставляет электроны для восстановления ионов никеля.

Образцы с покрытием погружали в 5% раствор хлорида натрия при pH 7,0. После 96 часов погружения пятен коррозии на покрытиях не наблюдалось. Образование пятен коррозии началось только после пятых суток погружения.Недавно Хуо и др. [40] разработала экологически безопасную комбинированную технику химической конверсионной обработки с последующим химическим никелированием сплава AZ91D для повышения коррозионной стойкости. Наличие конверсионного покрытия, которое состояло в основном из MgSnO ₃ • H ₂ O, между никелевым покрытием и подложкой уменьшало разность потенциалов и предотвращало любую катастрофическую гальваническую коррозию между никелем и магнием. Никелевое покрытие, нанесенное химическим способом, содержащее около 10 мас.% Фосфора, значительно увеличивало потенциал коррозии AZ91D с -1.50 В до -0,60 В.

5.4.2. Конверсионные покрытия

Конверсионные покрытия получают путем химической или электрохимической обработки металлической поверхности для получения поверхностного слоя из оксидов, хроматов, фосфатов или других соединений металла подложки, которые химически связаны с поверхностью. На магнии эти покрытия обычно используются для улучшения адгезии краски к покрытиям и обеспечения улучшенной защиты металла от коррозии. Существует ряд различных типов конверсионных покрытий, включая хроматную, перманганатную, фосфатную, фосфатно-перманганатную и фторцирконатную обработки.Традиционные конверсионные покрытия основаны на соединениях хрома, которые, как было доказано, являются высокотоксичными канцерогенами. Разработка экологически безопасного процесса является необходимостью из-за более строгих законов об охране окружающей среды, действующих или предлагаемых в настоящее время. Покрытия на сплавах также представляют серьезную проблему из-за их неоднородного состава поверхности.

Фосфатно-перманганатные конверсионные покрытия

Фосфат-перманганатная обработка исследуется как альтернатива традиционным хроматно-конверсионным покрытиям.Эти виды обработки более безопасны для окружающей среды и, как было показано, обладают коррозионной стойкостью, сравнимой с обработкой хроматом [1].

Chong и Shih [41] сообщили, что конверсионное покрытие на магниевых сплавах AZ61A, AZ80A и AZ91D, приготовленное из раствора, содержащего перманганат (KMnO ₄ 20 г / л) и фосфат (MnHPO ₄ 60 г / л), показало эквивалентное или немного лучшая пассивная способность, чем обычная конверсионная обработка на основе хромата, но худшая пассивная способность для чистого образца Mg.Хоук и Олбрайт [42] изучали фосфатно-перманганатную обработку конверсионного покрытия AM60B. Покрытие основано на фосфате магния, но содержит значительное количество соединений алюминия, образующихся из-за содержания алюминия в сплаве, и соединений марганца, образующихся в результате восстановления перманганат-иона. Считается, что марганец вносит марганец в покрытие и действует как ускоритель, не осаждая металлический марганец на поверхности магния. Покрытия показали хорошую коррозионную стойкость и адгезию краски.

Было обнаружено, что наиболее важным фактором в производстве конверсионных покрытий наилучшего качества является контроль pH [1]. Поскольку pH является наиболее важным фактором, определяющим качество конверсионного покрытия, исследования по стабилизации pH растворов привлекают все большее внимание. Umehara et al. [43] утверждали, что раствор, стабилизирующий pH, был разработан для конверсионного покрытия на AZ91D. Образовавшаяся поверхностная пленка состояла из оксида магния и оксида марганца и содержала оксид бора.Изменение pH было незначительным с увеличением площади поверхности обработанного магния. После очистки и активации поверхности образцы погружали в раствор, содержащий перманганат калия и азотную или плавиковую кислоту. Покрытия, сформированные в ванне, содержащей азотную кислоту, были значительно толще, и наблюдался кристаллический оксид марганца. Коррозионная стойкость этих покрытий была эквивалентна защите, обеспечиваемой стандартной обработкой хроматом.

Конверсионные покрытия станнатом

Гонсалес-Нуньес и др. [44] провели исследование обработки станнатом ZC 71 и композиционного материала с металлической матрицей из частиц ZC71 + 12% SiC.После механической обработки и травления образцы были погружены в ванну со станнатом на выбранные периоды времени. Обработка привела к образованию сплошного и плотного кристаллического покрытия MgSnO ₃ толщиной 2-3 мкм на обоих материалах. Зарождение и рост покрытия завершались примерно за 20 мин. Было обнаружено, что начальное зародышеобразование происходит в катодных участках на поверхности с ростом кристаллов до размера зерен около 2-5 мкм до тех пор, пока они не сливаются. Потенциал коррозии магниевых поверхностей увеличивался по мере того, как происходило формирование пленки, что указывает на то, что покрытие действительно оказывает пассивирующее действие на поверхность.

Редкоземельный процесс

Защита от коррозии конверсионных покрытий из церия, лантана и празеодима на магнии и магниевом сплаве WE 43 была исследована Раддом и др. [45]. Образцы были отполированы, очищены в воде и метаноле и высушены перед погружением в раствор Ce (NO ₃ ) ₃ , La (NO ₃ ) ₃ или Pr (NO ₃ ) ₃ . . На поверхности образовалось видимое, липкое, но легко удаляемое покрытие.Было продемонстрировано, что эти покрытия обеспечивают повышение коррозионной стойкости магния и его сплавов. Однако покрытия разрушались при длительном погружении в тестовый буферный раствор, поэтому их защитный эффект был краткосрочным.

Конверсионные покрытия известны в течение некоторого времени, но следует отметить, что большая часть работы, выполняемой по конверсионным покрытиям на магниевые подложки, по своей природе является патентованной. Таким образом, предстоит еще много исследований, чтобы лучше понять поверхностные реакции между подложками на основе магния и покрытиями [1].

5.4.3. Анодирование

Анодирование — это электролитический процесс для получения толстой стабильной оксидной пленки на металлах и сплавах. Эти пленки могут использоваться для улучшения адгезии краски к металлу, в качестве основы для окрашивания или в качестве пассивирующей обработки. Этапы обработки включают в себя [1]: (1) предварительную механическую обработку, (2) обезжиривание, очистку и травление, (3) электрооблицовку или полировку, (4) анодирование с использованием переменного или постоянного тока, (5) окраску или последующую обработку. -обработка и (6) герметизация. Герметизация анодированной пленки необходима для получения устойчивой к истиранию и коррозии пленки.Этого можно добиться кипячением в горячей воде, обработкой паром, герметизацией из дисхромата и лаком [1]. Одна из основных проблем при получении адгезионных коррозионно-стойких анодных покрытий на магнии возникает из-за электрохимической неоднородности из-за фазового разделения в сплаве. Другой недостаток этого метода заключается в том, что на усталостную прочность основного металла может влиять локальный нагрев поверхности во время обработки.

Процесс Dow 17 : Химическая обработка №17, разработанный Dow Chemicals, может применяться ко всем формам и сплавам магния [46]. Ванна для анодирования, используемая при этой обработке, представляет собой сильно щелочную ванну, состоящую из гидроксида щелочного металла и фторида или соли железа или их смеси. В результате этого процесса образуется двухфазное двухслойное покрытие. Первый слой наносится при более низком напряжении, и в результате получается тонкое, примерно 5 мкм, светло-зеленое покрытие. Верхний слой формируется при более высоком напряжении. Это толстый темно-зеленый слой толщиной 30,4 мкм, обладающий хорошей стойкостью к истиранию, базовыми свойствами краски и стойкостью к коррозии [46].

Процесс HAE: назван в честь его первооткрывателя H.A. Евангелид [47]. Эта обработка может применяться ко всем сплавам магния, включая сплавы магния с редкоземельными элементами [47]. Ванна HAE представляет собой сильно щелочной и окисляющий раствор, состоящий из гидроксид-алюминат-фторид-манганат калия и трехкомпонентного фосфата натрия [48]. Обработка дает двухфазное покрытие, как в процессе DOW 17 [46]. При более низком напряжении получается светло-коричневое промежуточное покрытие толщиной 5 мкм. При более высоком напряжении образуется более толстая (30 мкм) темно-коричневая пленка.После герметизации обработка HAE обеспечивает отличную коррозионную стойкость. Коррозионная стойкость AZ91D, обработанного этим методом, была проверена трехлетним экспериментом в атмосфере. Наблюдалась превосходная коррозионная стойкость по сравнению с конверсионным покрытием [49].

Другие процессы : Mizutani et al. [50] изучили электрохимическое поведение чистого магния, AZ31 и AZ91 в 1 моль / дм ³ NaOH во время процесса анодирования. Пленки анодирования на сплавах Mg при 3 В имели лучшую эффективную коррозионную стойкость, и эти пленки состоят из гидроксида магния.Однако покрытия были действительно тонкими, а толщина пленки анодированного AZ91 при 3, 10 и 80 В составляла приблизительно 4, 1 и 0,5 мкм соответственно.

5.4.4. Процессы газофазного осаждения

Защитные покрытия также могут быть получены из газовой фазы. Обычно это металлические покрытия, но они могут включать органические покрытия, такие как полимерные покрытия, нанесенные термическим напылением, и алмазоподобные покрытия. Все эти процессы имеют то преимущество, что они оказывают небольшое негативное воздействие на окружающую среду.Однако капитальные затраты, связанные с этими методами, обычно высоки [1].

Химическое осаждение из паровой фазы (CVD)

Химическое осаждение из паровой фазы можно определить как осаждение твердого вещества на нагретой поверхности в результате химической реакции из газовой фазы. Преимущества этого метода включают осаждение огнеупорных материалов значительно ниже их точек плавления, достижение плотности, близкой к теоретической, контроль размера зерна, обработку при атмосферном давлении и хорошую адгезию [51].Однако CVD ограничивается подложками, которые термически стабильны при ≥ 600 ° C. В настоящее время предпринимаются попытки снизить требования к высокой температуре, а процессы химического осаждения из паровой фазы и металлоорганического соединения в некоторой степени решают эту проблему. Еще одним недостатком этого процесса является высокая стоимость энергии из-за необходимости высоких температур осаждения, а иногда и низкая эффективность процесса.

Метод плазменного CVD был успешно использован для нанесения тонких пленок SiO _x на магниевый сплав WE43 [52].Покрытия наносили при низкой температуре (T <60 ° C) и давлении 100 мторр. Предварительная обработка проводилась непосредственно перед нанесением покрытия SiO _x в плазме, подаваемой с кислородом, водородом или CF ₄ -O ₂ (20%). Покрытия SiOx показали лучшую коррозионную стойкость в 0,1 М NaCl при предварительной обработке в плазме H ₂ , чем в плазме CF ₄ -O ₂ (20%). Когда поверхность магния обрабатывается плазмой H ₂ , происходит преимущественное удаление групп ОН, что приводит к чистой поверхности.Повышение коррозионной стойкости предварительно обработанного магниевого сплава в плазме CF ₄ -O ₂ (20%) приписывают образованию MgF ₂ [52] _.

Алмазоподобные углеродные пленки (DLC)

Алмазоподобные углеродные пленки могут быть получены с использованием ряда различных процессов, таких как физическое осаждение из паровой фазы (PVD), CVD и ионная имплантация. Эти покрытия желательны для многих применений из-за их высокой твердости, низкого коэффициента трения, электрической изоляции, теплопроводности и инертности.Yamauchi et al. [53] сообщили, что пленки DLC были нанесены на подложку из магниевого сплава (Al 2,4 мас.%, Zn 0,87 мас.%, Si 0,001 мас.%, Mn, Cu, Ni, Fe не обнаружены) методом плазменного CVD с использованием радиочастоты. Доказано, что покрытие DLC эффективно снижает коэффициент трения и улучшает коррозионную стойкость в растворах 3 мас.% NaCl и 0,05 н. NaOH. Однако пленки DLC показали плохую стойкость к коррозионному износу в 0,05 н. HCl из-за наличия в пленках ямок.

Физические процессы осаждения из паровой фазы

PVD включает осаждение атомов или молекул из паровой фазы на подложку.При нанесении покрытия PVD на магниевые подложки необходимо решить несколько проблем. Температура осаждения должна быть ниже температурной стабильности магниевых сплавов (180 ° C), и, несмотря на эту низкую температуру, должна быть получена хорошая адгезия. Холлштейн и др. [54] сравнили механические и химические свойства различных покрытий PVD на магниевом сплаве высокой чистоты AZ31, включая однослойный TiN, CrN, двухслойный TiAlN, NbN- (TiAl) N, CrN-TiCN, многослойный композит AlN / TiN и сверхрешетки CrN / NbN.Разница между слоями (TiAl) N и мультислоями TiN / AlN заключается в том, что слои (TiAl) N были получены с использованием целевого соединения Ti-50% -Al-50%, в то время как мультислои TiN / AlN были получены переключением мощности. между титановой мишенью и алюминиевой мишенью. Сверхрешетки NbN / CrN характеризуются повторяющейся структурой слоев из двух материалов с размером в нанометровом масштабе. Наилучшие результаты по коррозионной стойкости, адгезии и твердости были получены при использовании покрытий CrN и (TiAl) N.Классическое однослойное покрытие TiN с толщиной, типичной для декоративных целей (около 1 мкм), не подходит для эффективной защиты сплавов Mg от коррозии. Кажется, что для промышленного применения необходима минимальная толщина около 4 мкм или более. Hoche et. Соавторы [55] разработали новый метод плазменного анодирования для обеспечения приемлемой коррозионной стойкости, помимо превосходной защиты от износа на сплаве Mg. Анодирование и PVD-покрытие могут быть выполнены в одном процессе. Слой плазменного анодирования 0,5 мкм и 1.Покрытие 5 мкм PVD-Al ₂ O ₃ было подвергнуто 120-часовому солевому распылению.

5.4.5. Органические / полимерные покрытия

Органическая отделка обычно используется на заключительных стадиях процесса нанесения покрытия. Эти покрытия могут применяться для повышения коррозионной стойкости, абразивных и износостойких свойств или в декоративных целях. Для получения покрытий с превосходной адгезией, коррозионной стойкостью и внешним видом требуется соответствующий процесс предварительной обработки [1]. К магнию и магниевым сплавам могут применяться многие процессы нанесения покрытий, включая покраску, порошковое покрытие, электронное покрытие, золь-гель процесс и полимерное покрытие.В следующем разделе мы обсудим золь-гель процесс.

Золь-гель процесс

Синтез гелей золь-гель процессом включает гидролиз и конденсационную полимеризацию алкоксидов металлов. Одним из основных преимуществ этого метода является отличная адгезия, достигаемая при минимальной предварительной обработке образца [1]. Металлические поверхности просто обезжиривают, ополаскивают и сушат перед нанесением покрытия в золь-гелевую смесь. Существенным преимуществом является возможность нанесения покрытия на нестандартные формы и более крупные цельные конструкции.Однако золь-гелевые покрытия имеют тенденцию разрушаться, если толщина пленки превышает 5 мкм из-за деформации усадки во время сушки и уплотнения пленки ксерогеля после осаждения. Фани и др. [56] сообщили, что золь-гель покрытия, состоящие из ZrO ₂ , а также 15 мас.% CeO ₂ , могут быть нанесены на магниевые сплавы AZ91D и AZ31 методом покрытия погружением. Измерения адгезии покрытий показали хорошую адгезию при критических нагрузках до 25 Н. Испытания покрытий на наноиндентирование с измерением глубины показали твердость около 4.5 ГПа и модуль упругости 98 ГПа. Покрытия, нанесенные на подложки AZ91D и AZ31, показали хорошую коррозионную стойкость при испытании в солевом тумане, проведенном в течение 96 часов.

5.4.6. Электролитическое плазменное оксидирование

Электролитическое плазменное оксидирование (EPO), также называемое плазменным анодированием или микродуговым искрением, является многообещающей обработкой поверхности для замены шестивалентного хрома в антикоррозионной защите или улучшении трибологических свойств легких металлических конструкций. Это электролитическое плазменное окисление можно отличить от классического анодирования использованием напряжений, превышающих потенциал диэлектрического пробоя образующегося анодного оксида.Это приводит к локальному образованию плазмы, на что указывает наличие искр, сопровождающихся выделением газа [57].

Интересные исторические комментарии представлены в обзоре Ерохина и др. [57]. Плазменное анодирование восходит к 1932 году. В то время его изучали два немецких ученых, Гунтершульце и Бетц, работая над электролитическими конденсаторами с использованием алюминиевой фольги. В течение 1970-х годов также было разработано и изучено осаждение оксида на алюминиевый анод в условиях дугового разряда.В 80-е годы прошлого века возможности использования поверхностных разрядов при осаждении оксидов на различные металлы были изучены более подробно. Первые приложения были внедрены в текстильной и авиакосмической промышленности. Электролитическое плазменное окисление (ЭПО) в последнее время считается перспективным методом нанесения керамических покрытий на магниевые сплавы для защиты от коррозии.

Процесс EPO включает электрохимическое растворение анода, сочетание ионов металлов с анионами с образованием керамических соединений и спекание подложки под действием искр.Ерохин и др. [58] описали три основных этапа, ведущих к образованию керамического покрытия. Во-первых, в оксидном слое образуется ряд дискретных разрядных каналов в результате потери его диэлектрической стабильности в области низкой проводимости. Материал в канале нагревается до температур 10 ⁴ К за счет генерируемых электронных лавин. Из-за сильного электрического поля анионные компоненты втягиваются в канал. Из-за высокой температуры элементы выплавляются из подложки, попадают в канал и окисляются.Во-вторых, эти окисленные металлы выбрасываются из каналов на поверхность покрытия в контакте с электролитом, тем самым увеличивая толщину покрытия в этом месте. На последнем этапе разрядные каналы охлаждаются и продукты реакции осаждаются на его стенках. Вышеупомянутый процесс повторяется в нескольких отдельных местах по всей поверхности покрытия, что приводит к общему увеличению толщины покрытия. Тем не менее, нет никаких экспериментальных данных, подтверждающих приведенную выше интерпретацию.

Ерохин и др. al. В [57] также описаны вольт-амперные характеристики в процессе ЭПО. На рис. 13 представлена ​​вольт-амперная диаграмма процесса плазменного электролитического окисления. Сначала сформированная ранее пассивная пленка начинает растворяться в точке U _1, , что на практике соответствует потенциалу коррозии материала. Затем в области повторной пассивации, U ₁ -U ₂ , вырастает пористая оксидная пленка, и именно на ней происходит большая часть падений напряжения.В точке U _2, электрическая прочность поля в оксидной пленке достигает критического значения, за пределами которого пленка прорывается из-за удара или туннельной ионизации. В этом случае наблюдаются небольшие люминесцентные искры, которые быстро перемещаются по поверхности оксидной пленки, способствуя ее продолжающемуся росту. В точке U ₃ механизм ударной ионизации поддерживается за счет начала процессов термической ионизации и возникновения более медленных и больших дуговых разрядов. В области U ₃ -U ₄ термическая ионизация частично блокируется накоплением отрицательного заряда в объеме утолщающейся оксидной пленки, что приводит к короткому замыканию подложки при затухании разряда.Этот эффект определяет относительно низкую мощность и продолжительность возникающих дуговых разрядов, то есть микроразрядов, которые называются «микродугами». Благодаря «микродуговому искрению» пленка постепенно плавится и легируется элементами, содержащимися в электролите. Выше U ₄ дуговые микроразряды, возникающие по всей пленке, проникают в подложку и превращаются в мощные дуги, которые могут вызывать деструктивные эффекты, такие как термическое растрескивание пленки.

Недавно Wang et al.[59] сообщили о различных характеристиках окисленных покрытий при разных напряжениях на AZ91D в щелочно-силикатном растворе. Три типа оксидных покрытий: пассивная пленка, керамическое покрытие с микроискровым покрытием и покрытие из искровой керамики были приготовлены при 100 В, 195 В и 235 В соответственно. Пассивные пленки тонкие и не могут обеспечить эффективную защиту подложки. Микроискровые керамические покрытия однородны с компактным внутренним слоем и демонстрируют наивысшее сопротивление благодаря максимальной эффективной толщине.Покрытия из искровой керамики самые толстые, но из-за больших пор в оксидном слое они рыхлые и дефектные.

Рис. 13.

Вольт-амперная диаграмма процесса плазменного электролиза: в диэлектрической пленке на поверхности электрода развиваются разрядные явления [57].

Технология электролитического плазменного окисления (ЭПО) использовалась для нанесения керамических покрытий на магниевые сплавы для защиты от коррозии [60-63]. Покрытия могут иметь толщину до нескольких сотен микрометров, и их коррозионные свойства сильно зависят от используемых параметров процесса, химического состава исследуемых материалов и используемых электролитов.Влияние состава электролита на свойства оксидных покрытий EPO на Mg и Mg сплавах также было интересным предметом исследования для автомобильной промышленности. Электролиты состояли из гидроксида калия и некоторых других пассивных агентов, которые могут изменять характеристики оксидных покрытий. Hsiao и Tsai [62] исследовали характеристики анодных пленок, сформированных на растворах, содержащих 3M KOH, 0,21M NaPO ₄ , 0,6 MKF, с и без Al (NO ₃ ) ₃ .Было обнаружено, что добавление Al (NO ₃ ) ₃ в 3 M KOH + 0,21 M Na ₃ PO ₄ +0,6 M базовый электролит KF способствовало равномерному искрообразованию на магниевом сплаве AZ91D при анодировании. Как с низкой концентрацией Al, так и без нее (NO ₃ ) ₃ формировался пористый и неоднородный анод. Присутствие Al (NO ₃ ) ₃ в базовом электролите привело к образованию в анодной пленке Al ₂ O ₃ и Al (OH) ₃ .Присутствие в пленках Al ₂ O ₃ способствует коррозионной стойкости пленок в 3,5% -ном растворе NaCl.

Используемые параметры процесса также играют важную роль в характеристиках оксидных покрытий. Zhang et al. [61] обнаружили, что свойства оксидных покрытий сильно зависят от используемых параметров процесса. С повышением температуры раствора толщина пленки уменьшалась. С другой стороны, толщина пленки увеличивалась с увеличением времени обработки и плотности тока.Повышение напряжения в процессе ЭПО всегда сопровождается увеличением толщины пленки. Более высокое напряжение указывает на более толстую пленку. Хаселев и др. [60] исследовали характеристики оксидных покрытий на бинарных сплавах Mg-Al в растворе, содержащем 3 М КОН, 0,6 М KF и 0,21 М Na ₃ PO ₄ с 1,1 М алюминатом. Напряжения пробоя увеличивались с увеличением содержания Al в сплавах. Рост оксидных пленок происходил неравномерно. Рост начался на α-Mg и продолжился на β-фазе (Mg ₁₇ Al ₁₂ ), когда напряжение превысило 80 В, и на подложке из сплава образовалась однородная анодная пленка, когда напряжение достигло 120 В.Al был включен в оксидные покрытия как из подложки, так и из электролита. Покрытия EPO показали лучшую коррозионную стойкость, чем покрытия, обработанные анодированием. Чжан и др. [61] сравнили оксидные покрытия, полученные с помощью процесса EPO, с анодными покрытиями, полученными с помощью процессов HAE и Dow 17. Было обнаружено, что покрытия EPO были гладкими, однородными, в отличие от шероховатой, неоднородной пленки, производимой HAE, и относительно грубой, даже частично порошкообразной пленки, производимой DOW17. Кроме того, пленки, полученные с помощью процесса EPO, обладают гораздо большей защитой от коррозии, чем пленки, произведенные HAE и DOW17.

В настоящее время исследованиям влияния режимов электропитания на свойства покрытий EPO уделяется все больше и больше внимания. Исследователи [64] попытались изменить морфологию и структуру оксидных покрытий, изменив искры во время процесса EPO. Первоначально в процессе EPO использовался постоянный ток или переменный ток с амплитудной модуляцией, что позволило обеспечить скорость роста покрытия всего 1-2 мкм мин. ^-1 . Ерохин и др. [64] использовали импульсный биполярный ток, чтобы сделать слои оксидной керамики плотными и однородными с мелкозернистой микроструктурой на сплаве Mg (2% Al, 1% Zn, 0.2% Mn, баланс Mg), а скорость роста покрытия составляла до 10 мкм мин. ^-1 . Импульсный биполярный ток также был полезен для устранения усталостных трещин из-за деформации металлических подповерхностных слоев, вызванной во время процесса окисления. Фаза была в основном MgAl ₂ O ₄ с использованием импульсной биполярной мощности, в то время как MgO и Al ₂ O ₃ в основном присутствовали в пленках с использованием мощности постоянного тока.

В процессе EPO также применялись другие методы для улучшения свойств покрытий.Гуо и др. [65] продемонстрировали, что мощность ультразвука может играть важную роль в формировании покрытия и увеличивать его рост. Анодные покрытия состояли из двух слоев при приложении ультразвукового поля, и значение акустической мощности увеличивалось до 400 Вт при постоянной частоте 25 кГц в 0,1 М гидроксиде калия, 0,15 М фториде калия, 0,30 М алюминате натрия, 0,004 М пирофосфате натрия и 0,5 -1,0 М добавок. Это отличалось от ситуации без ультразвукового поля, когда анодные покрытия состояли только из одного слоя.Для двухслойных анодных покрытий внутренний слой был компактным, обогащенным алюминием и фтором и имел одинаковую толщину. Напротив, содержание алюминия и фтора во внешнем слое было очень низким, а толщина была неоднородной. Кроме того, исследования [66-73] демонстрируют, что плазменное электролитическое окисление (ПЭО) является относительно экономичным и экологически безопасным методом улучшения коррозионной и износостойкости магния и его сплавов. Метод PEO можно использовать для формирования тонкого или толстого, твердого и адгезионного керамического покрытия на поверхности сплавов Mg для автомобильных применений.

Было указано [74-77], что магний является хорошим кандидатом в качестве материала имплантата из-за его биоабсорбируемости и высокой удельной прочности. Чтобы избежать быстрой деградации магния в организме человека, можно применять методы обработки поверхности для повышения устойчивости к коррозии магния и, следовательно, уменьшения его разложения. Совсем недавно Ху и Ни [78] применили обработку плазменным электролитическим окислением (ПЭО) к чистому магнию, пытаясь разработать материал имплантата с контролируемой деградацией.Это связано с тем, что процесс PEO является недорогим и экологически чистым, а также позволяет получить покрытие, не наносящее вреда человеческому организму. Магний является сильным кандидатом из-за его биоабсорбируемости и высокой удельной силы. В своем исследовании испытания потенциодинамической поляризационной коррозии, проведенные в моделируемой жидкости организма (сбалансированный солевой раствор Хэнкса), были проведены на образцах магния с покрытием и без него. Результаты испытаний показали, что магний с покрытием показал более высокую коррозионную стойкость, чем подложка.При толщине покрытия PEO 6,3 и 18,6 мкм плотность тока коррозии снизилась на 1,330 × 10 ^-3 и 1,341 × 10 ^-3 мА / см ² по сравнению с магнием без покрытия соответственно, что указывает на значительное снижение скорость разложения между чистым магнием и магнием с покрытием от 6,17 × 10 ^-1 до 1,91 × 10 ^-2 и 1,42 × 10 ^-2 г / год соответственно. Трибометр со штифтом на диске использовали для измерения коэффициента трения (COF) образцов магния с покрытием и без покрытия, смазанных раствором Хенкса и без него.Измеренные COF образцов с покрытием были очень низкими. Они были в среднем равны 0,198 и 0,256 для толстого и тонкого покрытий соответственно, в то время как подложка показывала средний коэффициент трения 0,203 в условиях смазки. Измерения COF показали, что COF покрытий очень сопоставим с COF подложки. Поддерживая низкий уровень COF, разработанное покрытие PEO на Mg-субстрате могло почти не вызывать раздражения или повреждения окружающей ткани во время операции по установке имплантата.

Разложение, применение и легирующие элементы

Interv Med Appl Sci. 2017 Март; 9 (1): 27–38.

Максим Погореелов

¹ Медицинский институт, Сумский государственный университет, Сумы, Украина

Евгения Гусак

¹ Медицинский институт, Сумский государственный университет, Сумы, Украина

Александр Солодивник медицинский институт

1

Сумский государственный университет, Сумы, Украина

Сергей Жданов

¹ Медицинский институт Сумского государственного университета, Сумы, Украина

¹ Медицинский институт Сумского государственного университета, Сумы, Украина

^* Автор для корреспонденции: Максим Погорье ; Медицинский институт Сумского государственного университета, ул. Санаторная, 31, Сумы, 40018, Украина; Телефон / факс: +380 6648; Электронная почта: [email protected]

Поступило 22.03.2016; Принято 12 января 2017 г.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе в некоммерческих целях при условии, что автор и источник являются оригинальными. зачислено.

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Реферат

В последние годы парадигма о металле с улучшенной коррозионной стойкостью для применения в хирургии и ортопедии была нарушена.Новый класс биоразлагаемых металлов появляется как альтернатива биомедицинским имплантатам. Эти металлы постепенно корродируют с соответствующей реакцией хозяина и выделением продуктов коррозии. И совершенно необходимо использовать незаменимые металлы, метаболизируемые организмом-хозяином, с местным и общим нетоксичным действием. Магний лучше всего служит этой цели; он играет важную роль в метаболизме организма и должен полностью выводиться в течение нескольких дней после разложения. В этом обзоре обобщены данные об открытии магния и его первом экспериментальном и клиническом применении современной концепции разработки магниевых сплавов.Мы сосредоточились на применении биоразлагаемых металлов в общей хирургии и ортопедической практике и показали преимущества и недостатки Mg сплавов. Мы сосредоточились на методах in vitro, и in vivo, исследования разлагаемых сплавов Mg и корреляции между этими методами. На основании данных наблюдений предлагается лучший способ доклинического исследования нового сплава. В этом обзоре анализируются возможные легирующие элементы, которые улучшают скорость коррозии, механические свойства и дают соответствующую реакцию основы.

Ключевые слова: биоразлагаемые металлы, магний, коррозия, хирургия, ортопедия

Введение

В последние десятилетия парадигма, согласно которой имплантаты должны быть инертными и устойчивыми к коррозии, была вытеснена появлением нового класса металлических биоматериалов. : биоразлагаемые металлические материалы [1]. По сравнению с другими материалами эти металлы обладают высокой ударной вязкостью, износостойкостью, пластичностью и ударной вязкостью [2]. Следовательно, эти металлы используются в ортопедических, общих и сердечно-сосудистых операциях из-за их соответствующих механических и коррозионных свойств после обеспечения структурной поддержки в течение определенного периода для завершения процессов регенерации и заживления.

Железо (Fe), цинк (Zn) и магний (Mg) считаются основными биоразлагаемыми материалами для медицинского применения. Механические параметры этих трех чистых металлов показаны в Таблице . .

Таблица I

Механические параметры и скорость разложения чистого Fe, Zn и Mg, используемого в медицине (сравните с нержавеющей сталью)

	Предел текучести (МПа)	Предел прочности (МПа)	Удлинение (%)	In vitro Скорость разложения (мм год −1 )
Нержавеющая сталь 316L: отожженная	190	490	40	—
Чистый Fe: отожженный	150	200	40	0.16
Чистый цинк: литой	17	20	0,2	0,2
Чистый магний: литой	20	86	13	407

Среди этих металлов, Fe является интересным кандидатом на роль биоразлагаемых материалов с точки зрения его механических свойств. Благодаря более высокому модулю упругости Fe обладает высокой радиальной прочностью, что позволяет получать материалы с более тонкими стойками.Он также обладает высокой пластичностью, что помогает при имплантации, когда материал пластически деформируется [3]. Первый биоразлагаемый металлический стент был изготовлен из железа Armco ^® (Fe> 99,8%) и имплантирован в нисходящую аорту новозеландских белых кроликов в 2001 году [4]. Результаты имплантации первого Fe-стента не показали существенных доказательств воспалительной реакции или пролиферации неоинтимы, а обследование органов не выявило какой-либо системной токсичности.Однако низкая скорость разложения (0,16 мм год ^-1 ) и ферромагнитная природа чистого Fe привели к проблемам, когда эти материалы использовались в качестве имплантируемых устройств [5]. Добавление марганца (Mn) увеличивает скорость разложения до 0,44 мм год ⁻¹ , но все же не имеет широкого применения.

Сплавы на основе цинка

также могут быть многообещающими кандидатами для биоразлагаемых имплантатов. Преимуществами сплавов на основе цинка являются низкая температура плавления и низкая реакционная способность в расплавленном состоянии.Следовательно, они могут быть получены простой плавкой, гравитационным литьем или литьем под давлением в атмосфере воздуха и горячей штамповкой [6]. Сплавы Zn не проявляют местной или общей токсичности или другой биологической совместимости [7]. Однако один недостаток чистого Zn как потенциального биоразлагаемого металла заключается в том, что чистый Zn имеет довольно низкую прочность и пластичность.

Mg и его сплавы являются биосовместимыми материалами с соответствующими биомеханическими параметрами, которые могут полностью разъедать в биологических средах. Эти свойства делают их многообещающими кандидатами для биомедицинских приложений [8].Разложение Mg в физиологических условиях позволяет избежать повторной операции по удалению костного имплантата. В последнее столетие Mg-сплавы широко исследовались, но до сих пор они не используются в качестве оптимального материала для контроля биодеградации и подбора состава и микроструктуры сплава в зависимости от текстуры, размера зерна, метода производства и методов постобработки [9–11].

В этом обзоре резюмируются открытия Mg и его сплавов для биомедицинского применения. Кроме того, он также суммирует различные области применения сплавов Mg и механизмы разложения Mg (как in vitro, и in vivo, ).

Mg Discovery и его первое биомедицинское применение

Mg был впервые идентифицирован сэром Хамфри Дэви в 1808 г. (рис. ). ) , а в 1833 году он был впервые извлечен Майклом Фарадеем с помощью электролиза [12]. В середине 19 века он производился небольшими компаниями в Германии, США и Великобритании для пиротехнических и фотографических применений.

Слева: сэр Хэмфри Дэви (17 декабря 1778 г. — 29 мая 1829 г.), английский химик, открывший Mg в 1808 г .; Справа: д-р.Эрвин Пайр (17 февраля 1871 — 6 апреля 1946). Австрийско-немецкий хирург, пионер в медицинском применении Mg

О первом медицинском применении сплава Mg было сообщено в 1878 году, когда Хьюз использовал проволоку в качестве лигатуры для остановки кровотечения из лучевой артерии (2 случая) и во время операции по поводу варикоцеле [12 ]. Во всех случаях применение лигатуры Mg было успешным, но дальнейшие исследования по этому применению не проводились до тех пор, пока Пайр не сообщил о других возможных применениях Mg в 1900 г. [13, 14].

Mg в хирургии

Payr был пионером в области медицинского применения Mg; он проводил испытания как на людях, так и на животных. В своем первом эксперименте в 1900 году он использовал соединители сосудов из Mg в бедренной артерии животного [13, 14]. Исходное изображение из статьи Payr показано на Рис. . Он доказал, что соединение концов сосудов стало прочным через 8 дней, и наблюдал сильно утолщенный слой интимы в анастомозе с фиброзным кольцом на внешней стороне в этой точке.В том же исследовании он также предположил, что только внутрисосудистые Mg-пробирки демонстрируют тромботическое свертывание крови на концах пробирок, которые, однако, никогда не закрывают оставшийся просвет. Также не наблюдалось тромбоза при внесении внесосудистых Mg-трубок. Он рекомендовал использовать пластины и пластины из Mg для ушивания хорошо васкуляризованных органов и лечения кавернозной гемангиомы и аневризм крупных сосудов [17–19]. Он доказал эффективность гемостаза после частичного иссечения печени на животной модели с использованием Mg-листа, а затем успешно применил этот метод в случае с человеком.В модели на животных он предположил, что время резорбции пластин Mg после гемостаза варьировалось от 50% резорбции через 3 недели до незначительной коррозии через 5 недель. Двумя годами позже, в 1905 году, Пайр и Мартина показали, что гемостатический эффект после наложения Mg-пластинок был вызван тампонадным эффектом газообразного водорода [17]. В 1900 году он провел свое первое успешное лечение гемангиомы у 14-летней девочки. Несколькими годами позже он предположил, что лечение Mg-стрелой было полезно только для лечения подкожной кавернозной гемангиомы [19].В 1914 году Sonntag подтвердил результаты Пайра в нескольких клинических случаях [20]. Наконец, Пайр предложил использовать Mg-трубки для наложения швов нервов и применил этот метод как в экспериментах на животных, так и в случаях с людьми (7 нервов) [14]. Во время экспериментов он наблюдал несколько круглых клеток и образование зернистой ткани вокруг разъедающего Mg [14]. Гранулярная ткань была сильно васкуляризована и содержала гигантские клетки с металлическими частицами и лейкоцитами. Он также обнаружил, что сильная активация свертывания крови происходила из-за корродирующего имплантата Mg [17].

(A) Соединители сосудов из магния (экстравазальные кольца из магния — левая колонка, двухкомпонентные соединители — правая колонка), разработанные Пайром [15]. (B) Mg-соединитель для кишечного анастомоза, разработанный Хлумским в 1900 г. [16]

В то же время Хлумский предложил использовать Mg-трубки в качестве соединителей для кишечного анастомоза, но он использовал Mg высокой чистоты, который равномерно корродировал ( Рис ) . Скорость коррозии соединительных элементов составляла от 2 до 4 недель, в зависимости от их анатомической локализации [21].Кроме того, Хлумски поместил листы Mg толщиной 0,1–0,8 мм между свежеотделенными поверхностями костей в коленных суставах собак и кроликов, что доказало полную коррозию через 18 дней. Как у животных, так и у людей Хлумски предотвращал скованность суставов и восстанавливал подвижность суставов [16]. Но более позднее наблюдение показало, что все новые суставы с годами стали жесткими.

В 1903 году Хопфнер использовал цилиндры из магния для анастомоза сосудов и обнаружил тромбоз сосудов диаметром <3 мм. Он предположил, что тромбоз возник из-за обширного поражения интимы во время операции, и рекомендовал использовать Mg для анастомозирования крупных сосудов [22].

В 1910 году Lespinasse использовал металлические кольцевые пластины из Mg с пробитыми отверстиями для экстравазальных швов [23]. Было обнаружено, что кольцевые пластины из Mg сохраняли свою первоначальную форму в течение примерно 30 дней, прежде чем они начали разрушаться и полностью разрушаться в течение 80–100 дней. Кольца из магния были плотно связаны друг с другом, но не настолько плотно, чтобы разрезать интиму и вызвать некроз сосудов. Lespinasse не наблюдал тромбозов или вторичного сужения сосудов.

В 1917 году Эндрюс использовал рассасывающиеся зажимы и скобки из магния для успешного гемостаза в головном мозге, глубоких ран и кишечных анастомозов [24].В отличие от предыдущих исследований, он использовал как чистые металлы, так и сплавы Mg для различных целей. Он сделал сплавы с алюминием (Al), кадмием (Cd) и Zn, но вскоре обнаружил, что все эти сплавы слишком твердые и хрупкие и не могут использоваться для сердечно-сосудистой системы. В 1924 году Силиг обнаружил, что имеющиеся на рынке магниевые проволоки слишком хрупкие. Поэтому он использовал чистый магний, полученный перегонкой в ​​вакууме, чтобы получить более пластичную проволоку из магния. Кроме того, благородные металлы, такие как золото и серебро (Ag), были легированы Mg для повышения его пластичности.Но после некоторых экспериментов он предположил, что эти проволоки имеют низкую прочность на разрыв и недостаточно гибкие [25]. Два года спустя у Гласса были неудачные результаты двух процедур лечения гемангиомы с использованием сплава Mg. Дополнительные эксперименты на животных показали, что Mg не эффективен при больших и чисто кавернозных гемангиомах [26]. Такие же неадекватные результаты были получены в 1981 г. после лечения 27 больных гемангиомой Mg-стрелкой [27]. Но в 1928 году Hoffheinz и Dimitroff обнаружили, что Mg быстро корродирует в кавернозной гемангиоме с его трансформацией в соединительной ткани на модели кролика [28].

В 1951 году Stone and Lord использовали тромбогенные материалы для успешного внутрисосудистого свертывания крови при аневризмах аорты. Они использовали проволоку из чистого магния (диаметр 0,025 дюйма) и проволоку из магния-алюминия (диаметр 0,03 дюйма) в аортах собак в виде проволоки с двойной спиралью. Они обнаружили, что Mg-проволока в два раза более тромбогенная, чем нержавеющая сталь, и что тромбогенный потенциал Mg-проволоки, легированной алюминием, в три раза выше, чем у нержавеющей стали. Проволока из чистого магния была очень хрупкой, а добавление 2% алюминия позволяло сгибать ее и применять в клинических условиях.Стоун и Лорд заявили, что обе проволоки подходят для предполагаемого применения, в то время как Mg – 2% Al демонстрирует более высокий тромбогенный потенциал, чем коммерчески чистый Mg [29].

Mg в ортопедической практике

Mg и его сплавы имеют ряд преимуществ для ортопедической хирургии. Материалы, используемые в настоящее время для этой цели, в том числе нержавеющая сталь, титан, кобальт-хромовые и циркониевые (Zr) сплавы, имеют ограничения из-за возможного выделения токсичных ионов во время процессов коррозии или износа и несоответствия модулю упругости естественной кости [30, 31].Кроме того, металлические материалы для постоянных креплений следует удалить через несколько месяцев, что может привести к возможным осложнениям и увеличению стоимости лечения [32]. В отличие от других металлов Mg имеет плотность и модуль упругости, близкие к естественной кости [33]. Во время разложения сплав Mg выделяет нетоксичный MgO, который наиболее полно выводится с мочой [34]. Также есть некоторые свидетельства того, что Mg оказывает стимулирующее действие на рост новой костной ткани [35–37].

Возможные имплантаты из магния, такие как штифты, гвозди, проволока и пластины, были разработаны Пайром в 1900 году [13].Но первое практическое применение сплава Mg в ортопедии было выполнено Ламботом в 1906 году [38]. После клинической неудачи при проведении металлоостеосинтеза перелома большеберцовой кости 17-летнему ребенку он применил Mg пластинки с шестью стальными винтами. Но после операции образовавшиеся обширные подкожные газовые полости лечили удалением фрагментов Mg пластин на восьмой день. Итак, электрохимически образованный Mg, который сильно разложился между Mg пластиной и стальными винтами.После нескольких экспериментов на животных Ламботт и Вербрюгге обнаружили полную резорбцию магния через 7–10 месяцев после имплантации. Более поздние клинические исследования чистого Mg без стального винта показали успешные результаты у детей, страдающих переломом кости (рис. ). ) . Таким образом, они рекомендовали использовать имплантаты Mg при переломах Беннета, переломах ладьевидной кости, хирургии стопы, переломах ключицы, переломах запястья, переломах фаланги и пястной кости, переломах эпифиза лучевой кости, переломах диафиза нижней части руки, переломах надпочечников и мыщелков у детей, переломах головки плечевой кости, переломах лодыжки. переломы, косые переломы большеберцовой кости и чрезвертельные переломы [39].

Надмыщелковый перелом плечевой кости у ребенка, зафиксированный Mg-гвоздем Lambotte (A), результат через несколько месяцев с полной коррозией Mg-ногтя (газовых полостей не наблюдалось) (B) [38]

Но в 1913 году Groves исследовал Mg как интрамедуллярный штифт и предположил, что его нельзя использовать в ортопедии из-за образования полостей абсцесса и быстрой деградации до заживления перелома [40]. Позже Циерольд доказал стимуляцию образования соединительной ткани и ускорение роста новой кости во время нанесения сплава [41].В 1920 г. Вербрюгге исследовал сплав Mg с 8 мас. % Al в экспериментах на животных и клинических случаях и обнаружил резорбцию Mg через 6–8 месяцев без признаков воспаления и раздражения тканей. Таким образом, можно сделать вывод, что газообразование не повреждает никакие ткани. Он продемонстрировал образование костной мозоли в 21 клиническом случае, в котором не было реакции кожи, мягких тканей, костей и суставов на продукты коррозии Mg [42].

После нескольких испытаний на животных в 1938 году МакБригг сообщил, что пластины из чистого Mg не подходят для реконструкции костей из-за их быстрого времени разрушения.Но он заметил, что винты из магния более устойчивы к коррозии по сравнению с пластинами и должны использоваться в костной хирургии [43]. Позже McBride применил сплав Mg – Al – Mn для костной пластики и фиксации переломов у 20 пациентов (рис. ). ) . Он не наблюдал воспалительной или системной реакции и медленной скорости разложения нового сплава. Макбрайд сообщил, что магний оказывает положительное влияние на периостальную ткань и отложение костной мозоли [44]. Два года спустя Майер сообщил о двух положительных случаях заживления переломов с использованием листов Mg в форме веретена.Подкожная имплантация Mg имплантатов кролику показала коррозию и образование газовых полостей с сильной периостальной реакцией. Майер [45] предположил, что MgO, как продукт коррозии, оказывает раздражающее действие на костные клетки и стимулирует периостальную реакцию.

Устойчивый к вращению остеосинтез металлической пластиной Mg – Mn, предоставленный McBride [44]

Троицкий и Цитрин в 1944 г. использовали сплав Mg с небольшим количеством Cd для лечения 34 пациентов с различными переломами костей. Из 34 пациентов только 9 были безуспешными из-за инфекции.В других случаях наблюдалось полное заживление кости без воспалительной реакции вокруг имплантатов; кроме того, они не обнаружили никакой корреляции между деградацией Mg и концентрацией в сыворотке крови. Процесс коррозии был медленным и завершился в течение 10–12 месяцев. В то же время они также сообщили, что некоторые имплантаты рассасывались через 3-5 недель из-за повышения уровня кислотности в зоне перелома [46]. В 1945 г. о подобном положительном результате заживления 2 переломов сообщил Знаменский. Он использовал Mg с 10 мас.% Al, а имплантаты не были обнаружены в зоне перелома через 6 месяцев после пересадки [47].

В 1972 году Бородкин и др. использован сплав Mg с редкоземельными элементами. Состав сплава составлял 0,4–4 мас. % редкоземельного металла, 0,05–1,2 мас. % Cd, 0,05–1,0 мас. % кальция (Ca) или Al и различные следовые (0,8%) уровни Mn, Ag, Zr или кремния (Si). Они показали медленную деградацию сложного сплава в течение 5–10 месяцев in vivo, , но не сообщили о распределении микроэлементов и каких-либо осложнениях [48].

С 2001 по 2005 год Witte et al. исследовали in vivo деградацию 4 Mg сплавов — с Al и Zn (3 мас.% Al + 1 мас.% Zn и 9 мас.% Al + 1 мас.% Zn) и с редкоземельными элементами (4 мас.% иттрия (Y) + 3 мас.% неодима, церия и диспрозия и 4 мас.% лития (Li) + 4 мас.% Al + 2 мас.% церия, лантана, неодима и празеодима). Микротомография показала деградацию сплава через 18 недель после операции со значительным увеличением костеобразования по сравнению с контрольной группой (полилактидный стержень).Они показали самую низкую скорость коррозии в сплаве Li – Al с редкими элементами. Редкие элементы были обнаружены в коррозионном слое в присутствии аморфного Ca ₃ (PO ₂ ) ₄ , но не в окружающей костной ткани [49].

В последние годы несколько исследователей исследовали различные сплавы магния на предмет повышения их устойчивости к разложению, механических свойств и биологической реакции. Trincă et al. (2015) предложили использовать сплав на основе Mg с добавкой 0.4% Ca и 0,5% Si и выполнение градиента концентрации Si на глубину 0,25 мм от поверхности образца внутрь. В случае имплантата большеберцовой кости изменение основных биохимических и гистологических параметров поддерживало нормальное развитие перелома кости с короткой стадией резорбции на фоне относительно постоянной скорости костеобразования. Специфические гистологические окрашивания показали интенсивное и активное костеобразование через 2 недели имплантации, тогда как через 4 недели уже начался процесс ремоделирования кости.Рентген и компьютерная томография (КТ) зарегистрировали наличие экспериментально созданного дефекта в большеберцовой кости и выявили некоторые из этапов восстановления кости, связанных с процессом биодеградации образца имплантата [50].

В 2015 году Ван имплантировал цилиндры из сплава Mg – Zn – Zr в мыщелки бедренной кости японских ушастых белых кроликов. На 24-й неделе имплантат стал менее заметным, а плотность окружающей губчатой ​​кости увеличилась. Микро-КТ подтвердила, что новая костная ткань на поверхности имплантата из остаточного сплава увеличилась между 12 и 24 неделями.На 12-й неделе многие полости в губчатой ​​костной ткани вокруг имплантата были отмечены значением CT, аналогичным значению газа, и увеличились к 24-й неделе. Гистологическое исследование срезов твердых тканей показало, что костная ткань заметно прикрепилась к сплаву в мыщелке бедренной кости на 12-й неделе. Ткани губчатой ​​кости стали более интактными и плотными, а полости заполнились мягкими тканями на 24-й неделе. В общем, газ, образующийся при разложении сплава Mg – Zn – Zr, может вызывать кавитацию внутри губчатого вещества кости, что не влияет на остеогенез вокруг сплава Mg [51].

Pan et al. разработали новый деформируемый Mg – 2Sn – 1Ca мас. % (TX21) и Mg – 2Sn – 1Ca – 2Zn мас. % (TXZ212) сплавов с высокой прочностью и пластичностью, одновременно получаемых с помощью обычного литья, гомогенизации и непрямой экструзии. Они доказали, что высокая прочность обусловлена ​​высокой плотностью фаз нано-Mg – Sn – Ca, Г.П. зоны и сверхмелкозернистость (∼0,8 мкм) [52]. В том же году с помощью обработки твердым раствором (SS) плюс многопроходного равноканального углового прессования ( ECAP).Было исследовано влияние прокатки после РКУП на изменения микроструктуры и деформационные характеристики сплава Mg. Результаты показали, что мелкозернистый сплав после 16 РКУП при 658 К имел предел текучести 334,4 МПа при относительном удлинении 22,5%. Утончение зерна с помощью LPSO позволило одновременно улучшить прочность и пластичность сплава с РКУП, что свидетельствует о хорошей пластической деформируемости [53]. Но эксперимент in vivo не проводился, и скорость биоразложения не изучалась.

Ян Лю добавил 2 × 10 ¹⁷ иона на см ^–2 Ag, Fe и Y к сплаву Mg – 1Ca, используя технику вакуумной дуги паров металла. Имплантация ионов Y индуцировала внешний окисленный слой с дефицитом Mg / Ca, и распределение Y по глубине было более однородным. И электрохимические, и иммерсионные испытания показали ускоренную скорость коррозии имплантированного Ag Mg – 1Ca и Mg – 1Ca, имплантированного Fe, тогда как имплантация ионов Y показала короткий период защиты, поскольку электрохимическим тестом была получена повышенная коррозионная стойкость, но увеличилась скорость коррозии. был обнаружен методом длительного погружения.Анализ косвенной цитотоксичности показал хорошую цитосовместимость Y-имплантированного Mg – 1Ca [54].

Hofstetter исследовал влияние микропримесных элементов на деградацию высокопрочных Mg-сплавов типа ZX50 (Mg – 5Zn – 0.3Ca). Показано, что микропримесные элементы увеличивают скорость разложения, преимущественно в начальный период испытаний, а также повышают восприимчивость материала к локализованному коррозионному воздействию. Эти эффекты объясняются на основе коррозионного потенциала интерметаллических фаз, присутствующих в сплавах [15].

Недавнее исследование различных состояний Mg – стронция (Sr) показало, что сплав Mg – Sr в литом состоянии демонстрирует более высокую скорость разложения по сравнению со сплавом после экструдирования из-за межкристаллитного распределения второй фазы и микрогальваники. коррозия. Однако первоначальная деградация может регулироваться защитным покрытием, которое, как было доказано, является цитосовместимым, а также пригодным для восстановления кости, наблюдаемого при имплантации in vivo. Интегрированные мозоли трещины сформировали и перекрыли разрыв трещины без скопления пузырьков газа, в то время как заменители одновременно деградировали.В заключение следует отметить, что сплав Mg – Sr в литом состоянии с покрытием потенциально может быть использован в качестве альтернативы заменителю кости [55].

Zhou et al. разработаны экструдированные сплавы Mg – 1Mn – 2Zn– x Nd ( x = 0,5, 1,0, 1,5 мас.%). Результаты экспериментов показали, что все экструдированные сплавы Mg – 1Mn – 2Zn– x Nd демонстрируют хорошую пластичность и гораздо более высокую механическую прочность, чем у литого чистого Mg и натуральной кости. Прочность на разрыв и удлинение экструдированных сплавов увеличиваются с увеличением содержания неодима.Их прочность на сжатие существенно не меняется с увеличением содержания неодима. Экструдированные сплавы демонстрируют хорошую биосовместимость и гораздо более высокую коррозионную стойкость, чем литой чистый Mg [56].

Таким образом, идеальный сплав Mg (по скорости разложения, реакции in vivo, и механической прочности) до сих пор не найден.

Mg Alloy Degradation

Большой проблемой является адаптация деградации имплантата таким образом, чтобы она подходила для биологической среды [8].Наилучший способ производства сплавов Mg для ортопедических и хирургических применений все еще исследуется. Быстрая резорбция может привести к механической нестабильности до полного заживления кости, но низкая деградация может привести к несоответствующей реакции хозяина. Основными условиями, определяющими скорость коррозии, являются состав сплава и окружающая среда вокруг имплантата. В водной среде сплав Mg разлагается во время электрохимической реакции, известной как коррозия, с образованием гидроксида магния (Mg (OH) ₂ ) и газообразного водорода.Mg (OH) ₂ не растворяется и образует защитный слой на поверхности сплава. Когда концентрация хлорида превышает 30 ммоль / л, он превращается в растворимый MgCl ₂ . Содержание хлоридов в жидкостях организма составляет около 150 ммоль / л, и разложение сплава Mg начинается сразу после их попадания в организм [57].

Скорость разложения Mg зависит от нескольких факторов (Рис. ) . Sanchez et al. проанализировал более 100 работ по деградации in vitro, (23 сплава) и in vivo, (20 сплавов) и указал на различное время деградации и отсутствие данных корреляции между in vitro, и in vivo, экспериментами [ 8].

Факторы, которые могут изменить деградацию Mg и Mg сплава

Методы разложения in vitro включают электрохимические испытания, выделение водорода и потерю массы / объема после испытания погружением [8]. Электрохимический тест прост и воспроизводим, но он приводит к ускорению коррозии, которая не коррелирует с деградацией in vivo и [58]. Например, скорость разложения с использованием метода погружения для чистого Mg, о котором сообщил Чжан, составила 0,26 мм в год ^-1 [59], тогда как скорость разложения с использованием электрохимического метода была равна 2.52 мм год ⁻¹ [60]. Методы потери массы или объема аналогичны методам in vivo , но имеют некоторые ограничения. Например, потеря массы без удаления продуктов коррозии может привести к отрицательной скорости деградации [61].

Основной проблемой при испытании на коррозию является выбор среды для эксперимента. Для этого теста следует использовать раствор, имитирующий среду in vivo . Лучшими тестовыми средами для этой цели являются раствор Хэнка, искусственная жидкость организма (SBF), сбалансированный солевой раствор Эрла (EBSS) или минимально необходимая среда (MEM).Концентрация ионов в SBF очень похожа на плазму крови, но MEM содержит глюкозу, аминокислоту и витамины [8]. MEM и EBSS содержат немного меньшее количество Ca и Mg по сравнению с кровью [62] ( Таблица ). Используя разные носители, можно получить разные ценные результаты. Для чистого Mg скорость коррозии, измеренная погружением в EBSS и сообщенная Уокером, составила 0,39 мм в год ^-1 [63], тогда как в SBF и растворе Хэнка она составила 1,39 [64] и 2,05 мм в год ^-1 , [65] соответственно.Также вероятно, что при легировании Mg — скорость разложения Ca – P покрытия — увеличивается с 0,25 мм год ⁻¹ в растворе Хэнкса [66] до 1,88 мм год ⁻¹ в SBF [67]. Следует отметить, что не только методы, но и решения могут влиять на скорость деградации.

Таблица II

Уровень ионов и глюкозы в крови и экспериментальных средах для тестирования биоразлагаемости

Ионы и органический состав (ммоль / л)	Плазма крови	SBF	MEM	EBSS	Hank раствор
Na	135.0–145,0	142,0	143,0	144,0	142,0
K	3,5–5,3	5,8	5,4	5,4	5,8
Mg 9002,3 ​​			Mg 9002,3 ​​				0,4	0,4	0,8
Cl	103,0	145,0	125,0	125,0	145,0
Ca	2,1–2,8	2.5	1,8	1,8	2,5
HPO 4	0,8–1,5	0,4	0,9	1,0	0,4
SO 4	0,40–0,6 91 0,8	0,4	0,4	0,8
HCO 3	18,0–23,0	4,2	26,0	26,0	4,2
Глюкоза	3.5–5,5	—	5,6	5,6	—

Температура эксперимента может существенно повлиять на деградацию сплава Mg in vitro . Чистый Mg разлагается в два раза быстрее при 37 ° C по сравнению с 20 ° C. Те же авторы показали, что температура увеличивается до 40 ° C и увеличивает скорость коррозии на 50% по сравнению с 37 ° C [68]. Это открытие показывает потенциальный риск обширной коррозии сплава Mg после имплантации, особенно во время воспалительных процессов.

Влияние pH раствора на коррозию Mg описано в нескольких публикациях [63, 69–71]. Они показали, что использование буферной системы для поддержания постоянного pH вокруг материала очень важно для получения соответствующих результатов экспериментов. Небуферный раствор приводит к увеличению pH, образованию защитного слоя на поверхности сплава и снижению скорости коррозии. Лучшим буферным раствором, который имитирует среду in vivo , являются буферы NaHCO ₃ / CO ₂ . Он поддерживает pH в нейтральном режиме, и коррозия не будет остановлена ​​[8].

Чтобы имитировать среду in vivo , нам необходимо использовать динамический тест. При испытании на статическое погружение защитный слой на сплаве Mg должен быть сформирован, потому что мы не удаляли продукты разложения. Последнее может привести к изменению среды раствора и остановить коррозию. Shi et al. показали, что скорость разложения сплава AZ31 Mg в статическом состоянии (0,3 мм год ^-1 ) была в пять раз ниже по сравнению с динамическим состоянием (1,5 мм год ^-1 ). Более того, динамический эксперимент достоверно коррелирует с экспериментом in vivo (1 мм год ^-1 ) [72].

Все эти данные показывают, что идеальные условия для in vitro Mg и его испытания на коррозию сплава все еще исследуются, и основными параметрами этого исследования являются состав раствора, температура и pH.

In vivo рассасывание Mg длилось от нескольких недель до более чем 1 года, в зависимости от типа сплава Mg и среды ткани хозяина. Первое применение пластины Mg сообщило о быстрой деградации из-за электрохимической реакции с винтами из нержавеющей стали [38].Недавние исследования показали более медленную деградацию in vivo, , но все факторы, которые определяют коррозию сплава Mg в организме животных и человека, до сих пор не обнаружены.

Санчес в своем обзоре обобщила данные более 50 работ по деградации Mg сплавов [8]. Она не обнаружила никакой корреляции между составом сплава и скоростью разложения. Скорость коррозии чистого Mg варьируется от 0,33 мм в год ^-1 после подкожной имплантации [63] до 0,86 мм в год ^-1 в модели имплантации бедренной кости [73].Сплав Mg – Al – Zn разлагается быстрее у кролика по сравнению с крысами при имплантации кости без интрамедуллярной имплантации: 1,64 мм год ^-1 [49] по сравнению с 0,168 мм год ^-1 [74]. В том же случае интрамедуллярная имплантация в бедренную кость сплава Mg – Zn – Ca – Mn корродирует в три раза быстрее после введения внутримышечной имплантации [65, 75].

На основании перечисленных данных нельзя выделить основные причины, влияющие на коррозию Mg in vivo . Первая — это модель на животных, которая включает эксперимент и анатомическую область имплантации.У животных разное содержание воды и кровоток, что может влиять на удаление продуктов разложения. Содержание воды в костной ткани человека составляет 43,9%, а в костной ткани кролика оно значительно увеличивается до 58,1%. Например, кровоток увеличивается от крысы (2,3 мл / мин / 100 г) к кролику (19,1 мл / мин / 100 г) и человеку (120 мл / мин / 100 г). Содержание воды в коже значительно выше у всех моделей животных, а также у человека, но кровоток в коже кролика снижается до 12,7 мл / мин / 100 г. Количество воды и кровоток может повлиять на удаление продуктов разложения и предотвратить образование защитного слоя на поверхности сплава [57].

Окружающая среда, содержащая хлориды, может превращать Mg (OH) ₂ в растворимый MgCl ₂ , который ускоряет коррозию. Но уровень иона хлора зависит не только от вида, но даже от состояния тканей и тела. Этот фактор может значительно снизить скорость коррозии и, вероятно, является основным фактором, определяющим разницу между экспериментами in vitro, и in vivo, [49, 76].

Как упоминалось ранее, pH является одним из факторов, определяющих скорость разложения in vitro .После имплантации металла может наблюдаться реакция ткани, такая как воспаление или реакция на инородное тело. Это может привести к образованию устойчивого коррозионного слоя в первые сроки после хирургического вмешательства [77]. Концентрация ионов в жидкости организма, а также температура могут также изменить скорость коррозии магния [78].

Сравнивая данные по разложению in vitro, и in vivo, можно заметить, что разные скорости коррозии зависят от множества факторов. Тест in vitro дает только общую информацию о деградации сплава, и эту информацию следует использовать для планирования исследования in vitro .Но последний аспект не дает ответа на ключевой вопрос — как сплав будет подвергаться коррозии в клиническом случае? Только систематический анализ клинических испытаний и исследований in vivo на животных в различных условиях может дать полную информацию о взаимосвязи между разлагаемым сплавом Mg и принимающим органом.

Легирующие элементы из магния

Имплантаты из чистого магния имеют низкую коррозионную стойкость и неудовлетворительные свойства, а быстрое разложение и распределение магния по телу может вызвать клинические осложнения.Основная цель разработки сплава — улучшение механических свойств, коррозионной стойкости и стоимости производства [57]. Основными элементами, используемыми для легирования Mg, являются Al, Ca, медь, Fe, Li, Mn, никель, Sr, Y, цинк, Zr и редкоземельные элементы [49, 77, 79–82]. Но свойства сплава также зависят от интерметаллического соединения и микроструктурного эффекта в зависимости от маршрута обработки.

Витте [57] классифицировал сплавы Mg на три группы: (1) чистый Mg с примесью других элементов, (2) Al-содержащий сплав Mg и (3) Mg-сплавы без алюминия.Наиболее распространенными сплавами, содержащими Al, являются Al – Zn, Al – редкие элементы, Al – Ca, Li – Al и Al – Li – редкие элементы [83, 84]. Наиболее типичными композитами, не содержащими Al, являются Mg – Mn – редкие элементы, Mg – Mn – Zn, Mg – Yt – Zn и Mg – Ca [85]. Для человека следует использовать нетоксичные легирующие элементы.

Как широко используемый элемент для легирования Mg с максимальной растворимостью 12,7 мас. % Al может давать как твердый упрочняющий раствор, так и осаждение. Витте и др. сообщили, что увеличение содержания Al снижает температурные линии ликвидуса и солидуса и улучшает литейные качества сплавов с высоким солидусом Al [57].Добавление Al в сплавы Mg приводит к повышению прочности и небольшому увеличению плотности (плотность Al близка к плотности Mg), но вызывает уменьшение удлинения [86]. Нерастворимый Al ₂ O ₃ будет образовываться в слое продуктов коррозии в сплавах, содержащих Al и Mg, во время коррозии [87]. Al следует использовать с осторожностью из-за его возможных биологических осложнений, таких как фактор риска болезни Альцгеймера, повреждение мышц и снижение активности остеокластов [88–90].

Zn — нетоксичный элемент, который играет важную роль в метаболизме человека в качестве кофактора некоторых ферментов и необходим для иммунной системы [91, 92]. Потребление Zn в количествах, превышающих верхний предел (40 мг / день), обычно считается относительно нетоксичным, и количества, приближающиеся к 100 мг / день, можно переносить в течение нескольких дней [93]. Zn является важным легирующим элементом с относительно высокой растворимостью в Mg — до 6,2 мас. %. Содержание Zn до 4 мас. % значительно увеличивает предел прочности на разрыв и удлинение литых сплавов Mg – Zn, но любое более высокое процентное содержание Zn приведет к ухудшению обоих свойств и снижению коррозионной стойкости сплава [94].Но было показано, что аморфные сплавы на основе Mg – Zn, содержащие около 5,0 мас. % Zn имел отличную прочность, высокую коррозионную стойкость, низкую скорость выделения водорода и хорошую биосовместимость с животными; следовательно, это многообещающие кандидаты для биоразлагаемых костных имплантатов. Но проблемы возникают из-за довольно сложной подготовки металлических стекол и, особенно, их превращения в конечный продукт. Обычные процессы включают быстрое затвердевание расплава, что ограничивает максимальную толщину аморфных сплавов сотнями микрометров [95].В количестве <2 мас. % Zn способствует прочности из-за упрочнения SS, но большее количество приводит к охрупчиванию в сочетании с Al [83]. Механические свойства и свойства деградации, являющиеся основными проблемами, сплавы Mg – Zn с низким содержанием Zn (<4 мас.%) Были дополнительно легированы добавлением третьих легирующих элементов, включая Ca [96], Mn [97], Sr, Y , Zr [98].

Са является наиболее распространенным минералом в организме человека и строго регулируется гомеостазом скелетных, почечных и кишечных механизмов.Он играет важную роль в функции костей, сосудов и физиологии сердца [99]. Растворимость Ca в Mg составляет около 1,34 мас. %, а в равновесных условиях Ca способствует твердому упрочняющему раствору и осаждению. Он также в некоторой степени действует как измельчающий зерно агент и дополнительно способствует упрочнению границ зерен. В бинарных сплавах Mg – Ca образуется фаза Лавеса Mg ₂ Ca, тогда как в Al-содержащих сплавах сначала образуется фаза Лавеса Al ₂ Ca.Обе фазы улучшают сопротивление ползучести за счет упрочнения SS, дисперсионного упрочнения и закрепления границ зерен. Mg ₂ Интерметаллическая фаза Ca является хрупкой, которая может выступать в качестве потенциальных источников растрескивания и указывает на отрицательное влияние на пластичность Mg, а также ускоряет разрушение из-за гальванической коррозии. В системе Mg – Ca Mg ₂ Ca является единственной второй фазой, помимо α-Mg, и распределяется по границам зерен. Ван и др. [100] сообщили, что 0.6 вес. % добавления Ca может улучшить прочность на изгиб и сжатие чистого Mg, тогда как более высокая добавка Ca ухудшила эти свойства. Большое количество Ca (> 1 вес.%) Может вызвать проблемы во время литья, такие как горячий разрыв или прилипание [57]. Zn, Y и Sr были введены в бинарные сплавы Mg – Ca для оптимизации их механических и деградационных свойств [101]. Введение Zn (2,31 мас.%) В литой сплав Mg – 3Ca может улучшить прочность и пластичность сплава, а его присутствие поддерживает образование эвтектической фазы (a-Mg + Mg ₂ Ca + Ca ₂ Mg ₆ Zn ₃ ), что приводит к снижению скорости разложения сплава [102].Са-содержащий сплав положительно влияет на жизнеспособность и скорость пролиферации клеток [103].

Mn является важным элементом, который играет важную роль в метаболическом цикле липидов, аминокислот и углеводов. Он также влияет на функцию иммунной системы, рост костей и свертываемость крови [104]. В сплаве Mg Mn в основном используется для повышения пластичности. Более важным является образование интерметаллических фаз Al – Mn в Al-содержащих сплавах Mg. Эти фазы могут улавливать Fe и, следовательно, могут использоваться для контроля коррозии сплавов Mg из-за пагубного влияния Fe на коррозионное поведение [57].Несколько исследований показывают нетоксическое влияние Mn во время культивирования клеток, но также наблюдалось его ядовитое действие из сплавов Mg на жизнеспособность и пролиферацию клеток [57].

Zr — мощный измельчитель зерна для Mg-сплавов; он обычно используется в сплавах, содержащих Zn, RE, Y и торий, и его нельзя использовать вместе с Al и Mn, поскольку они образуют стабильные соединения с Zr [105]. В последнее время сплавы Mg – Zr привлекли значительное внимание из-за их высокой удельной демпфирующей способности (около 80%), которая может помочь подавить вибрации, возникающие во время движения и напряжения на границе имплантат / кость [106].Было указано, что 1 мас. % добавления Zr в Mg привело к значительному повышению прочности и пластичности металла и снизило скорость разложения на 50%, а совместное добавление Sr и Sn могло эффективно снизить деградацию сплава Mg – Zr – Ca в литом состоянии. [107]. Некоторые авторы исследовали сплавы с широким диапазоном содержания Zr 1–5 мас. % и показали, что скорость разложения увеличивается с увеличением содержания Zr [108].

Редкоземельные элементы используются как в сплавах, содержащих алюминий, так и в сплавах без алюминия для изменения механических свойств конечного сплава, скорости резорбции и биологической реакции.Нам нужно найти баланс между возможной токсичностью и пользой. Для обработки сплава Mg использовалось несколько редких элементов, таких как церий (Ce), лантан (La), неодим (Nd) и празеодим (Pr), гадолиний (Gd), тербий (Tb), диспрозий (Dy), гольмий. (Ho), эрбий (Er), тулий (Tm), иттербий (Yb) и лютеций (Lu) [57, 109]. Обычно они используются в сочетании с другими легирующими элементами, но в настоящее время существуют некоторые сплавы Mg, содержащие только редкоземельные элементы.

Легирующие элементы могут значительно улучшить механические свойства, контролировать скорость коррозии и влиять на биологическую реакцию на сплав Mg.Но выбрать лучший сплав сложно, и для этого нам нужны еще несколько экспериментов in vitro, и in vivo, и клинические исследования.

Заключение

С 1900 года, после первого экспериментального применения, Mg и его сплавы применялись в различных клинических случаях, но они не получили широкого распространения из-за неконтролируемой коррозии и чрезмерного образования водорода. Это привело к отказу имплантата и клиническим осложнениям. Есть два пути улучшения биоразлагаемых имплантатов — добавление легирующих элементов и новые методы литья сплавов для изменения интерметаллических фаз и зерна.Существует множество двух- и многофазных сплавов с улучшенными свойствами, но их биологический ответ и долгосрочные клинические результаты все еще не совсем ясны.

In vitro и in vivo Исследования использовались для оценки скорости разложения и реакции хозяина. Между этими методами нет корреляции, и их следует использовать вместе для лучшей оценки сплава. Лучший метод разложения in vitro — это погружение в среду, имитирующую среду тела, такую ​​как SBF, MEM или EBSS.Электрохимический метод и погружение в физиологический раствор не дают достоверных результатов. Результаты исследования in vivo зависят от вида животных, анатомического расположения имплантата и некоторых физиологических параметров, таких как pH, скорость кровотока и концентрация хлорид-ионов. Все эти параметры могут значительно изменить скорость коррозии и реакцию хозяина.

Вклад авторов

МП: идея, оформление рукописи, написание и доработка статьи (введение, заключение, деградация магниевого сплава).EH: написание и редактирование статей (легирующие элементы Mg). А.С.: написание и редактирование статей (Магистр хирургии). СЗ: написание и редактирование статей (Магистр ортопедии).

Конфликт интересов

Авторы заявили об отсутствии конфликта интересов.

Отчет о финансировании

Источники финансирования: Финансовая поддержка для этого исследования не была получена.

Ссылки

1. Fagali NS, Grilloa CA, Puntarulo S, Fernández Lorenzo de Mele MA: Цитотоксичность продуктов коррозии разлагаемых стентов на основе Fe: значение pH и нерастворимые продукты.Коллоиды Surf B Биоинтерфейсы 128, 480–488 (2015) [PubMed] [Google Scholar] 2. Моравей М., Мантовани Д.: Биоразлагаемые металлы для сердечно-сосудистых стентов: интересы и новые возможности. Int J Mol Sci 12, 4250–4270 (2011) [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 3. Мани Дж., Фельдман, доктор медицины, Патель Д., Агравал С.М.: Коронарные стенты: перспективы материалов. Биоматериалы 28, 1689–1710 (2007) [PubMed] [Google Scholar] 4. Peuster M, Wohlsein P, Brugmann M, Ehlerding M, Seidler K, Fink C, Brauer H, Fischer A, Hausdorf G: Новый подход к временному стентированию: разлагаемые сердечно-сосудистые стенты, изготовленные из корродируемого металла — результаты через 6–18 месяцев после имплантации в Новозеландские белые кролики.Сердце 86, 563–569 (2001) [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 5. Пурнама А., Хермаван Х., Куэт Дж., Мантовани Д.: Оценка биосовместимости разлагаемых металлических материалов: современное состояние и сосредоточение внимания на потенциале генетической регуляции. Acta Biomater 6, 1800–1807 (2010) [PubMed] [Google Scholar] 6. Кубасек Дж., Войтех Д., Яблонска Е., Поспишилова И., Липов Дж., Румл Т.: Структура, механические характеристики и разложение in vitro, цитотоксичность, генотоксичность и мутагенность новых биоразлагаемых сплавов Zn – Mg.Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 58, 24–35 (2016) [PubMed] [Google Scholar] 7. Murni NS, Dambatta MS, Yeap SK, Froemming GR, Hermawan H: оценка цитотоксичности биоразлагаемого сплава Zn-3Mg по отношению к нормальным клеткам остеобластов человека. Mater Sci Eng C 49, 560–566 (2015) [PubMed] [Google Scholar] 8. Санчес А.Х., Лютрингер Б.Дж., Фейерабенд Ф., Виллюмейт Р.: Mg и Mg сплавы: насколько сопоставимы скорости коррозии in vitro и in vivo? Обзор. Acta Biomater 13, 16–31 (2015) [PubMed] [Google Scholar] 9. Лю Ч., Синь И, Тан Г, Чу П.К .: Влияние термической обработки на поведение биоразлагаемого литого под давлением магниевого сплава AZ63 в моделируемой жидкости организма.Mater Sci Eng A 456, 350–357 (2007) [Google Scholar] 10. Ван И, Лю Джи, Фан З .: Новая процедура термообработки ре-литья под давлением магниевого сплава AZ91D. Scripta Mater 54, 903–908 (2006) [Google Scholar] 11. Zeng RC, Zhang J, Huang WJ, Dietzel W, Kainer KU, Blawert C, Wei KE: Обзор исследований коррозии магниевых сплавов. Trans Nonferr Metal Soc China 16, 763–771 (2006) [Google Scholar] 12. Витте Ф .: Перепечатка: История биоразлагаемых магниевых имплантатов: обзор. Acta Biomater 23, 28–40 (2015) [PubMed] [Google Scholar] 13.Payr E: Beiträge zur Technik der Blutgefäss — und Nervennaht nebst Mittheilungen über die Verwendung eines resorbirbaren Metalles in der Chirurgie [Вклад в технику ушивания кровеносных сосудов и нервов, а также использование рассасывающегося металла в хирургии]. Арка Клин Чир 62, 67–93 (1900) [Google Scholar] 14. Payr E: Blutgefäß- und Nervennaht (nebst Mittheilung über die Verwendung eines resorbirbaren Metalles in der Chirurgie) [Швы кровеносных сосудов и нервов (в дополнение к использованию рассасывающегося металла в хирургии)].Centralblatt Chir 28, 31–37 (1901) [Google Scholar] 15. Hofstetter J, Martinelli E, Pogatscher S, Schmutz P, Povoden-Karadeniz E, Weinberg AM, Uggowitzer PJ, Löffler JF: Влияние микропримесей на разложение in vitro и in vivo биоразлагаемых сплавов Mg – 5Zn – 0.3Ca. Acta Biomater 23, 347–353 (2015) [PubMed] [Google Scholar] 16. Хлумский В. О восстановлении подвижности сустава при анкилозе. Centralblatt Chir 27, 921–925 (1900) [Google Scholar] 17.Пайр Э., Мартина А.: Experimentelle und klinische Beiträge zur Lebernaht und leberresection (Magnesiumplattennaht) [Экспериментальный и клинический вклад в наложение швов печени и резекцию печени (шов с магниевой пластиной)]. Арка Клин Чир 77, 962–998 (1905) [Google Scholar] 18. Пайр Э: Ueber Verwendung von Magnesium zur Behandlung von Blutgefässerkrankungen [Об использовании магния для лечения заболеваний кровеносных сосудов]. Deut Z Chir 63, 503–511 (1902) [Google Scholar] 19. Пайр Э .: Zur Technik der Behandlung kavernöser Tumoren [Методика лечения кавернозных опухолей].Zentralblatt Chir 30, 233–234 (1903) [Google Scholar] 20. Sonntag E: Die Hämangiome und ihre Behandlung [Гемангиомы и их лечение]. Эргебн Чир Ортоп 8, 1–156 (1914) [Google Scholar] 21. Хлумский V: Beiträge zur Darmknopffrage [Вклад в кишечник]. Mitt Grenzgebieten Med Chir 3, 416–451 (1907) [Google Scholar] 22. Höpfner E: Ueber Gefässnaht, Gefässtransplantation und Replantation von amputierten Extremitäten [О сосудистом шве, сосудистой трансплантации и реплантации ампутированных конечностей].Арка Клин Чир 70, 417–471 (1903) [Google Scholar] 23. Lespinasse VD: Практический механический метод сквозного анастомоза кровеносных сосудов: использование рассасывающихся магниевых колец. JAMA 55, 1785–1790 (1910) [Google Scholar] 24. Эндрюс Э. У.: Рассасывающиеся металлические зажимы вместо лигатур при закрытии ран. JAMA 28, 278–281 (1917) [Google Scholar] 25. Силиг М.Г.: Исследование магниевой проволоки как рассасывающегося шовного материала и лигатурного материала. Arch Surg 8, 669–680 (1924) [Google Scholar] 26. Гласс Э: Клинические и экспериментальные исследования магниевых проволок Пайра при лечении ангиом.Deut Z Chir 194, 352–366 (1926) [Google Scholar] 27. Wilflingseder P, Martin R, Papp C: семена магния в лечении лимфо- и гемангиом. Чир Пласт 6, 105–116 (1981) [Google Scholar] 28. Hoffheinz S, Dimitroff N: Experimentelle Studie uber die Резорбция родительского металлического магния [Экспериментальное исследование поглощения металлического магния, подаваемого родительским способом]. Deut Z Chir 208, 346–353 (1928) [Google Scholar] 29. Стоун П., лорд Дж. У. младший: экспериментальное исследование тромбогенных свойств магния и магниево-алюминиевой проволоки в аорте собаки.Хирургия 30, 987–993 (1951) [PubMed] [Google Scholar] 30. Нагельс Дж., Стокдейк М., Розинг П.М.: Эндопротезирование плечевого сустава с защитой от стресса и резорбцией кости. J хирургическая хирургия плечевого сустава 12, 35–39 (2003) [PubMed] [Google Scholar] 31. Ван М.Л., Нести Л.Дж., Тули Р., Лазатин Дж., Дэниэлсон К.Г., Шарки П.Ф., Туан Р.С.: частицы титана подавляют экспрессию остеобластического фенотипа в мезенхимальных стволовых клетках человека. J Orthop Res 20, 1175–1184 (2002) [PubMed] [Google Scholar] 32. Пак Джей Би, Ким Ю. (2003): Металлические биоматериалы. В: Биоматериалы: принципы и применение, ред. Парк Дж. Б., Бронзино Дж. Д., CRC Press, Бока Ратон, стр.1–20 [Google Scholar] 33. DeGarmo PE. (1979): Материалы и процессы в производстве. Коллин Макмиллан, Нью-Йорк, США [Google Scholar] 34. Сарис Н.Е., Мерваала Э., Карппанен Х., Хаваджа Дж.А., Левенстам А: Магний: обновленная информация о физиологических, клинических и аналитических аспектах. Clin Chim Acta 294, 1–26 (2000) [PubMed] [Google Scholar] 35. Revell PA, Damien E, Zhang XS, Evans P, Howlett CR: Влияние ионов магния на связывание костей с гидроксиапатитом. Key Eng Mater 254–256, 447–450 (2004) [Google Scholar] 36.Yamasaki Y, Yoshida Y, Okazaki M, Shimazu A, Uchida T, Kubo T., Akagawa Y, Hamada Y, Takahashi J, Matsuura N: Синтез функционально градуированного апатита MgCO ₃ , ускоряющего адгезию остеобластов. J Biomed Mater Res A 62, 99–105 (2002) [PubMed] [Google Scholar] 37. Zreiqat H, Howlett CR, Zannettino A, Evans P, Schulze-Tanzil G, Knabe C, Shakibaei M: Механизмы стимулированной магнием адгезии остеобластических клеток к обычно используемым ортопедическим имплантатам. J Biomed Mater Res 62, 175–184 (2002) [PubMed] [Google Scholar] 38.Lambotte A: Использование магния в качестве материала для остеосинтеза [Использование магния в качестве материала для остеосинтеза]. Булл Мем Соц Нат Чир 28, 1325–1334 (1932) [Google Scholar] 39. Verbrugge J: Le matériel métallique résorbable en chirurgie osseuse [Резорбируемый металлический материал в костной хирургии]. Пресс Мед 23, 460–465 (1934) [Google Scholar] 40. Groves E: Экспериментальное исследование оперативного лечения переломов. Br J Surg 1, 438–501 (1913) [Google Scholar] 41. Циерольд А.А.: Реакция кости на различные металлы.Arch Surg 9, 365–412 (1924) [Google Scholar] 42. Verbrugge J: L’utilisation du magnésium dans le traitement chirurgical des фракталы [Использование магния в хирургическом лечении переломов]. Бык Mém Soc Nat Cir 59, 813–823 (1937) [Google Scholar] 43. МакБрайд ЭД: Рассасывающийся металл в костной хирургии. JAMA 111, 2464–2467 (1938) [Google Scholar] 44. Макбрайд Э.Д .: Магниевый винт и гвоздь при переломах. South Med J 31, 508–515 (1938) [Google Scholar] 45. Майер О.: Uber die Verwendbarkeit von Leichtmetallen in der Chirurgie (Metallisches Magnesium als Reizmittel zur Knochenneubildung) [О доступности легких металлов в хирургии (металлический магний как стимулятор костеобразования)].Deut Z Chir 253, 552–556 (1940) [Google Scholar] 46. Троицкий В.В., Цитрин Д.Н.: Резорбирующий металлический сплав «Остеосинтезит» как материал для фиксации перелома. Хирургия 8, 41–44 (1944) [Google Scholar] 47. Знаменский М.С.: Металлический остеосинтез аппаратом из резорбирующего металла. Хирургия 12, 60–63 (1945) [Google Scholar]

48. Бородкин В.С., Савицкий Е., Сиваш К.М., Строганов Г.Б., Терехова В., Тихова Н.М., Волков М.В.: Сплавы на основе магния для использования в костной хирургии. Патент США №3687135A (1972)

49. Витте F, Kaese V, Haferkamp H, Switzer E, Meyer-Lindenberg C, Wirth CJ, Windhagen H: Коррозия четырех магниевых сплавов in vivo и связанная с ней реакция кости. Биоматериалы 26, 3557–3563 (2005) [PubMed] [Google Scholar] 50. Trincă LC, Fântânariu M, Solcan C, Trofin AL, Burtan L, Acatrinei DM, Stanciu S, Istrate B, Munteanu C: поведение деградации in vivo и биологическая активность некоторых новых сплавов Mg-Ca с градиентом концентрации Si для костных трансплантатов. Appl Surf Sci 352, 140–150 (2015) [Google Scholar] 51.Ван Дж., Цзян Х., Би Й., Сунь Дж., Чен М., Лю Д.: Влияние газа, образующегося при разложении сплава Mg – Zn – Zr, на губчатую костную ткань. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 55, 556–561 (2015) [PubMed] [Google Scholar] 52. Пан Х, Цинь Г, Сюй М, Фу Х, Рен Й, Пан Ф, Гао З, Чжао Ц, Ян Кью, Ше Дж, Сонг Б: Улучшение механических свойств сплавов Mg – Sn за счет добавления Ca и Zn. Mater Des 83, 736–744 (2015) [Google Scholar] 53. Лу Ф, Ма А, Цзян Дж., Чен Дж., Сун Д., Юань Ю, Чен Дж, Ян Д.: Улучшенные механические свойства и формуемость при прокатке мелкозернистого сплава Mg – Gd – Zn – Zr, полученного равноканальным угловым прессованием.J Сплавы Соединения 643, 28–33 (2015) [Google Scholar] 54. Лю И, Биан Д., Ву И, Ли Н, Цю К., Чжэн И, Хань И .: Влияние биосовместимых ионов металлов (Ag, Fe, Y) на химию поверхности, коррозионное поведение и цитосовместимость сплава Mg – 1Ca, обработанного MEVVA . Коллоиды Surf B Биоинтерфейсы 133, 99–107 (2015) [PubMed] [Google Scholar] 55. Han J, Wan P, Ge Y, Fan X, Tan L, Li J, Yang K: адаптация деградации и биологической реакции магниево-стронциевого сплава для потенциального применения заменителя кости.Mater Sci Eng C 58, 799–811 (2016) [PubMed] [Google Scholar] 56. Чжоу Ю.Л., Ли Й., Луо Д.М., Дин Й., Ходжсон П.: Микроструктуры, механические и коррозионные свойства и биосовместимость экструдированных сплавов Mg – Mn – Zn – Nd для биомедицинских применений. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 49, 93–100 (2015) [PubMed] [Google Scholar] 57. Витте Ф, Хорт Н., Фогт С., Коэн С., Кайнер К.Ю., Виллюмейт Р., Фейерабенд Ф .: Разлагаемые биоматериалы на основе магниевой коррозии. Curr Opin Solid State Mater Sci 12, 63–72 (2008) [Google Scholar] 58.Zhen Z, Xi T-F, Zheng Y-F: Обзор испытаний биоразлагаемых металлических материалов на коррозию in vitro. Trans Nonferr Metal Soc China 23, 2283–2293 (2013) [Google Scholar] 59. Чжан С., Чжан Х, Чжао Ц., Ли Дж., Сун И, Се Ц, Тао Х, Чжан И, Хе И, Цзян И, Бянь Y: Исследование сплава Mg-Zn как разлагаемого биоматериала. Acta Biomater 6, 626–640 (2010) [PubMed] [Google Scholar] 60. Wen Z, Wu C, Dai C, Yang F: Коррозионные свойства Mg и его сплавов с различным содержанием Al в модифицированной моделированной жидкости организма.J Сплавы Соединения 488, 392–399 (2009) [Google Scholar] 61. Зейтц Дж. М., Кольер К., Вульф Е., Борман Д., Бах Ф. В.: Сравнение коррозионного поведения магниевых сплавов с покрытием и без покрытия в коррозионной среде in vitro. Adv Eng Mater 13, 313–323 (2011) [Google Scholar] 62. Kirkland NT, Lespagnol L, Birbilis N, Staiger MP: Обзор скорости биокоррозии магниевых сплавов. Corros Sci 52, 287–291 (2010) [Google Scholar] 63. Уокер Дж., Шаданбаз С., Киркланд Н.Т., Стейс Э., Вудфилд Т., Стайгер М.П., ​​Диаз Дж. Дж.: Магниевые сплавы: прогнозирование коррозии in vivo с помощью испытаний погружением in vitro.J Biomed Mater Res B Appl Biomater 100, 1134–1141 (2012) [PubMed] [Google Scholar] 64. Гу Х, Чжэн И, Ченг И, Чжун С., Си Т: Коррозия in vitro и биосовместимость бинарных магниевых сплавов. Биоматериалы 30, 484–498 (2009) [PubMed] [Google Scholar] 65. Зайнал Абидин Н.И., Рольфе Б., Оуэн Х., Малисано Дж., Мартин Д., Хофстеттер Дж., Угговитцер П.Дж., Атренс А.: Коррозия in vivo и in vitro магния высокой чистоты и сплавов магния WZ21 и AZ91. Corros Sci 75, 354–366 (2013) [Google Scholar] 66. Ван Х, Ши З: Биодеградация магния и магниевого сплава in vitro.J Biomed Mater Res B Appl Biomater 98, 203–209 (2011) [PubMed] [Google Scholar] 67. Barfield W, Colbath G, DesJardins JD, Yuehuei HA, Hartsock LA: потенциал использования магниевого сплава в ортопедической хирургии. Курр Практик Ортоп Хирург 23, 146–150 (2012) [Google Scholar] 68. Kirkland NT, Birbilis N, Staiger MP: Оценка коррозии биоразлагаемых магниевых имплантатов: критический обзор текущих методологий и их ограничений. Acta Mater 8, 925–936 (2012) [PubMed] [Google Scholar] 69. Muller WD, de Mele MF, Nascimento ML, Zeddies M: Разложение магния и его сплавов: зависимость от состава синтетических биологических сред.J Biomed Mater Res A 90, 487–495 (2009) [PubMed] [Google Scholar] 70. Ямамото А., Хиромото С. Влияние неорганических солей, аминокислот и белков на разложение чистого магния in vitro. Mater Sci Eng C 29, 1559–1568 (2009) [Google Scholar] 71. Ян Л., Чжан Э .: Биокоррозионное поведение магниевого сплава в различных модельных жидкостях для биомедицинских приложений. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 29, 1691–1696 (2009) [Google Scholar] 72. Shi Z, Liu M, Atrens A: Измерение скорости коррозии магниевых сплавов с использованием экстраполяции Тафеля.Corros Sci 52, 579–588 (2010) [Google Scholar] 73. Yang W, Zhang Y, Yang J, Tan L, Yang K: потенциальный антиостеопорозный эффект биоразлагаемого магния, имплантированного крысам с STZ-индуцированным диабетом. J Biomed Mater Res A 99, 386–394 (2011) [PubMed] [Google Scholar] 74. Chai H, Guo L, Wang X, Gao X, Liu K, Fu Y, Guan J, Tan L, Yang K: In vitro и in vivo оценки остеогенеза и биоразлагаемости магниевого сплава с покрытием из бета-трикальцийфосфата. J Biomed Mater Res A 100, 293–304 (2011) [PubMed] [Google Scholar] 75.Краус Т., Фишерауэр С.Ф., Ханци А.С., Угговитцер П.Дж., Лоффлер Дж.Ф., Вайнберг А.М.: Магниевые сплавы для временных имплантатов при остеосинтезе: исследования их деградации и взаимодействия с костью in vivo. Acta Biomater 8, 1230–1238 (2012) [PubMed] [Google Scholar] 76. Бадави В.А., Хилал Н.Х., Эль-Раби М., Нади Х .: Электрохимическое поведение Mg и некоторых сплавов Mg в водных растворах с различным pH. Электрохим Акта 55, 1880–1887 (2010) [Google Scholar] 77. Витте Ф., Фишер Дж., Неллесен Дж., Кростак Х.А., Кезе В., Пиш А., Бекманн Ф., Виндхаген Х .: Измерения коррозии магниевых сплавов in vitro и in vivo.Биоматериалы 27, 1013–1018 (2006) [PubMed] [Google Scholar] 78. Эрдманн Н., Бондаренко А., Хевикер-Траутвайн М., Ангрисани Н., Райфенрат Дж., Лукас А., Мейер-Линденберг А.: Оценка биосовместимости мягких тканей MgCa0.8 и хирургической стали 316L in vivo: сравнительное исследование на кроликах. Биомед Рус Онлайн 9, 63 (2010) [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 79. Muller WD, Nascimento ML, Zeddies M, Córsico M, Gassa LM, Mele MA: Магний и его сплавы как разлагаемые биоматериалы: исследования коррозии с использованием потенциодинамических и электрохимических методов EIS.Mater Res 10, 5–10 (2007) [Google Scholar] 80. Витте Ф, Ульрих Х, Рудерт М, Уиллболд Э: Биоразлагаемые магниевые каркасы: Часть 1: Соответствующий воспалительный ответ. J Biomed Mater Res A 81, 748–756 (2007) [PubMed] [Google Scholar] 81. Xu LP, Yu GN, Zhang E, Pan F, Yang K: Коррозионное поведение сплава Mg – Mn – Zn для костного имплантата in vivo: Применение. J Biomed Mater Res A 83, 703–711 (2007) [PubMed] [Google Scholar] 82. Zhang GD, Huang JJ, Yang K, Zhang BC, Ai HJ: Экспериментальное исследование имплантации магниевого сплава in vivo на ранней стадии.Acta Metall Sin 43, 1186–1190 (2007) [Google Scholar] 83. Avedesian MM. (1999): Магний и магниевые сплавы. ASM International, Парк материалов, Огайо [Google Scholar] 84. Bach FW, Schaper M, Jaschik C: Влияние лития на ГПУ магниевые сплавы. Mater Sci Forum 419–422, 1037–1042 (2003) [Google Scholar] 85. Фридрих HE, Mordike BL. (2006): Магниевые технологии. Springer-Verlag, Берлин — Гейдельберг [Google Scholar] 86. Wu RZ, Qu ZK, Zhang ML: Обзоры влияния легирующих элементов на микроструктуру и механические свойства основных сплавов Mg – Li.Преподобный Adv Mater Sci 24, 35–43 (2010) [Google Scholar] 87. Ван И, Лим С.С., Лим С.В., Йонг М.С., Тео Е.К., Мох Л.Н.: Изучение коррозионного поведения биокоррозионных сплавов магния in vitro. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 31, 579–587 (2011) [Google Scholar] 88. Ferreira PC, Piai Kde A, Takayanagui AM, Segura-Munoz SI: Алюминий как фактор риска болезни Альцгеймера. Преподобный Лат Ам Энфермагем 16, 151–157 (2008) [PubMed] [Google Scholar] 89. Окадзаки Ю., Рао С., Ито Ю., Татейши Т.: Коррозионная стойкость, механические свойства, коррозионно-усталостная прочность и цитосовместимость новых сплавов Ti без Al и V.Биоматериалы 19, 1197–1215 (1998) [PubMed] [Google Scholar] 90. Шингде М., Хьюз Дж., Боадл Р., Уиллс Э.Дж., Памфлетт Р.: Макрофагический миофасциит, связанный с алюминием вакцинного происхождения. Med J Aust 183, 145–146 (2005) [PubMed] [Google Scholar] 91. Lastra MD, Pastelin R, Camacho A, Monroy B, Aguilar AE: Вмешательство цинка на реакцию макрофагов и лимфоцитов. J Trace Elem Med Biol 15, 5–10 (2001) [PubMed] [Google Scholar] 92. Солтман П.Д., Штрауз Л.Г.: Роль микроэлементов при остеопорозе. J Am Coll Nutr 12, 384–389 (1993) [PubMed] [Google Scholar] 93.Боуэн П.К., Дрелих Дж., Гольдман Дж.: Цинк демонстрирует идеальные физиологические свойства коррозии для биоабсорбируемых стентов. Adv Mater 25, 2577–2582 (2013) [PubMed] [Google Scholar] 94. Чжан Б., Ван И, Гэн Л. (2011): Исследование сплава Mg-Zn-Ca как разлагаемого биоматериала. В: Биоматериалы — физика и химия, изд. Pignatello R, InTech, Rijeka, стр. 183–204 [Google Scholar] 95. Bruno Z, Peter JU, Jörg FL: MgZnCa-очки без клинически наблюдаемого выделения водорода для биоразлагаемых имплантатов. Nat Mater 8, 887–891 (2009) [PubMed] [Google Scholar] 96.Чжан Б., Хоу И, Ван Х, Ван И, Гэн Л.: Механические свойства, характеристики разложения и цитотоксичность биомедицинских сплавов Mg – Zn – Ca с различным составом. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 31, 1667–1673 (2011) [Google Scholar] 97. Чжан Э., Инь Д., Сюй Л., Ян Л., Ян К.: Микроструктура, механические и коррозионные свойства и биосовместимость сплавов Mg – Zn – Mn для биомедицинского применения. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 29, 987–993 (2009) [Google Scholar] 98. Huan Z, Leeflang M, Zhou J, Fratila-Apachitei L, Duszczyk J: поведение деградации in vitro и цитосовместимость сплавов Mg – Zn – Zr.J Mater Sci Mater Med 21, 2623–2635 (2010) [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 99. Ренкема К.Ю., Александр Р.Т., Биндельс Р.Дж., Хендероп Дж.Г .: Гомеостаз кальция и фосфата: согласованное взаимодействие новых регуляторов. Энн Мед 40, 82–91 (2008) [PubMed] [Google Scholar] 100. Ван Y, Xiong G, Luo H, He F, Huang Y, Zhou X: Подготовка и определение характеристик нового биомедицинского сплава магния с кальцием. Mater Des 29, 2034–2037 (2008) [Google Scholar] 101. Li Y, Hodgson P, Wen CE: Влияние добавок кальция и иттрия на микроструктуру, механические свойства и биосовместимость биоразлагаемых магниевых сплавов.J Mater Sci 46, 365–371 (2011) [Google Scholar] 102. Du H, Wei ZJ, Liu XW, Zhang EL: Влияние Zn на микроструктуру, механические свойства и биокоррозионные свойства сплавов Mg – 3Ca для биомедицинского применения. Mater Chem Phys 125, 568–575 (2011) [Google Scholar] 103. Kirkland NT, Birbilis N, Walker J, Woodfield T, Dias GJ, Staiger MP: Растворение бинарных сплавов магний-кальций in vitro: разъяснение уникальной роли добавок кальция в биорезорбируемых сплавах магния для имплантатов. Биомедицинский материал Res B Appl Biomater 95, 91–100 (2010) [PubMed] [Google Scholar] 104.Aschner M, Guilarte TR, Schneider JS, Zheng W: Марганец: последние достижения в понимании его транспорта и нейротоксичности. Токсикол Аппл Фармакол 221, 131–147 (2007) [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 105. Фридрих HE, Mordike BL. (2005): Магниевые технологии — металлургия, дата проектирования, применения. Springer-Verlag, Берлин — Гейдельберг — Нью-Йорк [Google Scholar] 106. Цай М.Х., Чен М.С., Лин Л.Х., Лин М.Х., Ву Ч.З., Оу К.Л., Ю.Ч.: Влияние термической обработки на микроструктуру и демпфирующие свойства биомедицинского сплава Mg – Zr.J Сплавы Соединения 509, 813–819 (2011) [Google Scholar] 107. Чжан В., Ли М., Чен К., Ху В., Чжан В., Синь В.: Влияние Sr и Sn на микроструктуру и коррозионную стойкость магниевого сплава Mg – Zr – Ca для биомедицинских применений. Mater Des 39, 379–383 (2012) [Google Scholar] 108. Ли И, Вэнь Ц., Мушахари Д., Шраванти Р., Харишанкар Н., Панде Г., Ходжсон П. Сплавы Mg – Zr – Sr как биоразлагаемые материалы для имплантатов. Acta Biomater 8, 3177–3188 (2012) [PubMed] [Google Scholar]

109. MEL (2005): Magnesium Elektron Datasheet 467: Elektron WE43

Магний (Mg) — химические свойства, воздействие на здоровье и окружающую среду

Химический элемент , металлический, символ Mg, находится в группе IIa периодической таблицы Менделеева, атомный номер: 12, атомный вес: 24,312.Магний серебристо-белый и очень легкий. Его относительная плотность составляет 1,74, а плотность — 1740 кг / м 3 (0,063 фунта / дюйм 3 или 108,6 фунта / фут 3 ). Магний долгое время известен в отрасли как более легкий конструкционный металл из-за его небольшого веса и способности образовывать механически стойкие сплавы. Магний очень химически активен, он заменяет водород в кипящей воде, и большое количество металлов может быть произведено термическим восстановлением его солей и окисленных форм магнием.Он соединяется с большинством неметаллов и почти со всеми кислотами. Магний слабо или совсем не реагирует с большинством щелочей и многими органическими веществами, такими как углеводороды, альдегиды, спирты, фенолы, амины, сложные эфиры и большинство масел. Используемый в качестве катализатора магний способствует органическим реакциям конденсации, восстановления, присоединения и дегалогенизации. Его долгое время использовали для синтеза особых и сложных органических компонентов по известной реакции Гриньяра. Основные ингредиенты сплавов: алюминий, марганец, циркон, цинк, редкоземельные металлы и торий. Приложения Соединения магния используются в качестве огнеупорного материала в футеровке печей для производства металлов (чугун и сталь, цветные металлы), стекла и цемента. Обладая плотностью всего две трети алюминия, он находит бесчисленное множество применений в тех случаях, когда важно снижение веса, например, в самолетостроении и ракетостроении. Он также обладает многими полезными химическими и металлургическими свойствами, которые делают его пригодным для многих других неструктурных применений. Магниевые компоненты широко используются в промышленности и сельском хозяйстве. Другие области применения включают: удаление серы из чугуна и стали, фотогравированных пластин в полиграфической промышленности; восстановитель для производства чистого урана и других металлов из их солей; съемка фонариком, вспышками и пиротехникой. Магний в окружающей среде Магний является восьмым по содержанию элементом и составляет около 2% от веса земной коры по весу, и это третий по величине элемент, растворенный в морской воде. Он очень распространен в природе и в значительных количествах содержится во многих каменистых минералах, таких как доломит, магнетит, оливин и серпентин. Он также содержится в морской воде, подземных рассолах и соленых слоях. Это третий по содержанию структурный металл в земной коре, уступая только алюминию и железу. Соединенные Штаты традиционно были основным мировым поставщиком этого металла, обеспечивая 45% мирового производства даже в 1995 году. Доломит и магнезит добываются в объеме 10 миллионов тонн в год в таких странах, как Китай, Турция, Северная Корея, Словакия, Австрия, Россия и Греция. Люди потребляют от 250 до 350 мг магния в день и нуждаются как минимум в 200 мг, но организм очень эффективно взаимодействует с этим элементом, принимая его из пищи, когда это возможно, и перерабатывая то, что у нас уже есть, когда это возможно. не можешь. Нет никаких доказательств того, что магний вызывает системное отравление, хотя постоянное чрезмерное потребление добавок и лекарств с магнием может привести к мышечной слабости, вялости и спутанности сознания. Последствия воздействия порошка магния: низкая токсичность и не считается опасным для здоровья.Вдыхание: пыль может раздражать слизистые оболочки или верхние дыхательные пути. Глаза: механическая травма или попадание частиц в глаз. Просмотр горящего магниевого порошка без противопожарных стекол может привести к «вспышке сварщика» из-за сильного белого пламени. Кожа: внедрение частицы в кожу. Проглатывание: маловероятно; однако прием большого количества порошка магния может вызвать травму. Магний не тестировался, но подозрений на то, что он канцерогенный, мутагенный или тератогенный, не обнаружен. Воздействие дыма оксида магния после сжигания, сварки или работы с расплавленным металлом может вызвать лихорадку от дыма металла со следующими временными симптомами: лихорадка, озноб, тошнота, рвота и мышечные боли.Обычно это происходит через 4-12 часов после воздействия и продолжается до 48 часов. Пары оксида магния являются побочным продуктом горения магния. Физическая опасность: Возможен взрыв пыли, если она находится в порошкообразной или гранулированной форме, смешанной с воздухом. В сухом виде оно может заряжаться электростатическим путем в результате завихрения, пневмотранспорта, заливки и т. Д. C химическая опасность: Вещество может самовоспламеняться при контакте с воздухом или влагой с образованием раздражающих или токсичных паров.Реагирует бурно с сильными окислителями. Реагирует бурно со многими веществами с опасностью пожара и взрыва. Реагирует с кислотами и водой с образованием легковоспламеняющегося газообразного водорода (см. ICSC0001), вызывая опасность пожара и взрыва. Первая помощь: Вдыхание: вынести на свежий воздух. Глаза: тщательно промыть глаза водой. Проконсультируйтесь с врачом. Кожа: тщательно промыть водой с мылом, чтобы удалить частицы. Проглатывание: при проглатывании большого количества порошка магния вызвать рвоту и обратиться к врачу. Примечание для врача: нет специального лечения или противоядия. Рекомендуется поддерживающая терапия. Лечение должно основываться на реакции пациента. Имеется очень мало информации о воздействии дыма оксида магния на окружающую среду. Если другие млекопитающие вдыхают дым оксида магния, они могут испытывать такие же эффекты, как и люди. В спектре окружающей среды 0 — 3 Регистры дыма оксида магния 0.8. Оценка 3 означает очень высокую опасность для окружающей среды, а 0 — незначительную опасность.Факторы, которые принимаются во внимание для получения этого рейтинга, включают степень токсичности материала и / или его отсутствие токсичности, а также меру его способности оставаться активным в окружающей среде и накапливаться ли он в живых организмах. Не учитывает воздействие вещества. Магниевый порошок не считается очень вредным для окружающей среды. Для оксида магния была установлена ​​токсичность для водной среды, равная 1000 ppm. «Характеристики качества воды для опасных материалов», Hann & Jensen, Enviro.Конец. Div., Texas A&M, т. 3 (1974). Подробнее о магнии в воде Вернуться к периодической таблице элементов . Добавить комментарий Отменить ответ Комментарий * Имя * Email * Сайт