A study of the corrosion resistance of gamma titanium aluminide in ringer's solution, 3.5 WT% NaCI and seawater

Abstract

Corrosion resistance is one of the essential requirements that determine the application of a metallic alloy as a biomaterial. The titanium alloy, gamma titanium aluminide (γTiAl), widely known for its low density, high strength-to-weight ratio, high stiffness, and strength was evaluated for room temperature corrosion resistance in this research to determine its viability as a biomaterial. For this purpose, two fundamental electrochemical techniques namely Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and Potentiodynamic Anodic Polarization (PAP). were used to evaluate the corrosion performance of γ-TiAl, in Ringer's solution, 3.5% NaCl, and seawater. Ti-6Al-4V alloy, a popular biomaterial, was used as comparison. Surface modification treatments were employed with the purpose of improving corrosion resistance. The samples were oxidized at 500°C, 800°C, and autoclaved at 121°C and 15 psi. A scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD) were used to characterize the samples. In general, the results of the potentiodynamic anodic polarization were found to be in good agreement with those of EIS analyses. The results obtained for γ-TiAl and Ti-6Al-4V were very similar. The presence of the oxide layer formed with the surface treatments increased their corrosion resistance. The low values of corrosion rate (CR), and the high values for corrosion potential (Ecorr) and polarization resistance (Rp) obtained experimentally implies that γ-TiAl can be competitively considered as an alternative metallic biomaterial.

La resistencia a la corrosión es uno de los requerimientos esenciales que determinan la aplicación de una aleación metálica como biomaterial. El gamma titanio aluminio (γ-TiAl) el cual es una aleación ampliamente conocida por su baja densidad, alta relación resistencia-peso y alta rigidez fue evaluada en la presente investigación por su resistencia a corrosión a temperatura ambiente. Para este propósito dos técnicas electroquímicas fundamentales, espectroscopia de impedancia y polarización anódica potenciodinámica fueron utilizadas para evaluar a γ-TiAl en solución de Ringer, 3.5% NaCl y agua de mar. Ti-6Al-4V, uno de los biomateriales más comunes en la actualidad, fue evaluado como material de comparación. Con el propósito de mejorar la resistencia a la corrosión de estas aleaciones tres tratamientos de modificación de superficie fueron realizados estos consisten de un proceso de oxidación a 500°C y 800°C y un autoclaveado a 121°C y 15 psi. Dos técnicas de caracterización fueron utilizadas para evaluar las aleaciones de titanio estas fueron microscopia electrónica de rastreo y difracción de rayos X. Los resultados obtenidos para γ-TiAl y Ti-6Al-4V fueron muy similares. Se mejoró la resistencia a la corrosión de las aleaciones debido a la presencia de una capa de óxido de titanio formada con los tratamientos superficiales. Adicionalmente, los bajos valores obtenidos experimentalmente de velocidad de corrosión (CR) y los altos valores de potencial de corrosión (Ecorr) y resistencia a la polarización (Rp) implican que se puede considerar competitivamente al γ-TiAl como un biomaterial alternativo.