Powder metallurgical processing of magnesium-hydroxyapatite composites for biomedical applications

Abstract

Abstract : Biodegradable metal alloys are a new class of implant materials suitable for implants such as stents, bone plates and screws. The corrosion of magnesium alloys might provide a new mechanism where they could be used as degradable metal implants to be applied in musculo-skeletal surgery. In this case, a secondary surgery for implant retrieval is not needed. For that, magnesium alloys with controlled in vivo corrosion rates need to be developed. There is a high demand to design magnesium alloys with adjustable corrosion rates and suitable mechanical properties. An approach to this challenge is a magnesium metal matrix composite (Mg-MMC) composed of the magnesium alloy ZK60 and hydroxyapatite (HA) particles for tailoring its properties such as mechanical properties and corrosion resistance. The composite was produced by mechanical alloying followed by hot extrusion. HA in contact with molten magnesium releases toxic gases like phosphine (PH3), so solid-state processing such as mechanical milling and extrusion is feasible. This work presents the influence of different amounts of HA on the degradation behavior and mechanical properties, which shows that the HA addition has a substantial increase in the compression strength (up to 14% for 20 wt.% HA addition) and no negative effect on the controlled degradation behavior of this biomaterial.<br>

Ligas metálicas biodegradáveis são uma nova classe de materiais de implante adequados para a cirurgia óssea. A corrosão de ligas de magnésio pode proporcionar um novo mecanismo onde tais ligas podem ser utilizadas como implantes metálicos degradáveis a serem aplicados em cirurgia músculo-esquelética. Nestes casos, a segunda cirurgia para retirada do implante não seria necessária. Para isso, ligas de magnésio com taxas de corrosão in vivo controladas precisam ser desenvolvidas. Há uma grande procura para projetar ligas de magnésio com taxas de corrosão ajustáveis e propriedades mecânicas aplicáveis. Uma abordagem a este desafio é um compósito de matriz metálica (CMM) composto pela liga de magnésio ZK60 e hidroxiapatita (HA) para aperfeiçoar suas propriedades como resistência mecânica e resistência à corrosão. O compósito é produzido via moagem de alta energia seguida de extrusão à quente. Uma vez que HA em contato com magnésio líquido libera gases tóxicos como fosfina (PH3), esta é a melhor forma de sua produção. Este trabalho mostra a influência de diferentes quantidades de hidroxiapatita na taxa de degradação e propriedades mecânicas do compósito, as quais evidenciam um aumento substancial na resistência à compressão com a adição de HA (até 14% para o compósito com 20% de HA), sem detrimento às propriedades de degradação controlada do biomaterial.