CORROSION OF ADVANCED STAINLESS STEEL IN PHYSIOLOGICAL SOLUTIONS

Este trabalho tem como objetivo principal investigar o comportamento frente à corrosão de aços inoxidáveis avançados em meios fisiológicos. Foram selecionados para o estudo quatro aços inoxidáveis visando avaliar o potencial destes para aplicações em implantes cirúrgicos: um aço superferrítico (DIN W. Nr. 1.4575), a Incoloy MA 956, contendo alumínio e óxido de ítrio, um aço austenítico DIN W. Nr. 1.4970 e um aço superaustenítico obtido por meio da adição de 0,87% de nitrogênio ao aço dúplex DIN W. Nr. 1.4460. Os três primeiros aços contêm baixo teor de níquel e suas películas protetoras são ricas em cromo, enquanto a Incoloy MA 956 é isenta de níquel, e rica em alumínio, o que influencia o seu filme passivo. Os materiais foram analisados usando técnicas de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), polarização potenciodinâmica, técnica do eletrodo vibrante, microscopia eletroquímica de varredura, microscopia eletrônica de varredura de emissão de campo, microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura. Os meios escolhidos para avaliação da resistência à corrosão foram a solução de Hanks, um meio de cultura e uma solução tamponada com fosfato. Os resultados de EIE foram interpretados usando circuitos elétricos equivalentes que simularam uma camada passiva dúplex em todos os materiais analisados. Todos os materiais analisados apresentaram resistência à corrosão superior à do aço inoxidável AISI 316L, correspondente ao ASTM F-138, que é o mais utilizado na fabricação de implantes metálicos. Também foi destacada a importância do tratamento de solubilização nos aços com alto teor de nitrogênio. O DIN W. Nr. 1.4970 foi considerado citotóxico e sua potencialidade para uso como biomaterial, rejeitada. O DIN W. Nr. 1.4575 e Incoloy MA 956 podem ser usados como biomateriais, mas somente em próteses odontológicas ou de fácil remoção, devido ao seu comportamento ferromagnético. O DIN W. Nr. 1.4460 com 0,87% de nitrogênio foi o que apresentou as condições mais apropriadas para uso como biomaterial, inclusive para próteses ortopédicas.The main objective of this study was to determine the corrosion behavior of advanced stainless steels (SS) in physiological solutions to evaluate their potential for use as biomaterials. Four stainless steels were tested: a superferritic stainless steel (DIN W. Nr. 1.4575), Incoloy MA 956, containing aluminum and yttrium oxide, an austenitic stainless steel DIN W. Nr. 1.4970, and a superaustenitic stainless steel obtained by adding 0.87% nitrogen to a duplex stainless steel DIN W. Nr. 1.4460. The passive film on Incoloy MA 956 contained alumina and this affected the corrosion resistance of the steel. The protective films on the other three steels with low nickel content were rich in chromium and iron. The electrochemical behavior of these steels was investigated using electrochemical impedance spectroscopy (EIE), potentiodynamic polarization, scanning vibrating electrode technique (SVET), field emission gun (FEG), scanning electrochemical microscopy (SECM), optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). The test electrolytes used were Hanks solution, a culture medium known as Minimum Essential Medium (MEM) and a buffered phoshated solution (PBS). The EIE results were interpreted using equivalent electrical circuits that simulated the duplex structure of the oxide layer. All the materials were more resistant to localized corrosion than AISI 316L, with composition similar to ASTM F-138 SS. The results also highlighted the effect of the solution annealing treatment on corrosion resistance of the high nitrogen DIN W. Nr. 1.4460. The DIN W. Nr. 1.4970 steel was cytotoxic. Hence it cannot be used as a biomaterial. The DIN W. Nr. 1.4575 steel and Incoloy MA 956 can only be used for applications of easy removal, such as for odontological prostheses, due to their ferromagnetic properties. The DIN W. Nr. 1.4460 (0.87% nitrogen) steel was the SS with the best properties, among those studied for use as biomaterials