Investigation and enhancement of the biocompatibility of CoCrAISI shape memory alloy

Abstract

Abstract: Current study investigates the biocompatibility of a novel CoCrAlSi shape memory alloy for orthopedic implant applications. The alloy was fabricated by vacuum induction melting and characterized using SEM, XRD, and XPS. A silver thin film, about 1000 nm thick, was deposited by physical vapor deposition to improve corrosion resistance. The silver coated samples were tested in phosphate-buffered saline (PBS) under body-like conditions. Ion release was measured with ICP-MS and compared to values reported in the literature. The Ag coating significantly reduced Co and Cr release, with decreases up to 84.6% and 51.6%, respectively, after 28 days of immersion. However, the absolute values of Co and Cr remained above safe biological thresholds. The silver layer itself showed an initial burst release that decreased over time, while surface analysis confirmed the formation of protective oxide films. These results suggest that Ag thin films can improve corrosion behavior and support the potential use of CoCrAlSi alloys in biomedical implants, but further optimization of coating thickness and ion release control is required.

Özet: Bu çalışma, yeni bir CoCrAlSi şekil hafızalı alaşımın ortopedik implant uygulamalarındaki biyouyumluluğunu incelemektedir. Alaşım, vakum indüksiyon ergitme yöntemiyle üretilmiş ve SEM, XRD ve XPS yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Korozyon direncini artırmak amacıyla yaklaşık 1000 nm kalınlığında gümüş ince film, fiziksel buhar biriktirme yöntemiyle kaplanmıştır. Kaplanmış numuneler, vücut benzeri koşullarda fosfat tamponlu salin içinde test edilmiştir. İyon salımı ICP-MS yöntemiyle ölçülmüş ve literatürdeki değerlerle karşılaştırılmıştır. Ag kaplama, Co ve Cr salımını önemli ölçüde azaltmış; 28 günlük daldırma sonunda sırasıyla %84,6 ve %51,6 oranında düşüş sağlamıştır. Ancak Co ve Cr'un mutlak değerleri biyolojik olarak güvenli eşiklerin üzerinde kalmıştır. Gümüş tabaka ise başlangıçta yüksek iyon salımı göstermiş, fakat bu değer zamanla azalmıştır. Yüzey analizleri, koruyucu oksit tabakalarının oluşumunu doğrulamıştır. Sonuçlar, Ag ince filmlerin korozyon davranışını iyileştirdiğini ve CoCrAlSi alaşımlarının biyomedikal implantlarda kullanım potansiyelini desteklediğini göstermektedir. Bununla birlikte, kaplama kalınlığı ve iyon salımının daha iyi kontrolü için optimizasyon gerekmektedir.