Optimización del espesor del recubrimiento de SiC sobre aleación MgAZ31 mediante control del tiempo de operación en CVD

Abstract

Las aleaciones de magnesio, se destacan por su alta relación resistencia mecánica - peso, biocompatibilidad y biodegradabilidad, lo que las convierte en opciones atractivas para prótesis óseas biodegradables. Sin embargo, su alta velocidad de corrosión en ambientes fisiológicos puede comprometer la integridad del implante antes de que se complete la regeneración ósea. La corrosión se ve intensificada por el aumento del pH en los tejidos circundantes, lo que afecta negativamente el crecimiento celular en la superficie del implante. Una solución efectiva es aplicar recubrimientos protectores que actúen como barreras frente al medio fisiológico. En este estudio, se explora el uso del carburo de silicio (SiC) depositado mediante la técnica de deposición química en fase vapor asistida por plasma (PECVD) como alternativa para mejorar las propiedades de los recubrimientos en aleaciones de MgAZ31. El SiC es altamente resistente a la corrosión y estable en medios biológicos. La técnica PECVD permite una deposición precisa en términos de espesor y morfología, y mejora la adhesión del recubrimiento al sustrato, reduciendo la formación de grietas. Se optimizó el espesor de los recubrimientos de SiC evaluando depósitos a diferentes tiempos de deposición. Las muestras fueron caracterizadas por SEM, FTIR y ensayos electroquímicos en medio fisiológico simulado (SBF). Los resultados mostraron que un espesor de 3,68 μm (90 minutos de deposición) ofreció la mejor resistencia a la corrosión, según las curvas de polarización.

Magnesium alloys stand out for their high strength-to-weight ratio, biocompatibility, and biodegradability, making them attractive options for biodegradable bone prostheses. However, their high corrosion rate in physiological environments can compromise the integrity of the implant before bone regeneration is complete. Corrosion is intensified by the increased pH in the surrounding tissues, negatively affecting cell growth on the implant surface. An effective solution is to apply protective coatings that act as barriers against the physiological environment. This study explores the use of silicon carbide (SiC) deposited using the plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) technique as an alternative to improve the properties of coatings on MgAZ31 alloys. SiC is highly corrosion-resistant and stable in biological media. The PECVD technique allows for precise deposition in terms of thickness and morphology, enhancing the adhesion of the coating to the substrate and reducing crack formation. The thickness of SiC coatings was optimized by evaluating deposits at different deposition times. The samples were characterized by SEM, FTIR, and electrochemical tests in simulated body fluid (SBF). The results showed that a thickness of 3.68 μm (90 minutes of deposition) provided the best corrosion resistance, according to polarization curves.