Formation of fumarate-containing smart coating for anti-corrosion protection of magnesium alloy MA8

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This study presents a method for fabricating composite protective coatings on the MA8 magnesium alloy, combining plasma electrolytic oxidation (PEO), impregnation of the protective layer with sodium fumarate (used as an environmentally friendly corrosion inhibitor), and polycaprolactone treatment for controlled active agent release. The sample with the composite coating exhibits a low corrosion rate of 0,12 mm/year and maintains stable anticorrosion properties for 7 days. The active corrosion protection mechanism involves three stages: inhibitor release from the PEO layer pores, migration to damaged surface areas, and the adsorption on metallic magnesium or magnesium corrosion products. The polymer layer extends the duration of the inhibitor protective effect. The proposed method enables controlled biodegradation of magnesium alloys, making them promising candidates for implant materials.

About the authors

A. S. Gnedenkov

Institute of Chemistry, FEB RAS

Email: asg17@mail.com
Vladivostok, Russia

A. D. Nomerovskii

Institute of Chemistry, FEB RAS

Email: nomerovskii.ad@outlook.com
Vladivostok, Russia

V. S. Marchenko

Institute of Chemistry, FEB RAS

Email: filonina.vs@gmail.com
Vladivostok, Russia

S. L. Sinebryukhov

Institute of Chemistry, FEB RAS

Email: sls@ich.dvo.ru
Vladivostok, Russia

S. V. Gnedenkov

Institute of Chemistry, FEB RAS

Email: svg21@hotmail.com
Vladivostok, Russia

References

  1. Liu M. et al. Effect of medium renewal mode on the degradation behavior of Mg alloys for biomedical applications during the long-term in vitro test.Corros. Sci.2024.;229:111851.
  2. Wang X. et al. Structure-function integrated biodegradable Mg/polymer composites: Design, manufacturing, properties, and biomedical applications.Bioact. Mater.2024;39:74–105.
  3. Shekargoftar M. et al. Effects of plasma surface modification of Mg-2Y-2Zn-1Mn for biomedical applications.Materialia.2024:102285.
  4. Luthringer B.J.C., Feyerabend F., Willumeit-Römer R. Magnesium-based implants: a mini-review.Magnes. Res.2014;27(4):142–154.
  5. Yang Y. et al. Research advances of magnesium and magnesium alloys worldwide in 2022. J. Magnes. Alloy.2023;11(8):2611–2654.
  6. Rider P. et al. Biodegradable magnesium barrier membrane used for guided bone regeneration in dental surgery.Bioact. Mater.2022;14:152–168.
  7. Gazit T. et al. Foot surgery using resorbable magnesium screws.J. Foot Ankle Surg.2024. https://doi.org/10.1053/j.jfas.2023.09.002
  8. Tang C.-F. et al. Possibility of magnesium supplementation for supportive treatment in patients with COVID-19.Eur. J. Pharmacol.2020;886:173546.
  9. Niranjan C.A. et al. Magnesium alloys as extremely promising alternatives for temporary orthopedic implants – A review.J. Magnes. Alloy.2023;11(8):2688–2718.
  10. Fairley J.L. et al. Magnesium status and magnesium therapy in cardiac surgery: A systematic review and meta-analysis focusing on arrhythmia prevention.J. Crit. Care.2017;42:69–77.
  11. Gnedenkov A.S. et al. The detailed corrosion performance of bioresorbable Mg–0.8Ca alloy in physiological solutions.J. Magnes. Alloy.2022;10(5):1326–1350.
  12. Noviana D. et al. The effect of hydrogen gas evolution of magnesium implant on the postimplantation mortality of rats.J. Orthop. Transl.2016;5:9–15.
  13. Thanaa T.T. et al. Improving the surface properties of Mg based-plasma electrolytic oxidation (PEO) coatings under the fluoride electrolytes: A review.Inorg. Chem. Commun.2024;170:113163.
  14. Peñuela-Cruz C.E. et al. Synthesis of composite coatings based on Mg and Ti oxides by PEO for modulation of Mg corrosion resistance.J. Mater. Res. Technol.2024;33:1801–1808.
  15. Monfared M.M. et al. Enhancement of PEO-coated ZK60 Mg alloy: Curcumin-enriched mesoporous silica and PLA/bioglass for antibacterial properties, bioactivity and biocorrosion resistance.Surf. Coatings Technol.2024;493:131237.
  16. Chen Q. et al. Synergistic chelating agents for in-situ synthesis of Mg–Al LDH films on PEO treated Mg alloy.J. Magnes. Alloy.2024. https://doi.org/10.1016/j.jma.2024.05.015
  17. Gnedenkov A.S. et al. The effect of smart PEO-coatings impregnated with corrosion inhibitors on the protective properties of AlMg3 aluminum alloy.Materials (Basel).2023;16(6):2215
  18. Gnedenkov S.V. et al. Composite protective coatings on the nitinol surface.Materials and Manufacturing Processes. 2008;23(8):879–883.
  19. Gnedenkov A.S. et al. Hydroxyapatite-containing PEO-coating design for biodegradable Mg–0.8Ca alloy: Formation and corrosion behaviour.J.Magnes. Alloy.2023. https://doi.org/10.1016/j.jma.2022.12.002
  20. Gnedenkov A.S. et al. Smart composite antibacterial coatings with active corrosion protection of magnesium alloys.J. Magnes. Alloy.2022;10(12):3589–3611.
  21. Gnedenkov S.V. et al. Properties of coatings formed on magnesium alloy MA8 by the method of plasma electrolytic oxidation.Vestnik of the FEB RAS.2010;(5): 35–46. (In Russ.).
  22. Gnedenkov A. S. et al. Corrosion of the welded aluminium alloy in 0.5 M NaCl solution. Part 2: Coating protection.Materials (Basel).2018;11(11):2177.
  23. Mashtalyar D.V. et al. New approach to formation of coatings on Mg–Mn–Ce alloy using a combination of plasma treatment and spraying of fluoropolymers.J. Magnes. Alloy. 2022;10(4):1033–1050.
  24. Gnedenkov A.S. et al. Design of self-healing PEO-based protective layers containing in-situ grown LDH loaded with inhibitor on the MA8 magnesium alloy.J. Magnes. Alloy.2023;11(10):3688–3709.
  25. Maltseva A. et al. In situ surface film evolution during Mg aqueous corrosion in presence of selected carboxylates.Corros. Sci.2020;171:108484.
  26. Daavari M. et al. In vitro corrosion-assisted cracking of AZ31B Mg alloy with a hybrid PEO+MWCNTs/PCL coating.Surfaces and Interfaces.2023;42:103446.
  27. Yu X., Zhang M., Chen H. Superhydrophobic anticorrosion coating with active protection effect: Graphene oxide-loaded inorganic/organic corrosion inhibitor for magnesium alloys.Surf. Coatings Technol.2024;480:130586.
  28. Ahmed M.A., Amin S., Mohamed A.A. Current and emerging trends of inorganic, organic and eco-friendly corrosion inhibitors.RSC Adv.2024;14(43):31877–31920.
  29. Huang D. et al. Inhibition effect of inorganic and organic inhibitors on the corrosion of Mg–10Gd–3Y–0.5Zr alloy in an ethylene glycol solution at ambient and elevated temperatures.Electrochim. Acta.2011;56(27):10166–10178.
  30. Yang X. et al. Formation of protective conversion coating on Mg surface by inorganic inhibitor.Corros. Sci.2023;215:111044.
  31. Jiang H. et al. Effects of interlayer-modified layered double hydroxides with organic corrosion inhibiting ions on the properties of cement-based materials and reinforcement corrosion in chloride environment.Cem. Concr. Compos.2024;154:105793.
  32. Molina E.F.H. et al. Corrosion protection of AS21 alloy by coatings containing Mg/Al hydrotalcites impregnated with the organic corrosion inhibitor 2-mercaptobenzimidazole.Int. J. Electrochem. Sci.2020;15(10):10028–10039.
  33. Yang J. et al. Experimental and quantum chemical studies of carboxylates as corrosion inhibitors for AM50 alloy in pH neutral NaCl solution.J. Magnes. Alloy.2022;10(2):555–568.
  34. Lamaka S.V. et al. Comprehensive screening of Mg corrosion inhibitors.Corros. Sci.2017;128:224–240.
  35. Gnedenkov A.S. et al. Carboxylates as green corrosion inhibitors of magnesium alloy for biomedical application.J. Magnes. Alloy.2024;12(7):2909–2936.
  36. Ouyang Y. et al. A self-healing coating based on facile pH-responsive nanocontainers for corrosion protection of magnesium alloy.J. Magnes. Alloy.2022;10(3):836–849.
  37. Guo X. et al. Effects of benzotriazole on anodized film formed on AZ31B magnesium alloy in environmental-friendly electrolyte.J. Alloys Compd.2009;482(1–2):487–497.
  38. Yu X. et al. Polydopamine-coated zeolitic imidazolate framework for enhanced anti-corrosion and self-healing capabilities of epoxy coating on magnesium alloy.Appl. Surf. Sci.2025;680:161332.
  39. Qiang Y. et al. Polydopamine encapsulates Uio66 loaded with 2-mercaptobenzimidazole composite as intelligent and controllable nanoreservoirs to establish superior active/passive anticorrosion coating.Chem. Eng. J.2025;503:158559.
  40. Shamsi M., Sedighi M., Bagheri A. Surface modification of biodegradable Mg/HA composite by electrospinning of PCL/HA fibers coating: Mechanical properties, corrosion, and biocompatibility.Trans. Nonferrous Met. Soc. China.2024;34(5):1470–1486.
  41. Liu K.-P. et al. Biocompatibility and corrosion resistance of drug coatings with different polymers for magnesium alloy cardiovascular stents.Colloids Surfaces B Biointerfaces.2025;245:114202.
  42. Gnedenkov S.V. et al. Composite hydroxyapatite–PTFE coatings on Mg–Mn–Ce alloy for resorbable implant applications via a plasma electrolytic oxidation-based route.J. Taiwan Inst. Chem. Eng.2014;45(6):3104–3109.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».