Zn-1Mg ALAŞIMLARININ Ag VE Gd MİKROALAŞIMLAMA İLE BİYOKOROZYON VE ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKLERİNİN KARŞILAŞTIRMALI İNCELENMESİ

Çinko (Zn), uygun bozunma hızı, biyouyumluluğu ve insan metabolizmasındaki temel rolü nedeniyle Mg ve Fe esaslı biyobozunur alaşımlara güçlü bir alternatif olarak öne çıkmaktadır. Bununla birlikte, saf Zn’nin düşük mekanik dayanımı ve sınırlı antibakteriyel etkinliği, biyomedikal uygulamalardaki kullanımını kısıtlamaktadır. Bu çalışmada, Zn-1Mg (%1 ağırlıkça) alaşımı, Ag veya Gd ile %0,3 (ağırlıkça) oranında mikroalaşımlandırılarak elde edilen alaşımların mikroyapı, sertlik, yapay vücut sıvısı (SBF) içerisindeki in vitro biyokorozyon dayanımı ve antibakteriyel özellikleri karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Malzeme karakterizasyonu, Optik Mikroskop (OM), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve X-ışınları difraksiyonu (XRD) analizleriyle gerçekleştirilmiş, Vickers sertlik ölçümleri ise 100 g yük altında ve 15 saniye bekleme süresi kullanılarak yapılmıştır. Mikroyapı analizleri, her iki alaşımın da (Zn-1Mg-0,3Ag ve Zn-1Mg-0,3Gd) α-Zn matrisi ile Mg₂Zn₁₁ ve MgZn₂ ara fazlarından oluştuğunu göstermiştir. Ayrıca, Gd ilavesinin tane yapısını incelttiği ve oluşan ötektik fazlarda lamel aralıklarını azaltarak daha ince bir morfoloji oluşturduğu belirlenmiştir. Zn-1Mg alaşımına kıyasla (78 HV0,1) Ag ve Gd mikroalaşımlandırması sertlik değerlerini sırasıyla 84 ve 87 HV0,1 düzeyine yükseltmiştir. Elektrokimyasal testlerde, her iki alaşımın korozyon potansiyeli (Ekor) benzer bulunurken, korozyon akım yoğunluğu (Ikor) değerleri Zn-1Mg-0,3Ag ve Zn-1Mg-0,3Gd alaşımları için sırasıyla 14,40 ve 20,30 μA·cm⁻² olarak belirlenmiştir. Daldırma testleri, 60 günde Zn-1Mg-0,3Ag alaşımına kıyasla (0,068 mg/cm²), Zn-1Mg-0,3Gd alaşımının (0,082 mg/cm²) daha yüksek korozyon kaybına sahip olduğunu ortaya koymuştur. Antibakteriyel değerlendirmeler ise Gd içeren alaşımın, Escherichia coli (E. Coli) ve Staphylococcus aureus (S. aureus) bakterilerine karşı Ag içeren alaşımla benzer düzeyde etkinlik sergilediğini göstermiştir. Elde edilen bulgular, Gd içeren Zn-1Mg alaşımlarının biyobozunur ve antibakteriyel implant malzemeleri açısından Ag içeren alaşımlara alternatif, umut verici bir aday olabileceğini göstermektedir.

Zinc (Zn) has emerged as a strong alternative to Mg-and Fe-based biodegradable alloys owing to its suitable degradation rate, biocompatibility, and essential role in human metabolism. However, the low mechanical strength and limited antibacterial performance of pure Zn restrict its use in biomedical applications. In this study, the Zn-1Mg alloy (1 wt.%) was microalloyed with 0.3 wt.% Ag or Gd, and the resulting alloys were comparatively evaluated in terms of their microstructure, hardness, in vitro biocorrosion resistance in simulated body fluid (SBF), and antibacterial properties. Material characterization was carried out using Optical Microscopy (OM), Scanning Electron Microscopy (SEM), and X-ray Diffraction (XRD), while Vickers hardness measurements were performed under a load of 100 g with a dwell time of 15 seconds. Microstructural analyses showed that both alloys (Zn-1Mg-0.3Ag and Zn-1Mg-0.3Gd) consisted of an α-Zn matrix and the intermetallic phases Mg₂Zn₁₁ and MgZn₂. In addition, the incorporation of Gd was found to refine the grain structure and generate a finer eutectic morphology by reducing the interlamellar spacing. Compared with the Zn-1Mg alloy (78 HV0,1), microalloying with Ag and Gd increased the hardness values to 84 and 87 HV0.1, respectively. Electrochemical tests revealed that, although the corrosion potential (Ecorr) values of both alloys were similar, the corrosion current density (Icorr) values of Zn-1Mg-0.3Ag and Zn-1Mg-0.3Gd were 14.40 and 20.30 μA·cm⁻², respectively. İmmersion tests (60 days) further demonstrated that the Zn-1Mg-0.3Gd alloy (0.082 mg/cm²) exhibited a higher corrosion loss than the Zn-1Mg-0.3Ag alloy (0.068 mg/cm²). Antibacterial evaluations indicated that the Gd-containing alloy exhibited antibacterial activity comparable to that of the Ag-containing alloy against Escherichia coli (E. Coli) and Staphylococcus aureus (S. Aureus). These findings suggest that Gd-containing Zn-1Mg alloys may serve as a promising alternative to Ag-containing alloys for use as biodegradable and antibacterial implant materials.