16
Biomaterials Lecture 1516 Surfaces: Chemisorption & Corrosion Unless otherwise noted, source Information for the following slides: 1) B. Ratner, A. Hoffman, F. Schoen, and J. Lemons: Biomaterials Science, 2 nd edition (San Diego: Elsevier Academic Press. 2004). 2) Butt , HJ.; Graf, K.; Kappl Physics and  Chemistry  of  Interfaces, 2 nd Edition (WiletVCH: Weinheim 2006). 3) Modi fi ed from:Anne Mayes 3.051J/20.340J Materials for Biomedical Application, MIT, http://ocw.mit.edu,

Lec15_16_Chemisorption_Corrosion.pdf

Embed Size (px)

Citation preview

7/27/2019 Lec15_16_Chemisorption_Corrosion.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/lec1516chemisorptioncorrosionpdf 1/15

Biomaterials Lecture

 15

‐16

Surfaces: Chemisorption & 

Corrosion 

Unless otherwise noted, source Information for the following slides:

1) B. Ratner, A. Hoffman, F. Schoen, and J. Lemons: Biomaterials Science,2nd edition (San Diego: Elsevier Academic Press. 2004).

2) Butt, H‐J.; Graf, K.; Kappl Physics and  Chemistry  of  Interfaces, 2nd Edition 

(Wilet‐VCH: Weinheim 2006).

3) Modified from:Anne Mayes 3.051J/20.340J Materials for Biomedical 

Application, MIT,

 http://ocw.mit.edu,

7/27/2019 Lec15_16_Chemisorption_Corrosion.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/lec1516chemisorptioncorrosionpdf 2/15

Corrosion in Aqueous Environment

7/27/2019 Lec15_16_Chemisorption_Corrosion.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/lec1516chemisorptioncorrosionpdf 3/15

Electric Double Layer

• Electrical double layer: The structure of  charge 

accumulation and charge separation that always 

occurs at the interface when an electrode is 

immersed into an electrolyte solution. 

• The excess charge on the electrode surface is 

compensated by

 an

 accumulation

 of 

 excess

 ions

 

of  the opposite charge in the solution. 

• The amount of  charge is a function of  the 

electrode potential. This structure behaves 

essentially as a capacitor. 

• There are

 several

 theoretical

 models

 that

 describe

 the structure of  the double layer. The three most commonly used ones are the Helmholtz model, the Gouy‐Chapman model, and the Gouy‐

Chapman‐Stern model. 

In other words, the double layer is formed in order to 

neutralize the charged surface and, in turn, causes an 

electrokinetic potential between the surface and any 

point in the mass of  the suspending liquid. This 

voltage difference is on the order of  millivolts and is 

referred 

to 

as 

the 

surface 

potential.

7/27/2019 Lec15_16_Chemisorption_Corrosion.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/lec1516chemisorptioncorrosionpdf 4/15

Adsorption phenomena

7/27/2019 Lec15_16_Chemisorption_Corrosion.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/lec1516chemisorptioncorrosionpdf 5/15

B. Ratner, A. Hoffman, F. Schoen, and J. Lemons: Biomaterials Science, 2nd edition (San Diego: Elsevier Academic Press. 2004). 433.

Anodic dissolution Cathodic protection

Galvanic corrosion

7/27/2019 Lec15_16_Chemisorption_Corrosion.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/lec1516chemisorptioncorrosionpdf 6/15

Less Reactive

More Reactive

• Commonly used surgical alloys contain highly reactive metals (i.e. with 

high negative electrode potential) such as titanium, aluminum, chromium

• Because of  high reactivity, these metals react with O2 to form an 

impervious oxide layer firmly adherent to the metal surface, i.e. 

passivation layer!!

7/27/2019 Lec15_16_Chemisorption_Corrosion.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/lec1516chemisorptioncorrosionpdf 7/15

• The most

 common

 type

 of 

 fretting

 is

 caused

 by

 vibration.

 The

 protective

 

film on the metal surfaces is removed by the rubbing action and exposes 

fresh, active metal to the corrosive action of  the atmosphere. 

7/27/2019 Lec15_16_Chemisorption_Corrosion.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/lec1516chemisorptioncorrosionpdf 8/15

B. Ratner, A. Hoffman, F. Schoen, and J. Lemons: Biomaterials Science, 2nd edition (San Diego: Elsevier Academic Press. 2004). 436.

7/27/2019 Lec15_16_Chemisorption_Corrosion.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/lec1516chemisorptioncorrosionpdf 9/15

7/27/2019 Lec15_16_Chemisorption_Corrosion.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/lec1516chemisorptioncorrosionpdf 10/15

7/27/2019 Lec15_16_Chemisorption_Corrosion.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/lec1516chemisorptioncorrosionpdf 11/15

7/27/2019 Lec15_16_Chemisorption_Corrosion.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/lec1516chemisorptioncorrosionpdf 12/15

7/27/2019 Lec15_16_Chemisorption_Corrosion.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/lec1516chemisorptioncorrosionpdf 13/15

7/27/2019 Lec15_16_Chemisorption_Corrosion.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/lec1516chemisorptioncorrosionpdf 14/15

7/27/2019 Lec15_16_Chemisorption_Corrosion.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/lec1516chemisorptioncorrosionpdf 15/15

Summary: Basic Principles of  Corrosion

• In theory, corrosion resistance can be predicted from standard 

electrode 

potentials 

(i.e. 

explains 

nobility 

of  

some 

metals 

and 

considerable reactivity in others, not much use for prediction 

in alloys)

• Irrespective of  standard electrode potentials, the corrosion 

resistance of 

 many

 materials

 is

 determined

 by

 their

 ability

 to

 

become passivated by an oxide layer that protects the 

underlying metal

Corrosion 

processes 

in 

practice 

are 

influences 

by 

variation 

in 

surface microstructural features and in the environment that 

disrupts the charge transfer equlibrium