Caractérisation par spectroscopie d'impédance électrochimique d'un alliage de Co-Cr-Mo dans différents milieux simulant le liquide physiologique

Electrochemical impedance spectroscopy on Co-Cr-Mo alloy in two media simulating physiological liquid

¹ École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, ENSM-SE, Centre Ingénierie Santé, Laboratoire des biomatériaux, 158 cours Fauriel 42023 Saint-Étienne, France
² Institut National des Sciences Appliquées, INSA, Laboratoire MATEIS, groupe RI, 21 avenue Jean Capelle, 69621 Villeurbanne, France

Reçu : 16 Juin 2008
Accepté : 27 Juin 2008

Résumé

L'alliage de Co-Cr-Mo est utilisé pour fabriquer des implants orthopédiques et notamment des prothèses totales de hanche. Il présente d'excellentes propriétés tribologiques et de biocompatibilité. Ce travail propose d'étudier le comportement électrochimique de l'alliage et d'appréhender la reproductibilité des mesures électrochimiques par polarisations (statique et dynamique) et par spectroscopie d'Impédance Électrochimique SIE. Trois séries d'expériences, courbes de polarisation et SIE à potentiel passif imposé ou à potentiel libre, ont été menées avec deux dispositifs expérimentaux (appareils de mesure et cellule) et deux solutions différentes. Les résultats attendus de cette étude visent à identifier l'influence des conditions expérimentales et le rôle de l'albumine sur la dissolution de cet alliage métallique. Tout d'abord, la reproductibilité des courbes de polarisation n'est pas assurée. Ensuite, à potentiel imposé correspondant au domaine passif, i.e. +0,15 V vs. ESH, les mesures de SIE sont reproductibles. Statistiquement, l'influence de l'albumine n'a pu être mise en évidence. Toutefois, la résistance de polarisation diminue, en présence de l'albumine, cette protéine pourrait favoriser la dissolution, dans les conditions expérimentales choisies. Au potentiel libre de corrosion, les mesures de la résistance de polarisation ne sont pas reproductibles. L'albumine, quant à elle, semble améliorer la résistance à la corrosion. Elle agirait comme un inhibiteur de corrosion.

Abstract

Co-Cr-Mo is an alloy which allows manufacturing orthopedic implants, especially hip total joint prostheses. This alloy has good tribological and biocompatibility properties. This work aims at studying electrochemical behavior of this alloy. Moreover, measurements reproductibility has been improved: polarization and electrochemical impedance spectroscopy. Measurements have been carried out with phosphate buffered solution and this one containing albumin, 1 g.L^-1. Three different types of experiments, polarization curves and EIS at free corrosion potential and passive potential, have been carried out by two different electrochemical cells and measurements devices. Results have been analyzed to identify albumin influence on Co-Cr-Mo dissolution and to test measurements discrepancy. First of all, polarization curves reproductibility has not been highlighted. However, at applied passive potential, i.e. +0.15 V vs. SHE, SIE measurements are reproducible. Statistically, electrochemical behavior of Co-Cr-Mo alloy is not subjected to albumin influence. Nevertheless, results analysis shows a trend: albumin improves alloy dissolution. At free corrosion potential, polarization resistances, calculated by EIS, are not reproducible. Notwithstanding, albumin seems to decrease alloy dissolution such as corrosion inhibitor.