Vergleichbare Bewertung der Korrosionseigenschaft dentaler Legierungen mit Hilfe eines neuen Messprotokolls für elektrochemische Untersuchungen

Abstract

Zur Bestimmung der Korrosionsstabilität dentaler Legierungen mit Hilfe elektrochemischer Untersuchungsmethoden findet sich in der Literatur eine Vielzahl von Studien. Die Vergleichbarkeit der Ergebnisse bei gleicher Legierungszusammensetzung ist aufgrund unterschiedlicher Parameter wie Probenvorbereitung, Messaufbau, Messprotokoll und Elektrolytzusammensetzung nicht gewährleistet. Ziel dieser Arbeit ist mit Hilfe eines neuen Messprotokolls vergleichbare, reproduzierbare Ergebnisse in Hinblick auf die Korrosionseigenschaften dentaler Legierungen für elektrochemische Untersuchungen zu generieren. Diesbezüglich werden fünf unterschiedlich zusammengesetzte Dentallegierungen (1. Au-Pt, 2. Au-Pd, 3. Cu-Al, 4. Ag-Cu-Pd, 5. Co-Cr) durch elektrochemische Untersuchungen in Abhängigkeit von Potentialeinstellung, Messdauer, Messort und dem pH-Wert der Elektrolytlösung untersucht. Die jeweiligen Legierungszusammensetzungen werden vor und nach der elektrochemischen Untersuchung im Rasterelektronenmikroskop (REM) mit Hilfe der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) untersucht, um Korrosionsprozesse darzustellen. Nach Politur werden die Probenoberflächen mit Hilfe des Mini-Cell-Systems unter Verwendung von 1%NaCl mit einem pH-Wert von 7 und 0,1M Milchsäure/ 0,1M NaCl mit einem pH-Wert von 2,3 nach Ruhepotentialmessung (OCP) und Impedanzspektroskopie (EIS) durch mehrfache zyklische Voltammetrie belastet. Dabei werden aufeinanderfolgend zehn Messzyklen bei einem biologisch möglichen Potential von ± 500 mV und fünf Messzyklen bei dem von der ISO 10271 geforderten Potential von ± 1000 mV durchgeführt. Unabhängig von der verwendeten Legierung sind die Messungen gut reproduzierbar. Die Ergebnisse zeigen eine gute Korrosionsstabilität hochedler Legierungen (Au-Pd und Au-Pt) und der passivierenden Co-Cr-Legierung auch nach mehrfacher elektrochemischer Belastung. Die Korrosionsresistenz der Ag-Cu-Pd- Legierung ist im pH-neutralem Milieu bei einem angelegten Potential von ± 500 mV mit denen der hochedlen Legierungen vergleichbar, ist jedoch nicht alterungsbeständig. Die Cu-Al-Legierung ist unabhängig vom angelegten Potential und verwendeten Elektrolyten korrosionsanfällig. Der Korrosionswiderstand der Cu-Al-Legierung sinkt im Verlauf der Messungen zwar kontinuierlich, jedoch am stärksten vom ersten zum vierten Messdurchlauf. Die Ergebnisse belegen den multifaktoriellen Einfluss auf das Korrosionsverhalten dentaler Legierungen, unabhängig von deren Zusammensetzung. Somit scheint eine Erweiterung des Messprotokolls der ISO 10271 sinnvoll, um detailliertere Informationen über die Korrosionsprozesse dentaler Legierungen zu erhalten. Für die Empfehlung einer Erweiterung der ISO 10271 bedarf es weiterer Studien, um die Biokompatibilität der im Patientenmund eingesetzten Legierungen genauer einschätzen zu können.

In Literature there are plenty of studies about the evaluation of corrosion behaviour of dental alloys using electrochemical analysis methods. Comparing the results of alloys with the same composition is difficult due to different parameters, such as sample preparation, measurement setup, measurement protocol and electrolyte composition. The aim of this work is to generate comparable, reproducible results in terms of the corrosion properties of dental alloys for electrochemical studies using a new measurement protocol. Therefore, an evaluation of electrochemical stability of five different dental alloys (1.Au-Pt, 2.Au-Pd, 3.Cu-Al, 4.Ag-Cu-Pd, 5.Co-Cr) is performed depending on potential settings, measurement period, measurement position and the pH of the electrolyte solution. To show corrosion, the respective alloy surfaces were investigated by scanning electron microscopy (SEM) using the energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) directly before and after the electrochemical measurement. The alloy surface is examined using the mini- cell-system starting with open circuit potential (OCP) followed by impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV) using two different electrolytes (1% NaCl with a pH of 7 and 0.1 M lactic acid / 0.1 M NaCl with a pH of 2.3). In this study, sequentially ten polarisation cycles with a possible biological potential of ± 500 mV followed by five polarization cycles with a potential of ± 1000 mV, as required by the ISO 10271, are performed. Regardless of the alloy used, the measurements are highly reproducible. The results show a good corrosion resistance of high noble alloys (Au-Pd and Au- Pt) and the passivating Co-Cr alloy even after repeated electrochemical polarization, independent from potential settings. In neutral pH at an applied potential of ± 500 mV, the corrosion resistance of the Ag-Cu-Pd alloy is comparable with those of high noble alloys, but is not resistant to sequentially polarisation. Independent of the applied potential and electrolyte used, the Cu-Al alloy is susceptible to corrosion. The corrosion resistance of the Cu-Al alloy decreases constantly during repeated polarization, but most from the first to fourth polarization cycle. The results suggest that different potentials, multiple polarization cycles and the pH of the electrolytes have an influence on the corrosion behaviour of dental alloys, regardless of their composition. To get more detailed information about the corrosion process of dental alloys, an extension of the measurement protocol of ISO 10271 seems reasonable. Therefore further studies need to be done to asses precisely the corrosion behaviour of alloys used in the patient´s mouth.