Kemisk stabilitet av Kromkarbid och Kromnitridpulver jämfört med krommetall i syntetiska biologiska lösningar

Abstrakt

Kromkarbid (Cr-C) och kromnitrid (Cr-n) pulver jämfördes med ett krommetallpulver (Cr-metall) för att utvärdera deras kemiska stabilitet i lösning. Alla tre pulver exponerades i fem olika syntetiska biologiska lösningar med varierande pH och kemisk sammansättning som simulerade utvalda humana exponeringsförhållanden. Karakterisering av pulverna, med användning av GI-XRD, avslöjade att de dominerande kristallfaserna i bulk var Cr7C3 och Cr2N för Cr-C respektive Cr-N. Den yttersta ytan av Cr-C, bestämd av XPS, innehöll Cr7C3 och Cr2O3 och motsvarande mätning på Cr-N avslöjade Cr2N och CrN bortsett från Cr2O3. Förekomsten av Cr2O3 verifierades genom XPS-undersökningar av Cr-metallpulvret. Medelpartikelstorleken var likartad för Cr-metall och Cr-N men något mindre för Cr-C. alla tre pulver var dåligt lösliga och frisatte mycket låga mängder krom (<0.00015 occurg CR / occurg laddade partiklar) oberoende av testlösning. Något högre kromkoncentrationer bestämdes i det sura mediet (pH 1,7 och 4,5) jämfört med de nära neutrala lösningarna (pH 7,2 och 7,4). Cr-C släppte den lägsta mängden Cr trots att den har den största ytan en funktion som tillskrivs de starka kovalenta bindningarna i matrisen.

1. Inledning

krommetall och kromföreningar används i en mängd olika tillämpningar som sträcker sig från Legering till garvning av djurhudar till pigmentering. Den omfattande användningen väcker frågor om de potentiella negativa effekterna på människors hälsa och på miljön. Inom Europeiska gemenskapens regelverk, REACH, (Registrering, utvärdering, godkännande och begränsning av kemikalier), ligger ansvaret för att säkerställa att alla produkter är säkra att använda på industrin och de är följaktligen skyldiga att tillhandahålla information om produktegenskaperna för att möjliggöra säker hantering.

detaljerade studier har utförts för att generera data om utsläpp, upplösning och löslighet aspekter av krom och krominnehållande legeringar som rostfritt stål och ferrokromlegeringar , data som har använts inom ramen för den europeiska kemikalielagstiftningen (REACH) som implementerades 2007. Biotillgänglighet och miljöpåverkan aspekter av krom har diskuterats av, till exempel,. Upplösningsstudier avseende krominnehållande material som kromkarbid och kromnitrid är dock mycket knappare och har inte utförts i syfte att utvärdera interaktioner med miljön eller människokroppen . Både kromkarbid och kromnitrid används ofta som beläggningar på rostfritt stål, vilket förbättrar slitage och korrosionsbeständighet och har följaktligen undersökts noggrant . Kromkarbid (Cr3C2) har visat sig vara praktiskt taget olöslig i kokande HCl medan Cr2N visade sig ha högre löslighet i HCl jämfört med CrN . Dessutom har yt-och bulkegenskaper hos både kromkarbid och kromnitrid undersökts noggrant med tekniker som XPS, SEM och XRD .

att exponera metall-och keramikpulver i syntetiska kroppsvätskor är viktigt för att förstå och få information om hur partiklarna och potentiella metallutsläpp från pulvren kan påverka miljön eller människokroppen.

yrkesmässig exponering för luftburna pulver av kromkarbid och kromnitrid är ett potentiellt problem vid tillverkning och användning och information om frigjort krom är därför avgörande för att bedöma potentiella risker för människors hälsa och miljön.

i denna studie exponerades pulver av krommetall, kromkarbid (Cr7C3) och kromnitrid (Cr2N) för fem olika syntetiska kroppsvätskor för att undersöka omfattningen av kromfrisättning. Den totala frigjorda mängden krom mättes med grafitugn atomabsorptionsspektroskopi, GF-AAS, ytkompositionen utvärderades med hjälp av röntgenfotoelektronspektroskopi, XPS, och bulkkompositionen och faskompositionen bestämdes med användning av betesincidens röntgendiffraktion, GI-XRD.

målet var att tillhandahålla en unik uppsättning in vitro-biotillgänglighetsdata för användning inom ramen för REACH.

2. Experimentellt

pulver av Cr-metall (storlek mindre än 25 okt), kromkarbid (Cr-C, storlek mindre än 40 okt) och kromnitrid (Cr-N, storlek mindre än 40 okt) levererades av Delachaux, Frankrike. Cr-metallpulvret krossades, siktades och krossades för att producera liknande partikelstorlekar som Cr-C och Cr-n-pulver. Kemiska bulkkompositioner baserade på leverantörsinformation presenteras i Tabell 1.

mätning av den specifika ytan per vikt, m2 / g, utfördes med användning av BET-analys (kväveabsorption vid kryogena förhållanden) med användning av ett Micromeritics Gemini V-instrument vid fem olika lokala områden.

Partikelstorleksfördelningsmätningar utfördes för minst två olika prover av varje pulver i fosfatbuffrad saltlösning (PBS) med användning av ett Malvern Mastersizer 2000-instrument med en Hydro SM-dispersionsenhet som arbetar vid standardförhållanden. Brytningsindex för krom (3.51) och vatten (1.33), vatten är lösningsmedlet för PBS, användes som ingångsparametrar.

partikelmorfologi av pulverna undersöktes med hjälp av scanningelektronmikroskopi, med användning av ett fält emissionspistol scanningelektronmikroskop, FEG-SEM, LEO 1530 instrument med en Gemini kolonn.

Identifiering av möjliga kristallina faser som åstadkoms genom bete förekomsten X-ray diffraktion, GI-XRD, som utförs med ett X’pert PRO PANALYTICAL system, utrustat med en X-ray spegel (CuKa strålning—𝜆=1.54050 Å, 35 mA, 45 kV) och en 0,27° parallel plate kollimator på diffrakteras sida. Mätningarna utfördes med en betesvinkel på 88 kg jämfört med ytan normal.

röntgenfotoelektronspektroskopi, XPS, UltraDLD-spektrometer, Kratos Analytical, Manchester, Storbritannien, med en monokromatisk Al-röntgenkälla (150 W) användes för att bestämma sammansättningen av den yttersta ytfilmen (2-10 nm). Bred – och högupplösta spektra (20 eV pass energi) av Cr2p, N1s, O1s och C1s var på tre olika områden. Kalibrering utfördes genom att tilldela C-C, C-H-toppen till 285,0 eV. En linjär baslinje användes för alla spektra.

all laboratorieutrustning rengjordes syra i minst 24 timmar i 10% salpetersyra och sköljdes fyra gånger med ultrarent vatten (MilliQ 18.2 m Aci cm) och torkades i omgivande luft före användning. Alla vätskor framställdes med användning av ultrarent vatten (18,2 m Aci Cmcm) och analytisk kvalitet kemikalier. Kompositionerna för de enskilda vätskorna presenteras i tabellerna 2 och 3.

exponeringar utfördes under perioder om 2, 4, 8, 24 och 168 timmar med användning av tredubbla prover och en pulverbelastning på 5 0,05 mg i 50 mL testlösning för varje exponeringsperiod. Pulver vägdes med användning av nalge-polymetylpenten (PMP) – kärl på en Mettler AT20-balans (läsbarhet 2 kg) till vilken 50 mL testlösning tillsattes noggrant. Tomma prover (50 mL testlösning utan tillsats av pulver) exponerades parallellt under alla exponeringsperioder. Fartygen placerades i en Stuart platform rocker inkubator, skakning vid bilinear betingelser (25 cykler per minut) vid 37 6,5 0,5 C.

efter avslutade exponeringar avlägsnades återstående partiklar från lösningen genom centrifugering, 3000 rpm i 10 minuter, och supernatanten dekanterades i en HDPE-kolv. Supernatanten surgjordes med 65% supra ren salpetersyra till ett pH mindre än 2 före total metallkoncentration analys, en standard analytisk procedur för att säkerställa att all metall är i lösning. Framgångsrikt avlägsnande av alla partiklar från supernatanten bekräftades genom dynamisk ljusspridning (Malvern Zetasizer nano-ZS-instrument).

totala kromkoncentrationer bestämdes med användning av grafitugn atomabsorptionsspektroskopi, GF-AAS, med användning av ett PerkinElmer AAnalyst 800-instrument. Uppmätta koncentrationer baserades på tredubbla avläsningar av varje prov och kvalitetskontrollprover analyserades var åttonde prov. Detektionsgränsen (LOD) för krom i varje testvätska anges i tabell 3.

3. Resultat och diskussion

3.1. Bulk-och ytegenskaper hos icke-exponerade pulver

skillnader i partikelform och morfologi mellan de undersökta pulverna visas i Figur 1. Enskilda partiklar av den krossade (jfr. experimentellt) Cr-metallpulver formades huvudsakligen som tunna (1-5 kg) flingor, vanligtvis dimensionerade mellan 10 och 20 kg, figurerna 1(A) och 1(b). Partiklarna var mycket oregelbundna och avslöjade sprickor som en följd av de spröda egenskaperna hos krommetall och krossningsförfarandet. BET-området bestämdes till 0,46 m2 / g. ytan på Cr – n-pulvret var relativt lika, 0.61 m2 / g, och partiklarna visade närvaron av flera stora utmejslade stenblockliknande partiklar, typiskt dimensionerade 20-30 oC, till vilka mindre partiklar (5 OC) i stor utsträckning vidhäftade, figurerna 1 c och 1 d. Dessutom var en signifikant mängd mindre partiklar (<10 oc), alla med skarpa kanter, närvarande i pulvret. Trots stora skillnader i partikelstorlekar och morfologi mellan Cr-metallen och Cr-n-pulvret etablerades mycket liknande ytareor, en effekt som tros vara relaterad till den mycket spruckna ytan av enskilda Cr-metallflingor som ökar ytan. Cr – C-pulvret avslöjade liknande partikelmorfologi som Cr-N-pulvret med undantag för närvaron av signifikant större antal mindre partiklar (<10 kg) och närvaron av endast få, men mycket stora stenblock, figurerna 1(e) och 1(f). Som en konsekvens resulterade detta pulver i den största uppmätta ytan, 1.26 m2 / g.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)

Figur 1

sekundära elektronbilder av skillnader i form och morfologi hos enskilda partiklar av Cr-metall (a, b), Cr-N (c, d) och CR-C (e, f) pulver med hjälp av SEM.

Cr2N identifierades som den dominerande kristallina fasen av cr-n-pulvret enligt GI-XRD-undersökningen . Dessutom observerades en svag reflexion 43,6 GHz (2 kg) som eventuellt kan tilldelas CrN (200) orientering . Båda faserna är enligt litteraturen termodynamiskt stabila . De viktigaste diffraktionstopparna av krommetall observerades dessutom. Det beräknade förhållandet mellan kväve och krom (0.08), baserat på leverantörsinformation var lägre än det stökiometriska förhållandet för Cr2N (0,12) som stöder förekomsten även av krommetall i bulkpulvret. Närvaron av både Cr2N och CrN framgår av analys av den yttersta ytan med hjälp av XPS. Cr, N, O och C var de viktigaste elementen som observerades på ytan. XPS-spektra av Cr2p3 / 2 och N1s presenteras i Figur 2.

(a)

(b)

(a)
(b)

Figur 2

högupplösta XPS-spektra av N1s och Cr2p3/2 för cr-n-pulvret.

tre huvudkomponenter motsvarande olika kemiska kromarter observerades i högupplösta Cr2p3/2-spektrum. Den första toppen på 574,8 0,2 0,2 ev har tilldelats Cr2N och den andra komponenten till CrN, centrerad på 576,1 0 0.3 eV, i överensstämmelse med litteraturresultat . På grund av toppöverlappning kan denna topp också hänföras till Cr2O3, vilket också indikeras av en distinkt O1s-topp vid 530.6 ev typisk för Cr2O3 . Närvaron av CrN verifierades vid upplösning av N1S-toppen med kvävekomponenter tilldelade nitrid i Cr2N och CrN observerad vid 398,1 0,3 EV och 396,8 0,3 ev. Andelen mellan kvävetopparna tilldelade Cr2N och CrN föreslog en relativ ytandel av 1 : 1. En andra komponent centrerad på 399,5 0.3 eV löstes från N1S-toppen och tillskrivs möjligen kromnitrater som rapporterats i litteraturen . En tredje komponent centrerad på 577,5 0,5 ev 0,5 ev löstes dessutom för Cr2p3 / 2-toppen och tilldelades andra oxiderade krom(III) föreningar som Cr(OH)3 eller CrOOH med ytterligare o1s-toppar centrerade vid 532,0 0,2 0,2 och 533,4 0,2 ev. Dessa syretoppar kan också tillskrivas C-O och C=O i oxiderade kol ytföroreningar som framgår av C1S-spektra (spektra visas inte) . Liknande observationer med oxiderat krom på kromnitridytor har rapporterats i litteraturen .

identifieringen av oxiderade kromföreningar på cr-n-pulverytan överensstämde med resultaten för Cr-metallpulvret som tydligt avslöjade en metallisk kromtopp vid 574.4 eV (Cr2p3/2) och en topp vid 576.0 0.2 0.2 tilldelad Cr2O3 (O1s 530.4 eV) och en bred topp tilldelad oxiderade CR(III) arter som Cr(OH)3 och CrOOH, centrerad vid 577.1 0.3 ev .

Cr7C3 var den dominerande kristallina fasen bestämd med GI-XRD-mätningar av CR-C-pulvret som visar alla huvudreflektioner . Dess närvaro stöddes dessutom av ett beräknat kol-till-krom-bulkkompositionsmassaförhållande på 0,11, mycket lik dess teoretiska stökiometriska förhållande (0,10). Cr7C3 är enligt litteraturfynd den mest termodynamiskt stabila befintliga kromkarbiden jämfört med Cr3C2 och Cr23C6 . Närvaron av kromkarbider stöddes dessutom av XPS-fynd som visar en C1S-topp vid 283.8 eV motsvarande CR-C-bindning och en Cr2p3/2-topp vid 574,6 eV tilldelad kromkarbid (Cr7C3) . XPS identifierade också toppar som tillskrivs oxiderat krom (III) arter (i synnerhet Cr2O3) som liknar observationer gjorda för Cr-n-pulvret.

3.2. Partikelstorleksfördelning och omfattning av Kromfrisättning i biologiska lösningar av relevans för humana exponeringsscenarier

storleksfördelningen för varje pulver i PBS presenteras i Figur 3 och sammanställs i Tabell 4 både enligt partikelvolym (massa) och partikelnummer (endast Cr-C och Cr-N). I överensstämmelse med den morfologiska undersökningen med SEM, Figur 1, avslöjade Cr-metallpulveret en relativt jämn storleksfördelning i lösning med en genomsnittlig partikelstorlek (baserad på volym) på 16 kg (0,5 kg), vilket innebär att 50% av partiklarna hade en diameter på 16 kg eller mindre. En noneven partikelstorleksfördelning observerades för Cr-n-pulvret med två domäner med 0,5 värden på 0,5 och 26 okt (volym). Partiklar av olika storlek överensstämde med den morfologiska undersökningen med hjälp av SEM, Figur 1. Mindre partiklar (0.5-1 kg) närvarande och delvis visad av SEM att fästa vid de större partiklarna i cr-n-pulvret vid torra förhållanden dispergerades i lösning, Figur 3. I motsats till de andra pulverna var Cr-C-pulvret heterogent, vilket illustreras av skillnader i antal fördelning mellan olika prover. En stor antalsfördelning av både mindre (0,5-0,3 0,3) och större partiklar (0,5-1,6 0,6) observerades för CR-C-pulvret. Ingen prov heterogenitet observerades för fördelning av större partikelstorlek i volym (0,5-7,7 kg).

(a)

(b)

(a)
(b)

Figur 3

Partikelstorleksfördelningar efter volym och antal av Cr-metallen, Cr-C (heterogena prover) och Cr-n-pulvret i PBS bestämda med hjälp av laserdiffraktion.

frisättningen av krom från de olika pulverna kvantifierades för tidsperioder upp till en vecka vid standardbetingelser i konstgjorda biologiska vätskor med varierande pH och sammansättning av relevans för mänsklig kontakt. Eftersom frisättningen av upplösta metallarter, en utsträckning som inte är möjlig att förutsäga från bulkkompositionsdata , antas inducera akuta effekter på människors hälsa, kan mätning av frisatta metallarter i konstgjorda kroppsvätskor indikera om in vivo-toxicitet, åtminstone akut, sannolikt kommer att inträffa.

den frigjorda mängden krom av den totala mängden krom i de olika pulverna var för alla pulver och testvätskor mycket låg (<0,02%). Detta illustreras i Figur 4 efter 168 timmars exponering. Den allmänna trenden för alla pulver var en något ökad mängd frisatt krom med ökande vätskesyra, till exempel artificiell lysosomalvätska (ALF-pH 4,5) och magsaft (GST-pH 1,5), se Figur 4. Den frigjorda mängden krom uttryckt i % (CR/CR * 100) minskade enligt följande sekvenser för de olika pulverna: (i)CR-metall: GST (<0.017%) > ALF (<0.010%) > ASW (<0.003%) > PBS (<0,0002%) GMB (<0,0004%), (ii)Cr-N: GST (<0,015%)(<0.014%) > ASW (<0.007%) > PBS (<0,0030%) GMB (<0,002%), (iii)Cr-C: GST (<0,0050%) Alf (< 0,0040%) ASW (<0.003%) > PBS (<0,0006%) GMB (<0,0008%).

(a)

(b)

(a)
(b)

Figur 4

frisättning av krom från pulver av Cr-C, Cr-N och Cr-metall exponeras för 168 h i olika biologiska medier uttryckt som den mängd krom frigörs per mängd krom i det laddade pulvret (accug / accug), (a), och den frigjorda mängden krom normaliseras till ytan (BET). Rapporterade litteraturdata för Cr2O3 exponerade vid identiska förhållanden ingår för jämförelse. Felstänger motsvarar standardavvikelsen för tredubbla prover.

skillnader i frisättningshastigheter mellan pulverna kunde inte hänföras till skillnader i ytarea (BET) vid torra förhållanden, Figur 4(b), eller till motsvarande partikelstorleksfördelning i lösning, (jfr. Figur 3), eftersom den lägsta frisättningen erhölls från pulvret med den största ytan och minsta partikelstorleken (Cr-C—1,26 m2/g), jämfört med Cr-N (0.61 m2 / g) med ett betydande antal mindre partiklar och Cr-metall (0,46 m2/g) med främst större flingliknande partiklar, (jfr. Figur 2).

mycket låga koncentrationer av krom frisattes från krommetallpulvret (specifik ytarea på 0,46 m2/g) på grund av närvaron av passiva krom(III)-rika ytoxider. Efter 168 timmar in vitro-exponering för syntetiska biologiska vätskor med olika sammansättning och pH bestämdes följande frisatta koncentrationer av krom; <15 kg / L i artificiell lysosomal vätska (ALF) och artificiell magvätska (GST), <3 Kg/L i artificiell svett (ASW) och <1,5 Kg/L i PBS-buffert och Gambles lösning (GMB). Även om en tid och pH-effekt var uppenbar löstes endast mindre än 0,02% av den totala mängden laddat pulver efter 168 timmars exponering, se Figur 5. En högre mängd frisatt krom från ytor av kromrika ytoxider utsatta för lösningar med hög surhet överensstämmer med tidigare studier .

(a)

(b)

(c)

(a)
(b)
(c)

Figur 5

utsläpp av krom från pulver av Cr-C, Cr-N och Cr-metall exponerad upp till 168 h i syntetiska biologiska vätskor med olika pH och sammansättning (GMB-Gambles lösning, pH 7,2; PBS-fosfatbuffrad saltlösning, pH 7,4; ASW-artificiell svett, pH 6,5; ALF-artificiell lysosomalvätska, pH 4,5; GST-gastrisk vätska, pH 1,7) uttryckt som mängden krom som frisätts per mängd krom i det laddade pulvret (CR CR/CR CR i cr-N, Cr-C, Cr-metall). Felstänger motsvarar standardavvikelsen för tredubbla prover. Relativt höga standardavvikelser är relaterade till pulver heterogenitet och låga frisatta kromkoncentrationer (<5 occurg/L).

Cr – C-pulvret var det minst lösliga pulvret som undersöktes, troligen på grund av starka kovalenta bindningar i matrisen . Kromkarbider är enligt litteraturen kemiskt stabila, olösliga i vatten och även olösliga eller dåligt lösliga i HCl . Frisättningen av krom från Cr-C inträffade främst under de första 24 timmarna av exponering i de nästan neutrala lösningarna av GMB och PBS, Figur 5. Ytterligare mängder krom, men fortfarande mycket låga nivåer, släpptes mellan 24 och 168 timmar i viss utsträckning i ASW och i högre utsträckning i sura medier av ALF och GST. En något högre frisättning av krom efter långa exponeringsperioder kan vara relaterad till en partiell upplösning av krom(III) oxider som observerats på ytan av Cr-C-pulvret med hjälp av XPS, en effekt som också observerats för CR-metallpulvret. Jämförelsen med tidigare utförda identiska exponeringar av Cr2O3-pulver i ASW och ALF visar högre frisatta mängder krom från Cr-C-pulvret, dock fortfarande vid mycket låga nivåer (<0.005% eller 0.00002 occurg/cm2/h). Denna jämförelse var relevant eftersom alla pulver avslöjade närvaron av krom(III) oxider, främst Cr2O3 på ytan.

frisättningen av krom från cr-n-pulvret var efter 168 timmar ungefär 2-3 gånger högre jämfört med Cr-C-pulver i alla vätskor, men vid fortfarande mycket låga nivåer (<0,015% krom släppt jämfört med mängden krom i det laddade pulvret). XPS-analys av cr-n-partiklar exponerade i GST i 168 timmar visar att CrN/Cr2N-förhållandet i den yttersta ytan har ökat från 1,3 till 2,4 jämfört med oexponerade partiklar. Dessa resultat överensstämmer med litteraturen där Cr2N är signifikant mer lösligt jämfört med CrN i HCl vid 100 kcal C, och betydligt mer lösligt i HCl jämfört med både H2SO4 och HNO3 . Även om ingen information lämnades för rumstemperaturförhållanden, är resultaten i överensstämmelse med observationer i denna studie med högre frisatta mängder krom i GST (sammansatt av HCl, jfr. Tabell 2) jämfört med de andra vätskorna. Nästan liknande mängder krom släpptes i PBS (pH 7.2) som i GST, åtminstone under de första 24 timmarna, en observation som kan förklaras av liknande molära koncentrationer av klorid, 0,15 respektive 0,17 M i PBS respektive GST. Exponeringar i ALF och GST transporterade mycket liknande mängder frisatt krom efter 168 timmars exponering (0.014% upplösning, 0.00014 occurg/cm2/h). Denna effekt kunde inte hänföras till den molära koncentrationen av klorid eftersom den är signifikant lägre i ALF (0,06 M) jämfört med GST. Detta kan emellertid förklaras av en högre upplösning av Cr2N i denna lösning jämfört med CrN enligt resultaten av Lyutaya och Kulik kombinerat med en partiell upplösning av krom(III) oxider observerade på ytan av Cr-n-pulvret med hjälp av XPS. En annan orsak kan vara relaterad till närvaron av organiska komplexbildare, såsom citronsyra i ALF, som tidigare visat sig förbättra frisättningen av metaller inklusive krom från rostfritt stål .

frigjord mängd krom uttrycks som % (CR/CR*100).

4. Slutsatser

icke-metalliska pulver av kromkarbid (Cr-C) och kromnitrid (cr-N) jämfört med krommetall (Cr-metall) karakteriserades och exponerades för in vitro-miljöer som simulerade exponeringar i olika humana vätskor och i ytvatten. Syftet var att generera unika löslighetsdata som ska användas för bedömning av potentiella risker för människors hälsa och miljön inducerad av en potentiell exponering för dessa pulver. Följande huvudsakliga slutsatser drogs.

den frigjorda mängden krom av den totala mängden krom uttryckt som % (CR/CR * 100) i de olika pulverna var för alla pulver och testvätskor mycket låga (< 0,02%) eller signifikant lägre beroende på testvätska och pH) och minskade enligt följande sekvenser: (i)CR-metall:GST (<0.017%) > ALF (<0.010%) > ASW (<0.003%) > PBS (<0,0002%) GMB (<0,0004%), (ii)Cr-N: GST (<0,015%)(<0.014%) > ASW (<0.007%) > PBS (<0, 003%) GMB (<0, 002%), (iii)Cr-C: GST (<0.005%) ALF (<0,004%)(<0.003%) > PBS (<0,001%) GMB (<0,001%).

partikelstorleksfördelningarna för Cr-metall och Cr-N var likartade och resulterade dessutom i jämförbara ytareor (BET). CR-metallpartiklarna var flingliknande och ganska jämna i storlek medan Cr-N innehöll en stor mängd mindre partiklar både som enskilda partiklar och vidhäftade till ytorna på betydligt större stenliknande partiklar. Liknande observationer gjordes för Cr-C med undantag för en signifikant större mängd mindre partiklar (<10 kg) och endast en liten del av mycket stora stenliknande partiklar (40-50 kg) vilket resulterade i en yta ungefär dubbelt så stor som Cr-metall och CrN.

Cr2N bestämdes som den dominerande beståndsdelen i Cr – n-pulvret som stöds av GI-XRD-data och ett beräknat bulkkompositionsmassförhållande kväve till krom på 0,09, liknande dess stökiometriska förhållande (0,12). XPS-fynd föreslog den ytterligare närvaron av CrN, som också indikeras av GI-XRD-data och oxiderade Cr(III) – oxider, i synnerhet Cr2O3 på pulverytan.

den huvudsakliga kristallina fasen i CR-C-pulvret bestämdes med GI-XRD att vara Cr7C3 bekräftad av likheten mellan det beräknade kompositionella bulkmassförhållandet (0,11) och det teoretiska stökiometriska förhållandet (0,10). Cr7C3 var också den vanligaste karbiden som observerades med XPS tillsammans med toppar som tillskrivs Cr(III)-oxider, (Cr2O3).

Cr-C-pulvret var det överlägset minst lösliga pulvret som undersöktes, troligen på grund av starka kovalenta bindningar i matrisen. Partiell upplösning av de krom(III) oxider som observerats på ytan av CR-C-pulvret kan associeras med den lilla ökningen av kromfrisättning efter långa exponeringsperioder.

en högre kromfrisättning observerades från Cr-n jämfört med Cr-C och kan vara relaterad till skillnader i löslighet av CrN och Cr2N där preferenslösning av en tillsammans med partiell upplösning av Cr2O3 vid lägre pH resulterade i en jämförelse ökad kromfrisättning.

bekräftelse

Krommetallkonsortiet är erkänt för idrifttagning av studien av biotillgänglighet av krom som frigörs från kromkarbid, kromnitrid och krommetall i syntetiska biologiska medier. Dr. Grant Darrie, ICDA och Jean-Francois Chamaly, Delachaux, är mycket uppskattade för värdefulla diskussioner. Forskningen som rapporteras i denna artikel finansierades gemensamt av Delachaux S. A. (Delachaux) och London & Scandinavian Metallurgical Co. Ltd. (LSM). Delachaux och LSMretain data compensation rättigheter enligt alla regulatoriska och lagstadgade program, inklusive, men inte begränsat till REACH. Innehav av en kopia av denna artikel, helt eller delvis, utgör inte ”legitimt innehav” av studien och skapar inte några rättigheter att använda studien eller de data som presenteras häri för någon kemisk registrering (såsom, men inte begränsat till, Reach-registreringsprogrammet) eller något annat kommersiellt syfte.