Influência da densidade de corrente no revestimento TiO2 dopado com Cu na liga Ti-30Nb-5Mo via oxidação por micro-arco

Abstract

Este estudo visa a utilização de uma técnica de tratamento de superfície denominada oxidação por micro-arco (MAO). Dentre as diversas técnicas de tratamento de superfície, a mesma destaca-se por sua capacidade de incorporar elementos que estão presentes no eletrólito à superfície das ligas metálicas, promovendo a formação de uma camada de óxido controlada e estável. Esse processo possibilita o aprimoramento das propriedades mecânicas, estruturais e biocompatíveis do material. A adição de cobre (Cu) durante o processo de MAO confere ainda funcionalidades adicionais à superfície, como maior resistência à corrosão e propriedades antimicrobianas. Neste trabalho, a liga β-metastável Ti-30Nb-5Mo foi submetida ao tratamento de superfície por MAO, variando-se a corrente elétrica do sistema com o objetivo de formar camadas de TiO₂ dopadas com Cu. As densidade correntes aplicadas foram de 1,0; 1,5; 2,0 e 2,5 A, em amostras de área de 1cm², resultando em revestimentos com diferentes espessuras. Para a caracterização dos revestimentos obtidos, foram empregadas as técnicas de difração de raios X (DRX), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia confocal, medição de ângulo de contato e microdureza Vickers. A variação da corrente promoveu o aumento da espessura dos revestimentos, o que resultou em maior resistência ao desgaste, especialmente na amostra tratada com 2,5 A, que apresentou volume de material perdido de 2,0 μm³ em comparação à liga controle, cujo volume perdido foi de 55 mm³. A dureza dos revestimentos obtidos variou entre 300 e 350 HV. Todas os revestimentos apresentaram morfologia porosa, característica que favorece a adesão celular. Em relação à molhabilidade, observou-se comportamento altamente hidrofílico, com ângulo de contato de aproximadamente 40° para a amostra tratada com 2,5 A e energia de superfície em torno de 220 mJ/m², demonstrando resultados promissores para aplicações biomédicas.

This study aims to use a surface treatment technique called micro-arc oxidation (MAO). Among the various surface treatment techniques, this one stands out for its ability to incorporate elements present in the electrolyte into the surface of metal alloys, promoting the formation of a controlled and stable oxide layer. This process enables the improvement of the mechanical, structural, and biocompatible properties of the material. The addition of copper (Cu) during the MAO process also confers additional functionalities to the surface, such as greater corrosion resistance and antimicrobial properties. In this work, the βmetastable Ti-30Nb-5Mo alloy was subjected to MAO surface treatment, varying the electrical current of the system in order to form Cu-doped TiO₂ layers. The current densities applied were 1.0, 1.5, 2.0, and 2.5 A, on samples with an area of 1 cm², resulting in coatings with different thicknesses. To characterize the coatings obtained, the following techniques were used: X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), energy dispersive spectroscopy (EDS), scanning electron microscopy (SEM), confocal microscopy, contact angle measurement, and Vickers microhardness. The variation in current promoted an increase in the thickness of the coatings, which resulted in greater wear resistance, especially in the sample treated with 2.5 A, which presented a volume of lost material of 2.0 μm³ compared to the control alloy, whose lost volume was 55 mm³. The hardness of the coatings obtained varied between 300 and 350 HV. All coatings had a porous morphology, a characteristic that favors cell adhesion. Regarding wettability, highly hydrophilic behavior was observed, with a contact angle of approximately 40° for the sample treated with 2.5 A and surface energy around 220 mJ/m², demonstrating promising results for biomedical applications.