Caracterização estrutural e microestrutural da liga Ti-10Mo-40Zr visando aplicações biomédicas

Abstract

Faced with the constant increase in the improvement of the population's life, several researches have been carried out to improve biomaterials, which today are responsible for improving the constant quality of life. Titanium alloys are widely used as implants due to properties such as high corrosion resistance, biocompatibility and mechanical strength. The addition of some elements such as molybdenum and zirconium can improve such properties. The present study aims to analyze the Ti-10Mo-40Zr alloy (% by weight) in four different processing conditions, namely melting, homogenization heat treatment, hot rolling and solubilization heat treatment. The chemical characterization of the materials was carried out using the EDS technique and density measurements. The structural analysis was carried out by X-ray diffraction. The microstructural analysis was carried out by optical and scanning electron microscopy techniques. An analysis of the mechanical properties of the alloy was obtained through measurements of Vickers microhardness, modulus of elasticity through the impulse excitation method and tribocorrosion test. Biological analysis was performed using the MTT method. The results of chemical composition by EDS showed that the proposed stoichiometry was respected. The structural and microstructural results indicate that the Ti-10Mo-40Zr alloy has only β phase. The hardness and modulus of elasticity of the alloy are changed through thermomechanical treatments, the hardness and modulus of elasticity decrease as the order of the processing follows. Cell viability tests did not show negative results regarding cytotoxicity, together with cell proliferation tests. The Ti-10Mo-40Zr alloy showed significant potential to be applied as a biomaterial.

Diante do constante aumento da expectativa de vida da população tem se feito diversas pesquisas para aprimoramento de biomateriais. Assim, foram evoluindo as próteses biomédicas que hoje são responsáveis pela melhora na constante qualidade de vida. As ligas de titânio são muito utilizadas como implantes devido às propriedades como alta resistência à corrosão, biocompatibilidade e resistência mecânica. A adição de alguns elementos como molibdênio e zircônio podem melhorar tais propriedades. O presente trabalho tem por objetivo o processamento e caracterização da liga Ti-10Mo-40Zr (% em peso) em quatro etapas diferentes, sendo elas, bruta de fusão, tratamento térmico de homogeneização, laminação e tratamento térmico de recozimento. A caracterização química dos materiais foi realizada pela técnica de espectroscopia por EDS e medidas de densidade. A análise estrutural foi efetuada por difração de raios X. A análise microestrutural foi realizada pela da técnica de microscopia ótica e eletrônica de varredura. Uma análise das propriedades mecânicas da liga foi obtida por intermédio de medidas de microdureza Vickers, módulo de elasticidade por intermédio do método de excitação por impulso e ensaio de tribocorrosão. A análise biológica foi efetuada através do método do MTT. Os resultados de composição química por EDS mostraram que estequiometria proposta foi respeitada. Os resultados estruturais e microestruturais indicam que a liga Ti10Mo-40Zr possui apenas fase β. Os valores de dureza e módulo de elasticidade da liga são alterados através de tratamentos termomecânicos, a dureza e o módulo de elasticidade diminuem conforme se segue a ordem do processamento. Os testes de viabilidade celular não mostraram resultados negativos quanto à citotoxicidade, juntamente com os testes de proliferação celular. A liga Ti-10Mo-40Zr mostrou significativo potencial para ser aplicada como biomaterial.