Avaliação da resistência ao desgaste e à corrosão da liga biodegradável Fe-35Mn

Abstract

O mercado de biomateriais vem crescendo conforme o passar dos anos, simultaneamente com o aumento da população de idade avançada, causando uma maior demanda de implantes e em conjunto, uma demanda para o desenvolvimento de materiais e processos mais apropriados para essa aplicação. Os biomateriais vêm se tornando objetos de estudos atrativos para facilitar tratamentos de curto e médio prazo que podem substituir os materiais bioinertes utilizados, devido a atual necessidade de uma segunda cirurgia de remoção. Dentre os materiais promissores, o ferro e suas ligas têm demonstrado um bom desempenho principalmente devido às suas propriedades mecânicas elevadas, similares ao Aço 316L já utilizado comercialmente. A liga Fe-35Mn obtém um conjunto de características de propriedades mecânicas, magnéticas que a tornam a melhor proporção de elemento de liga, porém sua taxa de degradação ainda é consideravelmente baixa, necessitando de uma maior investigação sobre o processamento para avaliar como o mesmo pode acelerar a degradação do material. Devido a natureza de um implante e os atritos causados por micromovimento, também é necessário a avaliação da presença de um possível desgaste e como isso pode afetar as propriedades da liga, visto que tal caracterização se encontra escassa na literatura atual. Logo o objetivo da pesquisa é avaliar a taxa de corrosão e o impacto do desgaste por atrito da liga Fe-35Mn através da comparação com o ferro puro, a liga foi produzida em forno de arco, homogeneizada, forjada a quente e solubilizada, para dar seguimento a caracterização que consistiu de técnicas de microdureza, DRX, microscopia óptica, análise eletroquímica e desgaste por atrito. Os resultados obtidos demonstraram um aprimoramento geral da liga Fe-35Mn tanto em propriedades mecânicas quanto corrosivas em relação ao ferro puro.

The biomaterials market has been growing over the years, driven by the increasing aging population, which has led to a higher demand for implants and, consequently, the development of more suitable materials and processes for these applications. Biomaterials have become an attractive area of study to facilitate short- and medium-term treatments, potentially replacing current materials due to the need for a second removal surgery. Among promising materials, iron and its alloys have demonstrated excellent performance, particularly due to their high mechanical properties, comparable to commercially used 316L stainless steel. The Fe-35Mn alloy combines a unique set of mechanical and magnetic properties, making it the optimal alloying element proportion. However, its degradation rate remains significantly low, requiring further investigation into processing methods to enhance material degradation. Given the nature of implants and the friction caused by micromovements, it is also essential to evaluate the potential wear and how it might affect the alloy’s properties, as such characterization is scarce in the current literature. Therefore, the objective of this research is to assess the corrosion rate and the impact of fretting wear on the Fe-35Mn alloy by comparing it to pure iron. The alloy was produced using an arc furnace, homogenized, hot forged, and solution-treated, followed by characterization techniques such as microhardness testing, XRD, optical microscopy, electrochemical analysis, and fretting wear testing. The results demonstrated a general improvement in both mechanical and corrosive properties of the Fe-35Mn alloy compared to pure iron.