Efeito da proporção de fase α e β no crescimento de recobrimentos bioativos na liga Ti-6Al-4V obtidos por oxidação eletrolítica por plasma

Abstract

A inovação tecnológica no campo dos biomateriais tem como importante frente o desenvolvimento de ligas metálicas e de técnicas de engenharia de superfície. Entre os biomateriais, as ligas de titânio (Ti) têm sido amplamente utilizadas e estudadas. Suas propriedades atrativas promoveram o processamento de diversas ligas, como as do tipo α (Ti comercialmente puro), α + β (Ti-6Al-4V) e β (Ti-13Nb-13Zr), por meio de efeitos decorrentes da alteração da composição da liga com elementos α e β estabilizantes. As ligas α + β apresentam as duas fases à temperatura ambiente e podem ser consideradas a forma mais comum e versátil das ligas de Ti. As composições, tamanhos e distribuições de fases podem ser alterados por tratamento térmico dentro de certos limites, o que pode promover mudanças nas propriedades da liga. Além disso, outro aspecto importante é a possibilidade de modificar a superfície, uma vez que revestimentos bioativos contendo fosfato de cálcio (Ca-P) são semelhantes aos materiais biomiméticos empregados na substituição do tecido ósseo. Neste aspecto, os tratamentos de superfície de ligas metálicas, como a oxidação eletrolítica assistida por plasma (PEO), se destacam pela capacidade de conferir características superficiais que atendam aos requisitos do organismo humano. A técnica de PEO apresenta a potencialidade de produzir camadas que elevam a resistência à corrosão e ao desgaste, bem como a bioatividade e a biocompatibilidade, entre outros benefícios. Com base nesse contexto, a presente pesquisa estudou os efeitos da proporção entre as fases α e β, obtidas por tratamento térmico, sobre o crescimento de recobrimentos bioativos na liga Ti-6Al-4V obtida por PEO. A metodologia consistiu em selecionar grupos de amostras de Ti-6Al-4V e submetê-los a diferentes tratamentos térmicos, em seguida gerou-se uma camada com o PEO utilizando uma solução rica em Ca e P, assim a camada gerada pode ser estudada por meio de diferentes técnicas. Os resultados foram promissores, indicando que o tratamento térmico foi eficaz para alterar as características da superfície e modular as propriedades de resistência à corrosão e ao desgaste da liga Ti-6Al-4V tratada com PEO, o que pode ser atrativo para o uso a longo prazo de implantes. Este trabalho inova dedicando atenção ao efeito das fases do substrato na camada.

Technological innovation in biomaterials focuses on developing metallic alloys and surface engineering techniques. Among biomaterials, titanium (Ti) alloys have been widely used and studied. Their attractive properties have enabled the processing of various alloys, such as α-type (commercially pure Ti), α + β (Ti-6Al-4V), and β (Ti-13Nb-13Zr), by altering the alloy composition to stabilize α and β phases. α + β alloys exhibit both phases at room temperature and can be considered the most common and versatile form of Ti alloys. The compositions, sizes, and phase distributions can be altered by heat treatment within certain limits, thereby changing the alloy's properties. Furthermore, another important aspect is the potential to modify the surface, as bioactive calcium phosphate (Ca-P) coatings are similar to biomimetic materials used in bone tissue replacement. In this respect, surface treatments of metallic alloys, such as plasma-assisted electrolytic oxidation (PEO), stand out for their ability to impart surface characteristics that meet human-body requirements. The PEO technique has the potential to produce layers that enhance corrosion and wear resistance, as well as bioactivity and biocompatibility. In this context, the present research examined the effects of the α-to-β phase ratio, achieved through heat treatment, on the growth of bioactive coatings on PEO-treated Ti-6Al-4V. The methodology consisted of selecting groups of Ti-6Al-4V samples and subjecting them to different heat treatments. Subsequently, a layer with PEO was generated using a solution rich in Ca and P, allowing the generated layer to be studied using different techniques. The results were promising, indicating that the heat treatment effectively altered the surface characteristics and modulated the corrosion and wear resistance of the PEO-treated Ti-6Al-4V alloy, which may be attractive for long-term implant use. This work is innovative in that it focuses on the effect of the substrate phases on the layer.