Obtenção da liga Ti-35Nb por metalurgia do pó para utilização em próteses ortopédicas

Abstract

A liga Ti-35Nb e uma liga da classe beta que apresenta baixo modulo de elasticidade e uma composicao quimica adequada para a utilizacao em implantes. Essa liga e composta apenas por elementos considerados biocompativeis e apresenta modulo de elasticidade mais proximo aos dos tecidos osseos do que as ligas convencionalmente utilizadas. O niobio e um importante estabilizador da fase À e quando presente em um teor entre 35 a 50% produz uma composicao de baixo modulo quando ligado ao titanio. A liga Ti-35Nb foi obtida por metalurgia do po utilizando a mistura dos pos elementares na forma de hidretos de titanio e niobio, obtidos por hidrogenacao e moidos por 12 e 36 horas. A mistura elementar da liga Ti-35Nb foi compactada por prensagem uniaxial e isostatica a frio, com subsequente densificacao por sinterizacao entre 700 e 1500 C. A evolucao microestrutural na sinterizacao mostrou que a estabilizacao da fase ocorre pela difusao do niobio na estrutura do titanio e a 1500o C a liga e composta de uma estrutura com predominancia de fase À e pouca fase ¿, com 97,5% da densidade teorica. As propriedades mecanicas avaliadas por ensaios de flexao apresentaram modulo elastico de 78,5 GPa e e tensao de ruptura maxima de 818,8 MPa. Para o ensaio de tracao os resultados foram de 80,7 GPa, para o modulo elastico e 600,0 MPa para a tensao de ruptura maxima. A dureza avaliada por identacao Vickers alcancou 394,8 Hv.

Ti-35Nb is classified as a â titanium alloy and is believed to identify an optimal low modulus and chemical composition for implant applications, with high strength and biocompatibility. Implants of this alloy have a modulus of elasticity closer to that of bone than other typically-used metal alloys and do not include any elements which have been shown or suggest as having short term potential adverse effect. Niobium is an important â-phase stabilizer and when present in preferred quantities of from about 35-50% produces a low modulus composition when alloyed with titanium. The Ti- 35Nb alloy was produced by powder metallurgy through a mixture of hydride elementary powders (Titanium and Niobium) milled for 12 and 36 hours. Samples were produced from that mixture followed by uniaxial and cold isostatic pressing with subsequent densification by isochronal sintering between 700 up to 1500° C, in vacuum. The microstructural evolution on sintering showed that niobium particles play an important role on phase stabilization by its difusion through Titanium structure, The alloy, produced at 1500° C, presents 97,5 % of the theoretical density and shows a little amount of á-phase with a predominance of â-phase. The mechanical properties were evaluated by flexural and tensile tests. Through flexural test was obtained a elastic modulus of 78,5 GPa and a rupture stress of 818,8 MPa.. The results from tensile test were 80,7 GPa for elastic modulus and 600,0 MPa for rupture stress. The Vickers indentation micro hardness reach 394,8 Hv.