Caracterização mecânica e superficial da liga de titânio Ti-6Al-4V recoberta com hidroxiapatita

Abstract

O desempenho clínico do implante fixado no osso é avaliado por muitos fatores, a forma do implante, composição química, propriedades mecânicas e de superfície do material a ser implantado. As propriedades da superfície são consideradas parâmetros importantes para a aceitação biológica do biomaterial, enquanto as propriedades mecânicas determinam a durabilidade e bem-estar do paciente. O titânio por possuir excelentes propriedades mecânicas, resistência à corrosão e interação com o osso é uma solução bem-vinda, entretanto pesquisas tem sido realizada com a intenção de melhorar e acelerar a integração entre o implante e o osso. Pode ser necessário um recobrimento com um material que desempenhe essa função, a alteração das superfícies de um determinado material pode ser usada para melhorar ainda mais a ligação óssea. Como alternativa para isso esta pesquisa utilizou dois materiais fundamentais para o processo de implante ósseo, uma liga de titânio como substrato e a hidroxiapatita para recobrimento. Neste trabalho foi realizado o recobrimento com a hidroxiapatita de barras cilíndricas em liga de titânio com 3 mm de diâmetro e 60 mm de comprimento, por meio de aspersão térmica empregando para isso a técnica experimental. Assim, foi estudado as características mecânicas do módulo elástico e superficial da liga Ti-6Al-4V (ASTM F136), a superfície da liga foi modificada da seguinte maneira: parte das amostras recebeu recobrimento com hidroxiapatita sem nenhuma alteração superficial, outro grupo de amostras recebeu jateamento com microesfera de vidro e recobrimento de hidroxiapatita. A técnica utilizada para o recobrimento experimental foi a aspersão térmica, que contou com o desenvolvimento e construção de um dispositivo eletromecânico automatizado que realizou a cobertura de todas as amostras. Após o jateamento e recobrimento com hidroxiapatita, os corpos de prova foram submetidos a caracterização superficial e propriedades mecânica. O ensaio para determinar o módulo elástico e a identificação do módulo de cisalhamento foi o método dinâmico e os valores tiveram significativa alteração para as amostras recobertas, o aumento resultou em 1 GPa. A caracterização superficial utilizou-se das técnicas de MEV/EDS, microscopia confocal e aferição da rugosidade que aumentou de 5 micras para 28 micras. A difração de raios-X revelou a fusão da HA sobre o substrato, já as imagens MEV apresentaram a superfície do substrato recoberto e a formação de poros com partes não fundidas do material. O dispositivo eletromecânico para realização dos recobrimentos mostrou-se eficiente e proporcionou a parametrização ideal para a realização de todos os ensaios com recobrimento.

The clinical performance of the implant fixed on the bone is evaluated by many factors, the shape of the implant, chemical composition, mechanical and surface properties of the material to be implanted. The surface properties are considered important parameters for the biological acceptance of the biomaterial, while the mechanical properties determine the patient's durability and well-being. Titanium for having excellent mechanical properties, resistance to corrosion and interaction with bone is a welcome solution; however, research has been carried out with the intention of improving and accelerating the integration between the implant and the bone. It may be necessary to cover it with a material that performs this function, changing the surfaces of a particular material can be used to further improve the bone connection. As an alternative to this, this research used two fundamental materials for the bone implant process, a titanium alloy as a substrate and hydroxyapatite for covering. In this work, the hydroxyapatite coating of cylindrical bars in titanium alloy with 3 mm in diameter and 60 mm in length was carried out by means of thermal spray using the experimental technique. Thus, the mechanical characteristics of the elastic and superficial modulus of the Ti-6Al-4V alloy (ASTM F136) were studied the surface of the alloy was modified as follows: part of the samples received a coating with hydroxyapatite without any surface alteration, another group of samples received blasting with glass microsphere and hydroxyapatite coating. The technique used for the experimental coating was thermal spraying, which involved the development and construction of an automated electromechanical device that covered all samples. After blasting and coating with hydroxyapatite, the specimens were subjected to surface characterization and mechanical properties. The test to determine the elastic modulus and the identification of the shear modulus was the dynamic method and the values had a significant change for the covered samples, the increase resulted in 1 GPa. The superficial characterization used the techniques of SEM / EDS, confocal microscopy and measurement of the roughness that increased from 5 microns to 28 microns. The X-ray diffraction revealed the fusion of HA on the substrate, while the SEM images showed the covered surface of the substrate and the formation of pores with unfused parts of the material. The electromechanical device for performing the coatings proved to be efficient and provided the ideal parameterization for the performance of all tests with coating.