Produção e caracterização de filmes óxidos de tântalo em substrato de aço carbono obtido por oxidação eletrolítica por plasma

Abstract

Os materiais ferrosos, como os aços inoxidáveis, são comumente empregados na área médica como instrumentos cirúrgicos, devido ao seu menor custo, boas propriedades mecânicas e de corrosão. Embora os aços carbono tenham menor custo em relação aos demais materiais metálicos, sua baixa resistência a corrosão frequentemente impede sua utilização. Desta forma, processos de tratamento de superfície despertam interesse científico e tecnológico. Neste contexto, uma técnica de grande potencial é a Oxidação Eletrolítica por Plasma (PEO – Plasma Electrolytic Oxidation), onde camadas de óxidos altamente aderentes são crescidas sobre metais. Os revestimentos assim produzidos tendem a melhorar a resistência ao desgaste e corrosão superficial de metais e ligas, conferindo propriedades mais adequadas a diversas aplicações. Dentre os principais óxidos metálicos, um particularmente interessante é o óxido de tântalo (Ta2O5), por ser bioativo e apresentar elevada resistência à corrosão e biocompatibilidade. Em função do exposto acima, este trabalho buscou obter e caracterizar revestimentos de óxidos de tântalo em substrato de aço carbono através de PEO e verificar sua aplicabilidade no desenvolvimento de materiais médicos. Para definir as melhores condições dos revestimentos foram alterados os parâmetros do PEO, tais como tensão, tempo, ciclo de trabalho, frequência e concentração de hidróxido de tântalo Ta(OH)5. Então, as amostras selecionadas foram caracterizadas por ensaios eletroquímicos e de desgaste. As melhores condições do tratamento de PEO foram tensão de 200 V, tempo de tratamento de 5 min, ciclo de trabalho de 60%, frequência de 1000 Hz e concentração de Ta(OH)5 de 40 g/L e 2g/L de KOH. As amostras revestidas apresentaram melhor desempenho à corrosão eletroquímica em meio 0,9% NaCl e ao desgaste, tendo boas perspectivas de aplicações na área médica.

Ferrous materials, such as stainless steel, are commonly used in the medical field as surgical instruments, due to their low cost, good mechanical and corrosion properties. Although carbon steels are lesser expensive than other metallic materials, their low corrosion resistance often restrict their use. Thus, surface treatment processes that make it possible to improve the performance of metallic materials arouse scientific and technological interest. In this context, Plasma Electrolytic Oxidation (PEO – Plasma Electrolytic Oxidation), is a technique with great potential behind layers of highly adherent oxides grown on metals. The coatings produced in this way tend to improve wear and corrosion resistance of metals and alloys, providing properties that are more suitable for various applications. Among the main metallic oxides, a particularly interesting one is tantalum oxide (Ta2O5), because it is bioactive and presents high corrosion resistance and biocompatibility. In this scenery, this work aimed to obtain and characterize tantalum oxide coatings on carbon steel substrate using PEO and verify its applicability in the development of medical materials. To define the best coating conditions, PEO parameters such as voltage, time, duty cycle, frequency and tantalum hydroxide Ta(OH)5 concentration were changed. Then, the selected samples were characterized by electrochemical and wear tests. The best conditions for PEO treatment were voltage of 200 V, treatment time of 5 min, duty cycle of 60%, frequency of 1000 Hz and electrolyte concentration of 40 g/L Ta(OH)5 and 2 g/L KOH. The PEO-treated showed better performance against electrochemical corrosion in a 0.9% NaCl medium and against wear, with good prospects for applications in the medical field.