Produção de filmes óxidos biocompatíveis à base de Zr sobre a Liga Ti-6Al-4V por oxidação eletrolítica por plasma

Abstract

O Ti e suas ligas têm sido amplamente empregados na fabricação de implantes biomédicos para ortopedia e odontologia, especialmente a liga Ti-6Al-4V, liga de Ti mais utilizada no mundo. No entanto, a liberação de íons de Al e V a longo prazo tem sido relacionada a efeitos nocivos ao corpo humano. Nesse cenário, estratégias de modificação de superfície, como oxidação eletrolítica por plasma (PEO - Plasma Electrolytic Oxidation), têm sido frequentemente empregadas em ligas de Ti para atender às necessidades clínicas. Este estudo avaliou o efeito dos parâmetros elétricos de corrente alternada (AC - Alternating Current) na superfície da liga comercial Ti-6Al-4V imersa em solução eletrolítica rica em ZrO2, em relação aos aspectos químicos, físicos, estruturais e topográficos. As amostras tratadas com PEO foram avaliadas, verificou-se as combinações de parâmetros do PEO que obtiveram as melhores respostas ao recobrimento, e foram selecionadas para o teste eletroquímico em solução salina. Os resultados indicaram que os parâmetros elétricos AC afetam a duração e a intensidade das reações oxidativas e microdescargas de plasma, resultando em uma camada de óxido porosa e espessa. O tratamento com PEO promoveu a biocamuflagem da superfície, enriquecendo-a com compostos de TiO2, ZrO2 e ZrTiO4 e esgotando-a de Al e V. Após a triagem das amostras tratadas com PEO e análise da sua resistência a corrosão, os resultados sugerem que os revestimentos cerâmicos porosos de ZrO2–TiO2 na liga Ti-6Al-4V podem ser uma alternativa viável para a fabricação de implantes biomédicos.

Ti and its alloys have been widely used in the manufacture of biomedical implants for orthopedics and dentistry, especially the Ti-6Al-4V alloy, the most widely used Ti alloy in the world. However, the long-term release of Al and V ions has been associated with harmful effects to the human body. In this scenario, surface modification strategies, such as plasma electrolytic oxidation (PEO), have been frequently employed in Ti alloys to meet clinical needs. This study evaluated the effect of electrical parameters on the surface of the commercial Ti-6Al-4V alloy immersed in a ZrO2-rich electrolytic solution, in relation to chemical, physical, structural and topographical aspects. The samples treated with PEO were evaluated, the combinations of PEO parameters that obtained the best responses to the coating were verified, and they were selected for the electrochemical test in saline solution. The results indicated that electrical parameters affect the duration and intensity of oxidative reactions and plasma microdischarges, resulting in a thick porous oxide layer. PEO treatment promoted surface biocamouflage, enriching it with TiO2, ZrO2, and ZrTiO4 compounds and depleting it of Al and V. After screening the PEO-treated samples and their corrosion resistance, the results indicated that ZrO2–TiO2 porous ceramic coatings on Ti-6Al-4V alloy could be a viable alternative for the fabrication of biomedical implants.