Influência do zircônio na modificação e caracterização da liga Ti10Mo8Nb6Zr: Avaliação das propriedades visando aplicações biomédicas

Abstract

O titânio e suas ligas são muito aplicados na produção de implantes, especialmente para o tecido ósseo, devido às suas excelentes propriedades de volume, biocompatibilidade e resistência à corrosão. Com a adição de elementos de liga β-estabilizadores, como Mo, Nb e Zr, consegue-se melhorar as propriedades mecânicas do material (reduzindo o módulo de elasticidade), a resistência à corrosão e a biocompatibilidade. Para essas ligas, modificações da sua superfície, como a oxidação anódica, podem melhorar a interação entre o tecido e o implante. Com essa técnica, pode-se obter a formação de diversas estruturas, desde camadas porosas até nanotubos altamente ordenados. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a influência do zircônio nas características da superfície da liga Ti10Mo8Nb6Zr, em comparação com os resultados obtidos para a liga ternária Ti10Mo8Nb em estudos anteriores realizados pelo grupo de pesquisa. As amostras utilizadas foram lixadas e limpas em banho ultrassônico. Em seguida, foram anodizadas e calcinadas a diferentes temperaturas. A superfície da liga foi analisada por meio de ângulo de contato, difração de raios X (DRX), ensaio de corrosão, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia Raman. Com a adesão do zircônio a liga apresentou uma estrutura nanotubular para as condições calcinadas a 400 °C e 450 °C, com espessura de 221 nm e estruturas nanoporosas para as demais condições analisadas. A liga apresentou boa hidrofilicidade e, após o tratamento térmico de calcinação, houve o surgimento da fase anatase para temperaturas acima de 400 °C. Os resultados mostraram-se promissores para aplicações biomédicas, superiores aos da liga ternária em algumas análises.

Titanium and its alloys are widely used in the production of implants, especially for bone tissue, due to their excellent bulk properties, biocompatibility, and corrosion resistance. By adding β-stabilizing alloying elements such as Mo, Nb, and Zr, it is possible to improve the mechanical properties of the material (by reducing the elastic modulus) and its corrosion resistance and biocompatibility. For these alloys, surface modifications such as anodic oxidation can enhance the interaction between the tissue and the implant. This technique allows the formation of various structures, ranging from porous layers to highly ordered nanotubes. The present work aimed to evaluate the influence of zirconium on the surface characteristics of the Ti10Mo8Nb6Zr alloy, in comparison to results previously obtained for the ternary Ti10Mo8Nb alloy in earlier studies conducted by the research group. The samples were sanded and cleaned in an ultrasonic bath, then anodized and annealed at different temperatures. The alloy surface was analyzed using contact angle measurements, X-ray diffraction (XRD), corrosion testing, scanning electron microscopy (SEM), and Raman spectroscopy. With the addition of zirconium, the alloy exhibited a nanotubular structure under calcination conditions at 400 °C and 450 °C, with a thickness of 221 nm, and nanoporous structures for the other conditions analyzed. The alloy showed good hydrophilicity, and after thermal calcination, the anatase phase emerged above 400 °C. The results proved to be promising for biomedical applications, outperforming the ternary alloy in some analyses.