Caracterização microestrutural e mecânica da liga experimental Ti10Mo8Nb5Zr

Abstract

The life expectancy of human beings has been increasing over the years, so new resources are requested to reduce possible problems caused by longevity. The use of titanium alloys in biomedical applications has been increased because of its excellent properties such as biocompatibility and corrosion resistance. However, the elastic modulus of these alloys is still superior to that of human bone, which can cause some problems to the host, such as the “stress shielding” effect. The most commonly used titanium alloy for biomedical applications is the Ti 6Al 4V alloy, but studies have shown that vanadium causes allergic reactions in human tissues and aluminium has been associated with neurological disorders. To solve this problem, new titanium alloys with different β stabilizers alloys elements have been being developed. The β type titanium alloys have been one of the most attractive implant materials because of their excellent properties. This study aims to characterize a new experimental β type alloy (Ti10Mo8Nb5Zr) for biomedical applications. The Ti10Mo8Nb5Zr alloy was casted in an electric arc furnace, went through a cold forging and heat treatments, and then characterization. The techniques for analysis were optical microscopy, XRD, DSC, tensile test and impulse excitation technique. From the analysis, it is known that the Ti10Mo8Nb5Zr alloy presents the β phase as predominant. The elastic modulus and β transus temperature of this new alloy are lower than titanium CP and others alloys commonly used as biomaterials. There was also an improvement in its ductility. With these results, it can be said that the Ti10Mo8Nb5Zr alloy has promising results and is an option to be used for biomedical purposes.

A expectativa de vida do ser humano vem aumentando ao longo dos anos, com isso novos recursos são solicitados para amenizar possíveis problemas causados pela longevidade. Devido às suas excelentes propriedades, como biocompatibilidade e resistência à corrosão, o emprego de ligas de titânio em aplicações biomédicas vem progredindo. No entanto, o módulo de elasticidade dessas ligas ainda é superior ao do osso humano, o que pode acarretar alguns problemas ao hospedeiro, como o chamado efeito de “stress shielding”. A liga de titânio mais utilizada para aplicações biomédicas é o Ti 6Al 4V, porém, estudos anteriores mostraram que o vanádio causa reações alérgicas em tecidos humanos e o alumínio tem sido associado a distúrbios neurológicos. Para resolver esse problema, novas ligas de titânio sem a presença desses elementos e com a adição de diferentes elementos, geralmente β estabilizadores, estão sendo desenvolvidas. As ligas do tipo β têm sido um dos materiais de implante mais atraentes devido às suas excelentes propriedades para essa aplicação. Este estudo tem como objetivo a caracterização de uma nova liga experimental do tipo β (Ti10Mo8Nb5Zr) para aplicações biomédicas. A liga foi fundida em forno a arco voltaico, submetida ao forjamento a frio e tratamentos térmicos, e, posteriormente, caracterização. As análises realizadas foram microscopia óptica, DRX, DSC, ensaio de tração e técnica de excitação por impulso. A partir das análises realizadas, constatou se que a liga Ti10Mo8Nb5Zr apresenta fase β como predominante, bem como módulo de elasticidade e temperatura β transus inferiores ao titânio comercialmente puro, além de outras ligas comumente utilizadas como biomateriais. Também ficou evidente grande melhora na ductilidade da liga. A partir dos resultados encontrados pode se afirmar que esta liga apresenta resultados promissores e é uma opção a ser utilizada para fins biomédicos.