Publicação: Processamento de novas ligas quaternárias Ti10Mo8NbXZr (X = 4, 5 e 6) para aplicações biomédicas: avaliação do comportamento mecânico, (micro)estrutural e eletroquímico
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Data
Autores
Orientador
Claro, Ana Paula Rosifini Alves
Coorientador
Pós-graduação
Engenharia Mecânica - FEG
Curso de graduação
Título da Revista
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Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
Biomateriais metálicos são aplicados no tratamento de deficiências musculoesqueléticas, que tendem a crescer com o aumento da idade média e da expectativa de vida da população. Entre esses materiais destacam-se as ligas de titânio, devido às suas propriedades. O uso de molibdênio, nióbio e zircônio como elementos de liga biocompatíveis promovem a estabilização da fase β, tornando-as mais adequadas às aplicações biomédicas quando comparadas à liga Ti6Al4V e Ti CP. Assim, este trabalho teve como objetivo processar, caracterizar e tratar mecanicamente, por ECAP, novas ligas de titânio: Ti10Mo8NbXZr (X = 4, 5 e 6), atingindo, assim, propriedades mecânicas, superiores às alcançadas por meio de tratamentos térmicos. As ligas foram produzidas em forno a arco de voltaico. Tratamentos térmicos de homogeneização (1000 °C por 24 h) e solubilização (950 °C por 2 h) foram realizados para obtenção da fase β. Os lingotes foram forjados a frio até a obtenção de barras com 10 mm de diâmetro. A técnica ECAP foi aplicada às ligas, utilizando a rota BC, sendo realizados 4 passes, e com matriz e lingote aquecidos a 250 °C. A caracterização foi realizada por espectroscopia de fluorescência de raios X, difratometria de raios X, calorimetria exploratória diferencial, microscopia eletrônica de transmissão, microscopia óptica, medidas de microdureza e técnica de excitação por impulso, ensaios de tração e corrosão. A composição e a rota de processamento resultaram em ligas do tipo β. O zircônio atuou na estabilização da estrutura CCC e causou a expansão da rede cristalina, diminuição da temperatura β-transus e aumento do tamanho de grão. Com o aumento do teor de zircônio, o limite de resistência à tração e o módulo de elasticidade diminuíram, enquanto a ductilidade aumentou. Houve um aumento da resistência à corrosão para todas as composições avaliadas, Ti10Mo8NbXZr (X = 4, 5 e 6), em comparação ao Ti CP. O ECAP promoveu uma redução significativa no tamanho de grão (227 μm para 500 nm) o que levou por sua vez a um aumento da resistência mecânica. O uso dessa técnica provocou alteração do arranjo cristalino da liga, ocorrendo uma influência pequena sobre o módulo de elasticidade, no entanto houve um aumento da resistência à corrosão. Desta forma, esse estudo nos leva a concluir que as ligas Ti10Mo8NbXZr (X = 4, 5 e 6), em particular, a liga Ti10Mo8Nb6Zr, têm potencial para aplicação no campo biomédico.
Resumo (português)
Metallic biomaterials are applied in the treatment of musculoskeletal disabilities, which tend to grow with the increase in the average age and life expectancy of the population. Among these materials, titanium alloys stand out due to their properties. The use of molybdenum, niobium and zirconium as biocompatible alloying elements promote β-phase stabilization, making them more suitable for biomedical applications when compared to Ti6Al4V alloy and commercially pure titanium. Thus, this work aimed to process, characterize, and mechanically treat, by ECAP, new titanium alloys: Ti10Mo8NbXZr (X = 4, 5 and 6), thus achieving mechanical properties, superior to those achieved by heat treatments. The alloys were produced in an arc furnace. Thermal treatments of homogenization (1000 °C for 24 h) and quenching (950 °C for 2 h) were performed to obtain the β-phase. The ingots were cold forged into 10 mm diameter bars. The ECAP technique was applied to the alloys, using the BC route, with 4 passes and matrix and ingot heated to 250 °C. Characterization was carried out by X-ray fluorescence spectroscopy, X-ray diffractometry, differential exploratory calorimetry, transmission electron microscopy, optical microscopy, microhardness measurements and impulse excitation technique, tensile and corrosion tests. The composition and processing route resulted in β-type alloys. Zirconium acted in stabilizing the CCC structure and caused crystal lattice expansion, decrease in β-transus temperature, and increase in grain size. With increasing zirconium content, the tensile strength limit and Young’s modulus decreased, while ductility increased. There was an increase in corrosion resistance for all compositions evaluated, Ti10Mo8NbXZr (X = 4, 5 and 6), compared to Ti CP. ECAP promoted a significant reduction in grain size (227 μm to 500 nm) which in turn led to an increase of mechanical resistance. The use of this technique caused alteration of the crystalline arrangement of the alloy, occurring a small influence on the Young’s modulus, however to an increase in corrosion resistance. Thus, this study leads us to conclude that Ti10Mo8NbXZr (X = 4, 5 and 6) alloys, especially Ti10Mo8Nb6Zr alloy, have potential for application in the biomedical field.
Descrição
Palavras-chave
Titânio, Liga de titânio, ECAP, Biomaterial, Ti-Mo-Nb-Zr, Titanium alloy, Titanium, Materiais biomédicos, Análise eletroquímica
Idioma
Português
