Desenvolvimento e caracterização de novas ligas contendo titânio, molibdênio e manganês, para aplicações biomédicas

Abstract

Com o aumento da população mundial, o crescimento dos acidentes de trânsito e o aumento da expectativa de vida crescem cada vez mais a necessidade do uso de implantes, dentários e ortopédicos. Pesquisadores vêm trabalhando para o aperfeiçoamento dos biomateriais utilizados, melhorando a funcionalidade e aumentando a vida útil no corpo humano. O módulo de Young das ligas já utilizadas é ainda cerca de 2 a 4 vezes maior que o do osso humano. A liga de titânio mais utilizada para aplicações biomédicas é a Ti-6Al-4V, porém, estudos anteriores mostraram que o vanádio causa reações alérgicas nos tecidos humanos e o alumínio tem sido associado com desordens neurológicas. Assim, novas ligas de titânio sem a presença desses elementos estão sendo desenvolvidas, geralmente com elementos β-estabilizadores, que diminuem o módulo de elasticidade. O manganês é um forte candidato como elemento de liga para o desenvolvimento de novas ligas de titânio do tipo β, em razão de sua abundância e baixa citotoxicidade. O objetivo deste trabalho foi preparar e caracterizar novas ligas do sistema Ti-Mo-Mn, visando aplicações biomédicas. As ligas foram projetadas utilizando as teorias do Orbital Molecular e do molibdênio equivalente, foram obtidas por fusão a arco e caracterizadas química, estrutural, microestrutural, mecânica, e citotoxicamente, com o propósito de melhor compreender a relação entre a microestrutura e propriedades da liga. As ligas estudadas Ti-10Mo-5Mn e Ti-15Mo-5Mo apresentaram valores próximos dos valores nominais, boa estequiometria e homogeneidade. A estrutura e microestrutura apresentaram apenas a fase β em todas as condições de processamento. As propriedades mecânicas apresentaram bons valores, a dureza se manteve alta e o módulo de elasticidade com valores abaixo das ligas comerciais. Tais ligas não se mostraram citotóxicas para células fibroblásticas em curto período de tempo. A associação destes bons resultados as credencia para uma possível aplicação biomédica.

LOURENÇO, M.L. Development and c haracterization of n ew a lloys containing Titanium, Molybdenum and Manganese for b iomedical a pplications. 2018. 6 2 p. Dissertation (Master in M a terials Science and Tec h n o logy) UN ESP, Bauru (SP) , 2018 . ABSTRACT With the increase of the world population, the growth of traffic accidents and the increase in life expectancy, the need for the use of implants, dental and orthopaedics, is growing more and more. Researchers have been wor king towards the improvement of the used biomaterials, improving the functionality and increasing the useful life in the human body. Young's modulus of the alloys already used is still about 2 to 4 times larger than the human bone. The most commonly used t itanium alloy for biomedical applications is Ti - 6Al - 4V, but previous studies have shown that vanadium causes allergic reactions in human tissues and aluminum has been associated with neurological disorders. Thus, new titanium alloys without the presence of these elements are being developed, usually with β - stabilizers, which diminish the elastic modulus. Manganese is a strong candidate as an alloy element for the development of new β - type titanium alloys, due to its abundance and low cytotoxicity. The aim of this work was to prepare and characterize new al loys of the Ti - Mo - Mn system, aiming at biomedical applications. The alloys were designed using the the molecular orbital and the equivalent molybdenum theories, were obtained by arc - melting and characterized chemical, structural, microstructural, mechanica l, and cytotoxically, with the purpose of better understanding the relationship among the microstructure and properties of the alloy. The studied alloys, TI - 10Mo - 5Mn and Ti - 15Mo - 5Mo, presented values close to nominal values, good stoichiometry and homogene ity. The structure and microstructure presented only the β phase in all processing conditions. The mechanical properties showed good values, the hardness remained high and the modulus of elasticity with values below the commercial alloys. Such alloys did n ot show cytotoxicity for fibroblastic cells in a short time period. The association of these good results the make these alloys adequate for a possible biomedical application