Caracterização de biomateriais com técnicas alternativas: elasticidade e tribocorrosão

Abstract

Os métodos de caracterização são cruciais para a avaliação da biocompatibilidade de biomateriais. Este estudo explora três técnicas de caracterização desenvolvidas no Laboratório de Caracterização Física e Reológica da UNESP, campus de Bauru: módulo de tração por meio de energia de deformação, módulo de torção por meio de espectroscopia mecânica e tribocorrosão: monitoramento de potencial de circuito aberto e coeficiente de atrito dinâmico em função do tempo. Foram medidos os módulos de elasticidade para o aço inoxidável ASTM F138, com duas amostras cilíndricas de seção transversal circular, uma de 3,0 mm de diâmetro e outra de 3,5 mm. O módulo de tração médio obtido foi de 204 ± 15 GPa para as duas amostras, enquanto o módulo torção foi de 68 ± 4 GPa, para a amostra de 3,0 mm e 65 ± 8 GPa, para a amostra de 3,5 mm. Em tribocorossão, foram caracterizadas amostras de titânio comercialmente puro, da liga Ti6Al4V, e de ligas de Ti-Mo-Zr e Ti-Mo-Nb. Foi discutida e verificada a validação do sistema com os resultados do titânio comercialmente puro e da liga Ti6Al4V; também foi feito um estudo comparativo das ligas de Ti10MoXZr, X = 30, 40, 50 e Ti5MoXNb, X = 10, 20, 30 (% peso). Tais ligas apresentaram uma resistência à tribocorrosão menor que a da liga Ti6Al4V, exceto as amostras de Ti10Mo40Zr e Ti5Mo10Nb que se aproximaram da mesma. Os resultados do módulo de tração convergiram com valores de literatura, enquanto os resultados do módulo de torção foram um pouco abaixo do valor esperado.

The characterization methods are crucial for biocompatibility evaluation of biomaterials. This study explores three characterization techniques developed on Laboratório de Caracterização Física e Reológica: tensile modulus through deformation energy, torsion modulus through mechanical spectroscopy and tribocorrosion: open circuit potential and dynamical friction coefficient monitoring by the time. Elastic modulus was measured for the ASTM F138 steel wtih two cylindrical samples of circular cross section, one of 3.0 mm diameter and another of 3.5 mm diameter. The average tensile modulus obtained was 204 ± 15 GPa for the two samples, while the torsion modulus was 68 ± 4 GPa, for the 3.0 mm sample and 65 ± 8 GPa for the 3.5 mm sample. On tribocorrosion, commercially pure titanium, the alloy Ti6Al4V, and the alloys of Ti-Mo-Zr and Ti-Mo-Nb samples were characterized. The system validation was discussed and verified with commercially pure titanium and Ti6Al4V alloy results; also a comparative study with Ti-Mo-Zr and Ti-Mo-Nb alloys was done. That alloys showed a lower tribocorrosion resistance than Ti6Al4V alloy, excluding the Ti10Mo40Zr and Ti5Mo10Nb alloys which were close. The tensile modulus results converged with the literature values, while the results of torsion modulus was a little below of expected value.