Estudo em ligas de titânio biocompatíveis: uma análise do comportamento eletroquímico e de tribocorrosão em solução salina tamponada com fosfato

Abstract

O desenvolvimento de novas ligas de titânio e o estudo da sua viabilidade para implantes dentários e próteses ortopédicas tem sido de fundamental importância para evitar efeitos colaterais e adicionais cirurgias dispendiosas. O principal objetivo desta pesquisa foi investigar o melhor desempenho na resistência à corrosão e tribocorrosão de quatro novas ligas desenvolvidas Ti-10Mb-8Nb-6Zr (liga quaternária) com e sem ECAP, Ti-15Zr-5Mo (liga ternária) e Ti-15Zr (liga binária) (%p) e revestimentos de TiO2 e CaP que são potenciais candidatas para substituir e otimizar os implantes comerciais que apresentam rejeição e toxicidade ao paciente. A pesquisa incluiu a caracterização das propriedades mecânicas, estruturais e microestruturais das quatro ligas desenvolvidas, bem como testes de corrosão e tribocorrosão para avaliar o desempenho comparando com os implantes usados comercialmente como o Ti-CP G4 e o Ti-6Al-4V. Além disso, foram desenvolvidos revestimentos de TiO2 e CaP utilizando uma nova rota eletroquímica para aprimorar as propriedades das ligas. Os resultados mostram que liga Ti-10Mo-8Nb-6Zr com ECAP apresentou maior dureza e hidrofobicidade, porém, é mais suscetível à formação de pitting, alta taxa de corrosão, coeficiente de atrito elevado e maior liberação de titânio no meio biológico. As ligas binárias e ternárias mostraram-se promissoras como biomateriais devido ao seu bom comportamento eletroquímico e tribocorrosivo por apresentarem propriedades similares a de implantes de titânio usados comercialmente. Entretanto, a nova liga Ti-15Zr-5Mo obteve o melhor desempenho. A combinação de TiO2 e CaP foi o revestimento mais eficiente dos três estudados por apresentar uma excelente proteção contra corrosão e o atrito. Nesse contexto, a pesquisa atingiu seus objetivos de desenvolvimento e caracterização das ligas e dos revestimentos.

The development of new titanium alloys and the study of their viability for dental implants and orthopedic prostheses has been of fundamental importance in avoiding side effects and costly additional surgeries. The main objective of this research was to investigate the best performance in corrosion and tribocorrosion resistance of four newly developed alloys Ti-10Mb-8Nb-6Zr (quaternary alloy) with and without ECAP, Ti-15Zr-5Mo (ternary alloy) and Ti-15Zr (binary alloy) (%p), as well as TiO2 and CaP coatings that are potential candidates to replace and optimize commercial implants that present rejection and toxicity to patients. The research included characterization of the mechanical, structural, and microstructural properties of the four developed alloys, as well as corrosion and tribocorrosion tests to evaluate their performance compared to commercially used implants such as Ti-CP G4 and Ti-6Al-4V. In addition, TiO2 and CaP coatings were developed using a new electrochemical route to improve the properties of the alloys. The results show that Ti-10Mo-8Nb-6Zr alloy with ECAP presented higher hardness and hydrophobicity but is more susceptible to pitting formation, high corrosion rate, high friction coefficient, and greater titanium release in biological environment. Binary and ternary alloys showed promising results as biomaterials due to their good electrochemical and tribocorrosive behavior by presenting properties similar to commercially used titanium implants. However, the new Ti-15Zr-5Mo alloy showed the best performance. The combination of TiO2 and CaP was the most efficient coating of the three studied as it presented excellent protection against corrosion and friction. Within this context, the research achieved its objectives of developing and characterizing the alloys and coatings