Pedro César Garcia de Oliveira Influência da temperatura final do ciclo de aquecimento do revestimento na fluidez e na resistência à tração do Ti c.p. e da liga Ti-6Al-4V. Araraquara 2003 Pedro César Garcia de Oliveira Influência da temperatura final do ciclo de aquecimento do revestimento na fluidez e na resistência à tração do Ti c.p. e da liga Ti-6Al-4V. Orientador: Prof. Dr. Gelson Luís Adabo Co-orientador: Prof. Dr. Ricardo Faria Ribeiro Araraquara 2003 Tese apresentada à Faculdade de Odontologia de Araraquara, da Universidade Estadual Paulista “ Júlio de Mesquita Filho”, para a obtenção do título de Doutor em Reabilitação Oral (área de concentração: Prótese). Oliveira, Pedro César Garcia de Influência da temperatura final do ciclo de aquecimento do revestimento na fluidez e na resistência à tração do Ti c.p. e da liga Ti-6Al-4V. Pedro César Garcia de Oliveira, 115p Araraquara, 2003. Tese – Doutorado – Faculdade de Oodontologia de Araraquara – Universidade Estadual Paulista. 1. Titânio 2. Fluidez 3. Resistência à tração PEDRO CÉSAR GARCIA DE OLIVEIRA NASCIMENTO: 17/10/1965 – Três Lagoas – MS. FILIAÇÃO: Joel Garcia de Oliveira Maria Aparecida Pícoli de Oliveira 1984 / 1987: Curso de Graduação. Faculdade de Odontologia de Lins – SP. 1993 / 1994: Curso de Especialização em Periodontia. APCD – Bauru – SP. 1994 /1995: Curso de Especialização em Prótese Dentária. APCD – Bauru – SP. 1999 / 2001: Curso de Pós-graduação (MESTRADO) em Dentística, opção Materiais Dentários – Faculdade de Odontologia de Bauru – USP. 2001 / 2003: Curso de Pós-graduação (DOUTORADO) em Reabilitação Oral – área de Prótese – Faculdade de odontologia de Araraquara – UNESP. 1995 / - : Professor Assistente do curso de Odontologia, disciplina de Prótese Dentária da Universidade do Sagrado Coração – USC Bauru – SP. Dedico este trabalho, A DEUS ANTES DE TUDO Aos meus pais Joel (in memorian) e Maria Aparecida. Apesar de muitas vezes ausente, todos os dias não me esqueço que, sem vocês, jamais teria alcançado esse sucesso. Tenho por vocês muito amor, gratidão e uma dívida que não sei se algum dia poderei saldá-la. Ao meu irmão Joel Jr. (“Zé”). Muitas pessoas tem irmão, mas não tem amigos; outras têm amigos, porém não tem irmão. Eu tenho o privilégio de possuir essas duas “coisas” valiosas em uma única pessoa. À Liliane (Lili), a pessoa certa na hora certa. Com certeza, por isso e muito mais é que eu ti amo tanto. Agradecimento Especial Ao Prof. Dr. Gelson Luis Adabo, orientador deste trabalho; Não somente pela orientação do trabalho e pelos ensinamentos transmitidos, mas também pela amizade, respeito e consideração com que sempre me tratou. Como diz um colega do curso: você é o “cara”. Ao Co-orientador Prof. Dr. Ricardo Faria Ribeiro, do Departamento de Materiais Dentários e Prótese, da Faculdade de Odontologia de Ribeirão Preto – USP. Muito obrigado, não somente pela valiosa contribuição, sugestões e opiniões que só fizeram enriquecer este trabalho, mas também pela amizade e presteza com que sempre me recebeu. Meus sinceros agradecimentos Agradeço também; Aos professores da disciplina de Materiais Odontológicos e Prótese da Faculdade de Odontologia de Araraquara – UNESP, pela amizade e ensinamentos a mim transmitidos durante o curso. Aos funcionários da disciplina, assim como da Pós-graduação, pelo respeito e dedicação com que tratam, não só a mim, mas a todos. Aos colegas de Pós-graduação Adriana, Débora, Hércules e Renato pela amizade e ao Sicknan pela inestimável contribuição na realização do trabalho. Aos colegas professores da Universidade do Sagrado Coração – USC pela colaboração, me substituindo várias vezes para que eu pudesse concretizar este trabalho. Ao Prof. Dr. José Roberto Lauris (FOB – USP) pela realização da parte estatística do trabalho. Ao técnico de laboratório da disciplina de Endodontia da FOB – USP, Edmauro, pela realização da Microscopia Eletrônica de Varredura. Aos funcionários do laboratório da disciplina de Prótese Parcial Removível, da Faculdade de Odontologia de Ribeirão Preto, na pessoa do Prof. Dr. Ricardo Faria Ribeiro, pela realização das fundições. Ao CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico), processo nº 140855/2001-7, pelo apoio financeiro para a realização deste trabalho. Meus sinceros agradecimentos. Sumário 1 INTRODUÇÃO ----------------------------------------------------------- 8 2 REVISÃO DA LITERATURA ------------------------------------------- 15 3 PROPOSIÇÃO ------------------------------------------------------------- 45 4 MATERIAL E MÉTODO -------------------------------------------------- 47 5 RESULTADOS -------------------------------------------------------------- 63 6 DISCUSSÃO ---------------------------------------------------------------- 79 7 CONCLUSÃO --------------------------------------------------------------- 94 8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ---------------------------------- 96 RESUMO --------------------------------------------------------------------- 110 ABSTRACT ------------------------------------------------------------------ 113 9 1. INTRODUÇÃO Como primeira opção de ligas metálicas para a aplicação na odontologia, as ligas à base de ouro tiveram ampla aceitação, graças a excelentes propriedades físicas, químicas, mecânicas e biológicas. Porém, devido principalmente ao seu elevado custo, vem sendo substituídas por ligas metálicas alternativas, como as de Ni-Cr e Co-Cr. Esses tipos de ligas, apesar de apresentarem algumas vantagens, principalmente em relação ao seu baixo custo e resistência, podem apresentar efeito tóxico e alergênico causado por alguns de seus componentes, como o níquel e o berílio37, além do cromo, do cobalto e do cádmio, que também são citados como biologicamente ativos51. Sendo assim, a procura por novos metais e ligas metálicas deveria ser norteada, dentre outros fatores, pelo seu grau de biocompatibilidade. Por isso, o titânio aparece como um dos materiais mais promissores nas pesquisas de materiais biocompatíveis. O titânio foi descoberto na Inglaterra por W. Gregor, em 1789, dando-lhe o nome de mecanita. Alguns anos mais tarde, em 1795, na Alemanha, M.H.Klaproth descobriu um metal contido no rutilo e o denominou de titânio. Posteriormente concluíram que se tratava do mesmo metal e, como o nome titânio já tinha sido adotado internacionalmente, o mesmo foi conservado até os dias atuais59. 10 O titânio é largamente distribuído constituindo cerca de 0,63% da crosta terrestre, ocupando o posto de quarto elemento metálico mais abundante na terra, depois do alumínio, ferro e magnésio. Para se ter uma idéia da quantidade de titânio em relação aos outros metais usados na área odontológica, sua ocorrência é 20 vezes maior que a do cromo, 30 vezes maior que a do níquel, 60 vezes maior que a do cobre, 100 vezes maior que a do tungstênio e 600 vezes maior que a do molibdênio18. No sistema periódico dos elementos químicos está inserido dentro dos elementos do IV grupo e, apesar de ser um elemento de transição, apresenta um comportamento metálico. Quimicamente, quando aquecido a temperaturas elevadas (acima de 600ºC) apresenta uma grande reação com o oxigênio, nitrogênio e hidrogênio. Sua afinidade com o oxigênio também está presente na temperatura ambiente, na qual o titânio se cobre, em brevíssimo tempo, com uma camada de óxido de titânio. Esse fenômeno, chamado passivação, protege o metal de agressões exteriores e o deixa extremamente resistente à corrosão83. Hoje, o titânio é, sem dúvida, o material mais largamente aceito para a confecção de implantes dentários e também realização de cirurgias ortognáticas devido, principalmente, à sua excelente biocompatibilidade, além de apresentar outras características positivas: excelente resistência à corrosão3, 66 ; propriedades mecânicas favoráveis, como alta resistência à tração, associada à baixa densidade (4,5 g /cm3)42,88 ; baixa condutibilidade térmica39 ; módulo de elasticidade e ductilidade 11 semelhantes às ligas áureas52 . Entretanto, seu alto ponto de fusão e sua alta reatividade dificultaram seu uso por muitos anos42. O titânio comercialmente puro (Ti c.p.) pode ser encontrado em quatro diferentes graus ( I, II, III e IV ) e é composto de 99,5% de titânio e 0,5% de elementos intersticiais, como carbono, oxigênio, hidrogênio e nitrogênio. O titânio pode ser encontrado tanto na forma pura (Ti cp) quanto na forma de liga, sendo essa variação dependente do grau de incorporação dos elementos intersticiais ( O, N, H, C e Fe). Algumas formulações contendo titânio vem sendo pesquisadas, sendo o sistema titânio-alumínio-vanádio (Ti-6Al-4V) o mais utilizado por possuir melhores propriedades mecânicas, como dureza, resistência à fadiga e à corrosão, módulo de elasticidade e resistência à tração89, além de apresentar, quando fundido, menor porosidade e maior fluidez em relação ao titânio puro81 . Tanto o Ti c.p. quanto as ligas de titânio podem ser fundidos e injetados em moldes usando-se técnicas especiais de inclusão e fundição. A baixa densidade pode ser considerada uma vantagem na escolha deste material para a confecção de peças protéticas, já que apresenta uma imagem radiográfica mais radiolúcida quando comparadas à outra ligas metálicas, devido a menor resistência à passagem dos raios-X. Esse fator torna-se de fundamental importância para a visualização de defeitos internos na peça fundida88. Por outro lado, a baixa densidade pode ser um inconveniente que, juntamente com o elevado ponto de fusão e a reação química com o revestimento, dificultam o processo de fundição. 12 A fundição do titânio teve início na década de 70 nos Estados Unidos, sendo seguida por inúmeras pesquisas na Europa e Japão, com o desenvolvimento de máquinas e materiais de revestimentos especiais que atendessem às particularidades do material43. Em 1980, Ida et al.35, apresentaram uma máquina de fundição para titânio que consistia de duas câmaras conectadas por um canal central, sendo a fusão do titânio realizada em atmosfera inerte (gás argônio), evitando assim a reação do metal fundido com o oxigênio e o nitrogênio. Além de máquinas especiais para a fundição, a seleção de revestimentos apropriados é um ponto de grande relevância quando da fundição do titânio e suas ligas. A alta reatividade química do titânio com elementos contidos no revestimento (oxigênio, nitrogênio, carbono e hidrogênio) podem causar uma contaminação nas peças fundidas72 . A maioria dos revestimentos odontológicos apresenta como material refratário a sílica. Porém, em fundições com titânio, esse refratário está contra-indicado em temperaturas mais elevadas (acima de 600ºC) devido a sua alta reatividade com o metal74, 75 . Na tentativa de diminuir a interação do metal com elementos contidos nos revestimentos, principalmente à base de silicato ou aglutinados por fosfato e assim minimizar esta contaminação, revestimentos contendo outros tipos de materiais refratários vêm sendo utilizados: T-invest.- Al2O3, Selevest – MgO, Titaniumvest EX – ZrO2 57, 58 . Porém, a baixa expansão e o elevado custo são obstáculos que limitam seu uso. Assim, apesar do estágio atual de desenvolvimento do processo de fundição do titânio, algumas 13 dificuldades ainda persistem, como a ocorrência de defeitos internos e externos devido à baixa fluidez deste metal. O maior inconveniente para os refratários é a grande diferença entre a temperatura de fusão do titânio e suas ligas (±1700ºC) e a temperatura final do revestimento (máxima de 600ºC), já que esta parece ser um dos fatores que mais interferem na fluidez do metal. Para Donovan & White25, fluidez é definido como a capacidade do metal fundido completar totalmente o molde criado pela eliminação de um padrão. Segundo o autor, o preenchimento total do molde durante a injeção da liga depende de alguns fatores como, o tipo de material (metal ou liga metálica), pressão aplicada durante a fundição, tipos de canais de alimentação, permeabilidade do revestimento, estabilidade química e física do revestimento e temperatura do molde e do metal. Considerando que os revestimentos mais comumente utilizados são à base de sílica, com temperaturas finais de aquecimento baixas e supondo que o aumento da temperatura final até o limite máximo de 600ºC possa melhorar a fluidez do metal, julga-se oportuno o desenvolvimento de estudos como forma de, num futuro próximo, o titânio e suas ligas possam ser largamente utilizados, não só nos implantes dentários, mas também na confecção de próteses parciais fixas e removíveis. Apesar de nos últimos anos um número crescente de trabalhos estarem direcionados para o titânio e suas ligas, principalmente no desenvolvimento de técnicas e equipamentos para o processo de fundição, verifica-se ainda pouca literatura científica que relacionem a temperatura do 14 molde de revestimento no momento da fundição, a fluidez e as propriedades mecânicas do titânio fundido. 16 2. REVISÃO DA LITERATURA De acordo com Vieira84, em 1967, a fluidez do metal líquido indica a propriedade de “poder fluir de forma livre e regular” em um molde e poder preenchê-lo totalmente, antes da sua solidificação. Para o autor, fatores tais como a existência de películas de óxidos e gases dissolvidos, inclusões ou impurezas em suspensão, diferenças nas temperaturas de fusão da liga e do molde de revestimento, forma e diâmetro do conduto de alimentação, além de elementos presentes na composição da liga, são fatores que podem interferir na fluidez da liga. Segundo Gegel & Hoch29, em 1973, o titânio foi descoberto em 1795 por Klaproth, um químico alemão. Primeiramente, o TiO2 era aquecido a uma temperatura de 500ºC, em presença de gás clorídrico, obtendo-se como resultado o tetracloreto de titânio, cloridrato de ferro e outras impurezas. O cobre era então adicionado a esta mistura, obtendo-se somente o tetracloreto de titânio. Após esta fase, o tetracloreto de titânio era adicionado ao magnésio, a uma temperatura de 850ºC, obtendo-se o cloreto de magnésio e o titânio metálico. Este método permitiu a produção em grande escala do Ti c.p., utilizado na indústria aeroespacial com a finalidade de construir estruturas mais leves e resistentes. 17 A correlação entre a fluidez, rugosidade e temperatura no momento da fundição foi investigada por Preston & Berger62, em 1977. Neste estudo variaram-se a temperatura do molde (1350ºF, 1550ºF e 1750ºF) e a temperatura de fusão (2500ºF, 2700ºF e 2900ºF) para quatro ligas (ouro, ouro-paládio, prata-paládio e uma liga experimental). Noventa corpos-de- prova foram confeccionados na forma de uma mola espiral. Os padrões foram incluídos em revestimento fosfatado e as fundições realizadas em uma máquina por indução. Os autores observaram que as temperaturas mais elevadas, tanto do molde (1750ºF) quanto de fusão (2900ºF) produziram melhores resultados quanto à fluidez, sendo que essa elevação na temperatura não produziu efeito quanto à rugosidade das peças fundidas. Em 1977, Vincent et at.85 compararam a fluidez de duas ligas nobres (Thermocast e Degudent) e três ligas não nobres (Wiron, Ultratk e Victory), através de padrões formados por fios de plásticos de vários diâmetros. Foi constatada maior fluidez para as ligas nobres, atribuída pelos autores devido a sua maior densidade que, segundo os mesmos, poderia ser minimizada no ato da fundição aumentando-se a força de injeção da liga fundida no molde de revestimento. Avaliando as propriedades do titânio (Ti) e suas ligas para uso odontológico, Ida et al.35, em 1980, relataram as dificuldades do uso do Ti para as fundições odontológicas, pelo fato do Ti apresentar uma alta reatividade química com oxigênio em temperaturas elevadas e reação com o cadinho, além do alto custo do processo. A fim de procurar facilitar os 18 trabalhos com este tipo de material, um novo equipamento de fundição para Ti denominado “Castmatic” foi desenvolvido, na qual a fundição era realizada em atmosfera com um gás inerte (argônio) e vácuo. Algumas propriedades do Ti e suas ligas fundidas neste equipamento foram investigadas como, temperatura de fusão, manchamento, fluidez, resistência mecânica e dureza. Os resultados mostraram que tanto as propriedades mecânicas como a fluidez do Ti c.p. foram semelhantes às das ligas de Ni-Cr e Co-Cr, sendo portanto indicado seu uso na confecção de coroas e próteses parciais removíveis fundidas em Ti e suas ligas. Para Adell et al.1 , em 1981, o titânio era reconhecido como material biocompatível desde a década de 40. O grande sucesso dos implantes osseointegrados confeccionados em titânio se confirmou com estudos de longo prazo iniciados a partir de meados da década de 60. Devido a sua grande biocompatibilidade, este metal tornou-se uma opção na substituição de ligas a base de berílio e níquel, propiciando o desenvolvimento de técnicas de fundição para a confecção de estruturas protéticas para próteses fixas e próteses removíveis, além das próteses sobre implantes. Ida et al.36, em 1982, afirmaram que o titânio reagia com a superfície do revestimento, criando uma camada de oxidação denominada “alfa-case”. Os autores, com o intuito de diminuir a formação desta camada, 19 desenvolveram um novo revestimento à base de óxido de magnésio para o uso com o titânio puro e suas ligas, tornando possível o uso clínico do metal, tanto na confecção de próteses fixas quanto próteses removíveis. Também em 1982, Myers & Crulckshanks – Boyd53 avaliaram o efeito da temperatura do molde e da temperatura de fusão sobre a fluidez e a adaptação marginal de uma liga comercial com 53,5% de paládio, 37,5% de prata e 8,5% de estanho. As temperaturas do molde (600, 760 e 850ºC) e as temperaturas de fusão (1270, 1320 e 1450ºC) foram monitoradas por meio de uma máquina de fundição à vácuo. A fluidez da liga foi analisada pela capacidade de reprodução de fios de plástico de 0,3mm de diâmetro por 15mm de comprimento. Para a análise da adaptação marginal, um modelo de aço na forma de pré-molar preparado para uma coroa total foi utilizado. Cada uma das fundições foi assentada sob uma carga de 50N aplicada na superfície oclusal, sendo a discrepância entre a margem da peça fundida e o término cervical em forma de ombro medida com auxílio de um microscópio. Os resultados mostraram que o efeito da temperatura do molde na discrepância marginal teve uma influência significante, sendo os melhores resultados obtidos com a temperatura de 850ºC, e que a temperatura de fusão não apresentou variações significantes. Já para a fluidez os melhores resultados foram obtidos com as maiores temperaturas, tanto do molde (850ºC) quanto de fusão (1450ºC). Em 1982, Thompson79 estudou o efeito do aumento da temperatura do molde na fluidez de algumas ligas não preciosa (Ultrateck e 20 Victory ) comparada com uma liga preciosa (Thermocraft ). A fluidez foi determinada pela capacidade dessas ligas fundidas reproduzir filamentos de diâmetros diferentes de um padrão de tela de nylon. O autor observou que para duas ligas não preciosas em que a temperatura do molde foi aumentada, houve um aumento significativo na fluidez, quando comparadas com a liga preciosa. Entretanto comentou que, para a utilização em grande escala de ligas não preciosas em odontologia, são necessárias pesquisas adicionais sobre os materiais de revestimentos e técnicas mais precisas para as fundições. Kasemo38, em 1983, relatou que assim como a maioria dos metais, o titânio puro poderia formar uma camada de óxidos quando exposto à atmosfera como, por exemplo, o TiO, TiO2 e TiO3 . Dentre esses, o TiO2 era o mais estável e o mais comumente formado. Esses óxidos formam-se espontaneamente quando em contato com o ar, sendo que em milésimos de segundos, podia-se encontrar uma camada de cerca de 10 ângstrons de espessura. Esta camada de óxidos, denominada de camada passivadora, é que confere ao titânio biocompatibilidade e uma excelente resistência à corrosão. Donachie Jr23 , em 1984, descreveu importantes informações a respeito do titânio. O aquecimento do titânio a altas temperaturas em meio oxidante produz não somente oxidação, mas também o endurecimento da superfície resultante da difusão para o interior da estrutura de oxigênio e nitrogênio. A zona formada foi denominada de caso alfa (α-case) ou camada 21 contaminada e que, normalmente, pode ser removida com jateamento abrasivo ou dissolução química antes que a estrutura seja utilizada, já que com a presença desta camada haverá uma redução da resistência à fadiga e a ductilidade. Asgar & Arfaei4 ,em 1985, analisaram e compararam a fluidez de quatro ligas, sendo duas à base de ouro cerâmico (Neydium gold e Cameo), uma à base de ouro tipo III (Firmilay) e outra uma liga à base de Ni-Cr (Jelbon). Para este trabalho foram empregados 5 tipos diferentes de equipamentos para fundição: (A) maçarico oxigênio / gás e centrífuga convencional, (B) unidade de indução em conjunto com centrífuga, (C) unidade de resistência elétrica e centrífuga Thermotrol 2500, (D) maçarico de gás/oxigênio e máquina de injeção à vácuo e pressão de ar e (E) unidade de resistência elétrica com sistema Chrono-Matic de injeção à vácuo e pressão a ar. O padrão de cera apresentava a forma de um disco e o molde de revestimento foi aquecido a 700ºC. Os resultados apresentaram, entre as ligas, uma melhor fluidez para a Firmilay (ouro tipo III) e Jelbon (Ni – Cr), enquanto que para os meios de fundição os melhores resultados, com preenchimento de 100% do molde, foram obtidos com a unidade de resistência elétrica do sistema Chrono-Matic de injeção à vácuo e pressão de ar (E). Também em 1985, Dern et al.20 avaliaram a fluidez de uma liga de níquel-cromo sem berílio, utilizando uma tela de nylon com 11 x 11 filamentos com 0,4mm de espessura, resultando em 220 segmentos de linha 22 formando 100 quadrados. Um revestimento fosfatado foi espatulado à vácuo por 45 segundos na proporção pó / líquido recomendada pelo fabricante, e as fundições realizadas por meio de duas máquinas por indução (Unitek e Howmedica). As temperaturas de estufagem do revestimento foram 680ºC e 815ºC para o sistema Unitek e 680ºC para o sistema Howmedica. Os resultados mostraram uma maior fluidez na temperatura de 815ºC, enquanto para a temperatura de 680ºC os melhores resultados foram do sistema Unitek .Segundo os autores, a diferença entre as máquinas de fundição por indução na temperatura de 680ºC poderia ser: temperatura durante o ciclo de aquecimento do molde, largura e profundidade do cadinho, variações na rotação e aceleração do braço. Donovan & White25 , em 1985, avaliaram a fluidez entre três tipos de ligas metálicas: Sterngold II (ouro tipo III); Albacast (prata-paládio) e Airspin alloy (níquel-cromo-berílio), utilizando-se dois tipos de máquinas para fundição: uma centrífuga convencional (Kerr Centrifico Casting Machine) e um novo tipo de máquina que opera com um cilindro pneumático à base de ar comprimido ( Airspin Pneumatic Caster, Airspin Mgf. Co., Calif.). Telas de nylon de 11 x 11 filamentos de 0,1mm de espessura foram confeccionadas perfazendo um total de 100 espaços. Os corpos-de-prova foram incluídos em revestimento fosfatado ( Hi – Span, Pennwalt / Jelenjo, N.Y.) na proporção recomendada pelo fabricante (90 gramas pó / 15,5 cc de líquido). Foram confeccionados 10 corpos-de-prova para cada uma das ligas, sendo 5 fundidos para cada uma das máquinas. O ciclo de aquecimento e a temperatura do forno foram determinados de acordo com o tipo de liga 23 metálica utilizada: 1150º F(liga de ouro); 1250º F (prata – paládio) e 1500º F (níquel-cromo-berílio). Os resultados mostraram que a melhor fluidez ocorreu na liga níquel-cromo-berílio, segundo opinião dos autores, devido a maior temperatura do molde e na máquina Airspin. Luchsinger et al.44, em 1985, propuseram investigar os efeitos dos vários componentes do Ti cp e liga de titânio sobre a fluidez, resistência mecânica e resistência à corrosão, utilizando três técnicas de fusão e fundição: ( A ) fusão por indução sob proteção de fluxo de argônio e máquina centrífuga, ( B ) fusão por feixe de eletro e fundição por gravidade e ( C ) arco de fusão e fundição por combinação de injeção / vácuo. Inicialmente foi utilizado um revestimento aglutinado por fosfato, sendo posteriormente substituído por revestimento à base de magnésio e zircônia. A liga Ti-13Cu- 4,5Ni (1350ºC) mostrou uma boa fluidez no revestimento aglutinado por fosfato e fundida pelo método ( A ). O método de fundição ( B ) teve a mais alta fluidez entre as ligas com índices parecidos ao Ti cp, enquanto para o método de fundição (C) a liga Ti-30V teve o mais alto limite de escoamento e a maior resistência à tração, não só em relação ao Ti cp mas às outras ligas estudadas. Em 1985, Parr et al.60, relataram que o titânio vinha sendo estudado a vários anos em determinadas áreas industriais como, engenharia de turbinas, indústria aeroespacial e naval e na fabricação de tintas, porém seu uso ainda não estava ao alcance na Odontologia. Foi relatado que entre 5 a 10% do Ti extraído - rutílio ou ilmenita – destinava-se ao uso em forma de 24 metal, sendo a grande maioria convertida em forma de TiO2 usada pelas indústrias de tinta. Comentou-se que quando elevado a 882ºC este metal sofria alterações cristalográficas em suas estruturas, além da possibilidade de formar ligas com outros elementos – Ag, Al, Cu, Fé, Ga, U, As, V e Zn. Adicionando-se elementos como O, N, H e Fe, verificaram alterações nas propriedades mecânicas do Ti c.p. A liga Ti-6Al-4V vem sendo a mais utilizada na odontologia, sendo que o alumínio funciona como α- estabilizador e o vanádio como β- estabilizador. Na odontologia, foi relatado que o uso do Ti tinha sua principal aplicação nos implantes osseointegrados, devido a excelente biocompatibilidade e resistência mecânica. Para Taira et al.71, em 1985, a técnica de fundição para o titânio e suas ligas pode determinar a microdureza dessas ligas quando fundidas a altas temperaturas (Ti c.p., Ti-6Al-4v E Ti-15v) e baixas temperaturas (Ti- 30Pd e Ti-20Cu). As fundições foram realizadas em uma máquina de fundição própria para titânio (Castmatic) sob atmosfera de gás argônio / vácuo, sendo este processo capaz de minimizar a contaminação pelo oxigênio e o nitrogênio. Os resultados mostraram que a dureza interna variou de 376 KHN para Ti-15V, 360 KHN para o Ti-6Al-4V, 327 KHN para o Ti- 30Pd, 266 KHN para o Ti-20Cu e 191 KHN para o Ti c.p., e que o resfriamento em água aumentou a dureza. Em 1986, Greener et al.30, realizaram um trabalho onde compararam as propriedades mecânicas através de testes de tração e de 25 dureza Knoop do Ti cp e da liga de Ti-6Al-4V. Corpos-de-prova em forma de halteres foram confeccionados a partir de padrões de cera, incluídos em revestimento à base de sílica (Al2O3/SiO2) e fundidos em uma máquina centrífuga com argônio / arco elétrico. Os ensaios de tração foram realizados em uma máquina Instron com velocidade de 0,1 pol / min. Os resultados para a resistência à tração e alongamento foram, respectivamente, 540,2 MPa e 7,9% (Ti cp) e 1103,4 MPa e 3,7% (Ti-6Al-4v). Já para a dureza Knoop, os resultados obtidos foram: Ti cp – 700 KHN para uma carga de 200g e 350KHN para 500g, enquanto que a liga Ti-6Al-4V apresentou uma dureza de 600 KHN para uma carga de 200g e 500 KHN para 500g. Os autores concluíram que, em relação à resistência à tração e alongamento, tanto o Ti cp quanto a liga Ti-6Al-4V excederam os valores mínimos especificados pela ADA para próteses parciais removíveis. Já em relação aos valores de dureza, não foram encontradas diferenças estatisticamente significantes entre o Ti cp e a liga Ti-6Al-4V. Hirano et al.34, em 1987, propuseram um método para avaliar a fluidez através de uma tela de nylon, medindo-se a extensão de cada segmento obtido após a tela fundida. Foram utilizados seis diferentes tipos de ligas: Biobond (B-B), Ceramalloy (C-I), Ceramalloy II (C-II), Litecast (L-C), Pentillium (P-T) e Unibond (U-B). As temperaturas finais do revestimento variaram entre 677ºC até 1038ºC, assim como as temperaturas de fusão das ligas (1250ºC até 1565ºC), sendo seis temperaturas finais do revestimento e seis temperaturas de fusão para cada uma das ligas. Os resultados mais expressivos foram obtidos com a liga P-T (99,6% de fluidez com 982ºC de 26 temperatura do molde e 1399ºC de temperatura de fusão da liga). Para os autores, a melhor fluidez é alcançada quando as temperaturas de estufagem e fusão encontram-se mais próximas, já que em situação inversa, houve uma dificuldade da injeção da liga fundida devida a contração da mesma. Atta et al.6, em 1988, realizaram um estudo comparativo da fluidez de ligas de cobre ( Duracast MS e uma liga experimental 13) e prata - estanho ( Superalloy e uma liga experimental XX ) de acordo com diferentes temperaturas de estufagem do revestimento (500ºC e 700ºC). Os padrões de fundição foram obtidos recortando-se uma tela de nylon medindo 23 x 23 mm, cujos filamentos mediam 0,3mm de espessura, contendo 25 espaços horizontais e 23 espaços verticais, totalizando 575 espaços. O revestimento utilizado foi o Cristobalite, manipulado na proporção pó / líquido recomendada pelo fabricante e espatulado à vácuo por 30 segundos. Os blocos de revestimento foram colocados no forno com o pirômetro ajustado a 200ºC permanecendo por 30 minutos. Após, a temperatura foi elevada para 400ºC permanecendo por mais 30 minutos, quando então a temperatura foi elevada até 700ºC, permanecendo constante por 30 minutos, quando então ocorreu a fundição. Para as fundições com o anel a 500ºC, o forno foi desligado após atingir a temperatura de 700ºC, até que atingisse a marca desejada, permanecendo os anéis por 30 minutos, quando então foram realizadas as fundições. A fluidez foi determinada pelo número de espaços completos preenchidos na peça fundida. Os resultados mostraram que a maior fluidez foi obtida com a liga do sistema prata – estanho ( Ag / Sn / XX - 572,2 espaços à 700ºC) e os piores resultados foram da liga Duracast MS (46,2 27 espaços à 500ºC). Os autores concluíram que existia uma diferença na fluidez entre as ligas e que, quanto mais alta a temperatura do molde de revestimento, maior a fluidez. Em 1988, Donachie Jr.24, destacou que as propriedades mecânicas do Ti c.p. e das ligas de titânio dependem de alguns fatores, como a composição química da liga, microestrutura e aspectos metalográficos. No Ti cp, a influência mais significante no comportamento mecânico é representado pelo hidrogênio, nitrogênio, carbono e oxigênio que, dependendo da proporção de cada um, pode provocar mudanças na microestrutura, alterando algumas propriedades como resistência à fadiga. O autor ressalta que, em relação ao Ti cp e as ligas fundidas, o problema mais significante é obter uma fluidez satisfatória pelo adequado preenchimento do molde, sendo para isso necessário níveis suficientes de superaquecimento do metal fundido. Bombonatti et al.13, em 1989, avaliaram a fluidez de 4 ligas à base de cobre: Duracast MS, Idealloy, Maxicast e Orcast, fundidas com 4 diferentes revestimentos fosfatados: Biovest, Precise, Termocast e RAF, sendo utilizadas 3 temperaturas de estufagem para cada um dos revestimentos: 700ºC, 800ºc e 900ºC. Os corpos-de-prova foram confeccionados empregando-se uma tela de poliéster com 11 x 11 filamentos de 0,26mm de espessura perfazendo uma malha de 100 espaços quadrados. As ligas foram fundidas em uma centrífuga por meio de resistência elétrica TS – 1 (Degussa S / A) e injetadas nos moldes de revestimentos aquecidos 28 nas temperaturas (700,800 e 900ºC). O valor da fluidez foi obtido pela percentagem de segmentos da malha completados na peça fundida. Dentre as ligas estudadas, a que apresentou melhores resultados foi a Maxicast (67,15 %), seguida da Idealloy (49,25%), Duracast (39,26%) e Orcast (36,13%). Para os revestimentos, os melhores resultados para a fluidez foram obtidos pelo Precise ( 64,58%) seguido pelo Biovest (45,18%), RAF (43,93%) e Termocast (38,10%). Em relação às temperaturas finais do revestimento, houve diferenças estatisticamente significantes da fluidez, tendo a temperatura de 900ºC produzido os melhores resultados (79,37%), seguido de 800ºC (49,13%) e a 700ºC (15,33%). Verificou-se que há uma variação da fluidez entre as ligas e tipos de revestimento empregado, e que esta aumenta na razão direta da elevação da temperatura de estufagem do revestimento. Em um estudo realizado em 1989, Taira et al.72 avaliaram as propriedades mecânicas e a resistência à corrosão do Ti c.p. e de 4 ligas à base de Ti (Ti-6Al-4V, Ti-15V, Ti-20Cu e Ti-30Pd). Os metais foram fundidos em uma máquina de fundição – Castmatic – com um sistema de pressão e vácuo. O módulo de elasticidade, a resistência à tração e a dureza Vickers foram determinados, mostrando que o Ti c.p. apresentou propriedades mecânicas semelhantes ao ouro tipo IV enquanto as ligas Ti- 6Al-4V e Ti-15V apresentaram propriedades similares às das ligas de Ni-Cr e Co-Cr. 29 Hamanaka et al.31, em 1989, realizaram um estudo para o desenvolvimento de uma máquina para fundição para titânio. Para este trabalho, os autores selecionaram o Ti c.p. e uma liga de Ni-Ti, analisando as propriedades mecânicas e a fluidez desses dois materiais. O processo de fundição foi realizado à vácuo, com um sistema de controle de injeção da liga desenvolvida pelos autores e um tipo diferente de “cadinho” desenvolvido para prevenir o aparecimento de defeitos internos na fundição, além de melhorar a fluidez da liga. Os resultados mostraram que o Ti c.p. apresentou melhores propriedades mecânicas e uma melhor fluidez quando comparado com a liga Ni-Ti. Para Bergman et al.8, em 1990, com o aumento do preço do ouro, o titânio despertou um grande interesse desses pesquisadores, pois além de abundante na crosta terrestre, apresentava excelentes propriedades como: alta resistência à corrosão, baixo peso específico, além de uma excelente biocompatibilidade. Para os autores, a grande desvantagem no uso do titânio estava no processo de fundição devido ao alto ponto de fusão, baixa densidade a alta reatividade química a altas temperaturas, principalmente com oxigênio. Na tentativa de minimizar este problema, novos métodos foram introduzidos na Odontologia, como a eletroerosão e o sistema PROCERA. Com base nisto, os autores realizaram um estudo clínico de coroas de Ti confeccionadas pelos métodos citados acima, onde 167 coroas foram confeccionadas e tiveram os seguintes quesitos analisados: superfície/cor, forma anatômica e integridade marginal. Os resultados mostraram que 100% das coroas apresentaram resultados satisfatórios, 30 quando comparadas com as coroas fundidas a ouro, independente do processo utilizado. Concluíram os autores que os métodos utilizados para a fabricação de coroas de titânio teriam um grande potencial no futuro. Sunnerkrantz et al.68, em 1990, estudaram o efeito do nível de vácuo e pressão de ar em uma máquina com gás argônio e arco elétrico, na dureza de coroas fundidas em titânio. Cinco diferentes combinações de nível de pressão foram usadas, na câmara superior de fusão (CF) e na câmara inferior do molde (CM), respectivamente: A -2,5.10-2 / 2,5.10-2 Torr; B – 2,5.10-2 / 1 Torr ; C – 2,5.10-2 / 10 Torr ; D – 1/ 2,5.10-2 Torr e E – 10/2.5.10-2 Torr. Padrões de cera em forma de coroas cilíndricas foram confeccionadas e padronizadas com margem de 30º, incluídas em revestimento à base de fosfato. Os anéis foram levados ao forno a 250ºC por uma hora e subseqüente a 700ºC por mais uma hora, sendo resfriados à temperatura ambiente, antes de serem levados à máquina para fundição. Todas as peças foram seccionadas em formatos longitudinais e polidas. Para o teste de dureza Knoop foi aplicada uma carga de 4,9N e a capacidade de preenchimento do molde e a porosidade foram estudadas por microscopia ótica. Os resultados mostraram que apenas a fundição (A) apresentou uma dureza menor do que o material original, enquanto que porosidades e inadequado preenchimento do molde foram observados nas fundições que utilizaram uma pressão de 10 torr na câmara de fusão (CF). Na câmara do molde (CM) todas as fundições foram consideradas precisas. Para os autores, a razão para os efeitos adversos do aumento de pressão na câmara de fusão maior do que na câmara do molde é, provavelmente, devido à 31 diferença no tempo em que o metal fundido está em contato com o oxigênio e nitrogênio nas duas câmaras. Finalizam afirmando que uma pressão inferior a 1 torr, tanto na câmara de fusão como na do molde, é suficiente para obter fundições completas. Em 1991, Blackman et al.11, compararam os resultados de testes de tração de Ti c.p. fundidos em forma de halteres, utilizando três tipos de revestimentos fosfatados: Ohara / Coroas e Próteses (OH ); Dicor (D) e Rema Exact (R). A fundição foi realizada em uma máquina Titaniumer Machine num total de 60 corpos-de-prova (vinte para cada revestimento). As peças fundidas foram submetidas ao ensaio de tração em uma máquina de ensaios Instron, fornecendo valores de resistência à tração (T) e porcentagem de alongamento ( E ). Os resultados foram: R ( T = 635,5 MPa E= 51,47); OH ( T= 663,04 MPa E = 25,24) e D ( T= 144,87 MPa E = 11,44). Concluíram que os revestimentos Ohara e Rema Exact podem ser utilizados na fundição do titânio, enquanto que o revestimento Dicor não está indicado, pois apresentou um excesso de porosidades internas o que, segundo os autores, justifica os piores resultados deste revestimento quanto a resistência à tração e porcentagem de alongamento. Tamaki et al.77, em 1991, investigaram as alterações dimensionais e a aparência das fundições do Ti c.p., produzidas por dois revestimentos experimentais aglutinados por fosfato, um à base de alumina ( Titan Mold ) e outro à base de sílica ( Rema E ) e dois desenhos diferentes de cadinho. Padrões de cera de coroas MOD foram preparadas em um 32 troquel de aço e fundidas em uma máquina de fundição por pressão de argônio (Castmatic). Os blocos de revestimentos foram aquecidos e fundidos em temperaturas recomendadas pelos respectivos fabricantes. O Titan Mold foi aquecido até 1200ºC por uma hora, resfriado a 800ºC e a fundição realizada. O revestimento Rema E foi aquecido até 900ºC, resfriado a 350ºC e o metal fundido. Os resultados mostraram que nenhum dos revestimentos foi capaz de compensar completamente a contração do titânio a temperatura de líquidus ( 1700ºC) te a temperatura ambiente e que as fendas encontradas no revestimento Rema E foram menores (0,5 ± 0,2mm) que as de Titan Mold ( 1,1 ± 0,4mm ). Os diferentes desenhos de cadinho não interferiram no resultado. Blackman et al.12, em 1992, investigaram o desajuste marginal de copings fundidos em Ti c.p. de acordo com a geometria dos preparos. Vinte copings fundidos foram confeccionados com término em chanfro de 45º na vestibular e ombro de 90º na lingual, altura de 7,5mm, redução axial de 1,5mm e ângulo de convergência oclusal de 8º. As medidas de desajuste marginal foram feitas com auxílio de um microscópio com aumento de 50 vezes. Os resultados mostraram que os copings fundidos em Ti c.p. podiam apresentar uma adaptação marginal aceitável, porém melhores técnicas de fundição e/ou a utilização de revestimentos próprios para titânio eram necessários para a obtenção de próteses com margens melhor adaptadas. 33 A fluidez do Ti foi verificada por Bessing & Bergman9, em 1992, em um trabalho no qual foram utilizados três diferentes equipamentos para fundição de titânio: Titaniumer (Ohara Co., Japão); Castmatic – S (Iwatani Co., Japão) e Cyclark (J. Morita Europe, Alemanha). O índice de fluidez foi mensurad através da adaptação das bordas de coroas metalocerâmicas, mensuradas em doze pontos, sendo realizados dez copings para cada máquina. Segundo os autores, a utilização de equipamentos com atmosfera inerte (exemplo, gás argônio), revestimentos especiais (contendo magnésio), enceramento dos padrões de fundição com sobrecontorno e posterior usinagem interna e resfriamento externo foram descritos como métodos válidos para compensar essas dificuldades. Os valores mínimos do diâmetro da borda das peças fundidas e usinadas foram similares para os 3 tipos de equipamento, sendo que para os valores máximos o equipamento Ciclark apresentou melhores resultados. Chung & Mori17, em 1993, realizaram um estudo em que investigaram a quantidade de expansão térmica presente em um revestimento (Titavest CB, Morita, Japan), a temperatura de fundição recomendada pelo fabricante (900ºC) bem como a precisão de coroas fundidas em Ti c.p. A medida da expansão térmica foi conduzida em corpos- de-prova de 5mm de diâmetro X 20mm de altura, a 10ºC / min. usando um analisador termomecânico. O anel de fundição foi revestido com duas camadas de agente cerâmico, os moldes aquecidos a 900ºC e resfriados a 600ºC. Para ambas temperaturas foram utilizados três intervalos de tempos com os bloco de revestimento: (0, 30 e 60 minutos). A fundição foi realizada 34 em uma máquina de fundição Cyclarc (J. Morita, Japan). A mais alta expansão térmica obtida foi 1,74±0,10% (900ºC) e 1,34±0,11% (600ºC). Já a precisão da fundição foi obtida pelo cálculo da discrepância para cada posição do padrão de cera, utilizando a microscopia. Os resultados mostraram que as menores discrepâncias foram obtidas com o revestimento a 900ºC quando armazenado por maior tempo (60 minutos). Em 1993, Hero et al.32 estudaram os fatores que afetam o preenchimento do molde e a porosidade do titânio fundido em uma máquina de fundição composta de duas câmaras, uma superior para a fusão do metal e uma inferior para o molde de revestimento. Uma prótese fixa de cinco elementos com uma coroa cilíndrica de cada lado e três pônticos foi utilizada como padrão. Foram realizados dois tipos de experimento durante a fundição: (1) com uma folha fina de titânio (35 µm) separando as duas câmaras que previne a corrente de gás argônio no interior do molde evacuado e (2) sem folha de separação. Para os dois experimentos, variou-se a presença ou ausência de aberturas para escape de argônio, a pressão do argônio na câmara de fusão e o tipo de revestimento, um à base de quartzo (Bellavest ) e o outro à base de Al2O3 (Titavest CB), sendo ambos aquecidos a temperaturas previamente recomendadas pelos respectivos fabricantes. Segundo os autores, um inadequado preenchimento do molde ocorreu quando do uso de folha separadora em combinação com ausência de escape de gás e revestimento com baixa permeabilidade (Bellavest). Acrescentaram ainda que as margens das coroas foram preenchidas totalmente com níveis 35 comparados aos das ligas de ouro, usando os mesmos princípios de fundição. Miyakawa et al.50, em 1993, realizaram um trabalho com o objetivo de avaliar radiograficamente peças fundidas em titânio que seriam posteriormente submetidas ao teste de tração. Utilizaram para este trabalho um aparelho de raio-x (Heliodente 70, Siemens – 70 KV, 7Ma, 2,5seg.) e um filme de ultra-velocidade (DF-8, Kodak). Três revestimentos à base de sílica e um à base de MgO foram utilizados. O material escolhido para a fundição foi o Ti c.p. grau 2 JIS, fundido em dois diferentes tipos de máquina para fundição: (A) tipo pressão (Castmatic-SS - 1Kgf / cm2) e uma tipo centrífuga (Ticast Super R – 3000 rpm). Os resultados apontaram três tipos de defeitos: (1) a formação de porosidade foi influenciada pelo tipo de revestimento utilizado; (2) as fundições realizadas em máquina tipo pressão apresentaram defeitos em forma de esferas, principalmente na extremidade oposta ao canal de alimentação e (3) quase todas as fundições apresentaram defeitos que partiam do meio do corpo-de-prova em direção oposta ao canal de alimentação, independente do tipo de revestimento ou máquina utilizados na inclusão e fundição. Takahashi et al.76, em 1993, realizaram um estudo no qual propuseram avaliar quantitativamente a relação entre métodos de fundição e fluidez do Ti c.p. Para isto, utilizaram dois tipos de padrões para avaliar a fluidez: 1) tela de rede de poliéster com 20mm de comprimento por 20mm de largura (100 buracos abertos) com espessura dos fios de 0,7mm de diâmetro; 2) placas de cera (20mm X 20mm) e 1,5mm de espessura. Os padrões em 36 cera foram incluídos em revestimento aglutinado por fosfato com sílica (SiO2) e zircônia (ZrSiO4), sendo os blocos de revestimentos aquecidos até 900ºC por 1 hora. Para a fundição, três métodos diferentes foram utilizados: 1) máquina de fundição tipo pressão com duas câmaras fusão / fundição; 2) máquina de fundição tipo pressão com uma câmara e 3) máquina de fundição tipo centrífuga com 3000 rpm. A pressão no molde antes da fundição foi estimado em 0,2 MPa (máquina de duas câmaras) e 0,03 MPa (máquina de uma câmara). Foram confeccionadas cinco amostras de padrões em tela e seis amostras para cada padrão da placa, sendo ambos fundidos com Ti cp. A porcentagem dos valores de fluidez para os padrões em tela foi determinado contando-se os espaços antes da fundição e após a fundição e para as placas fundidas o índice de fluidez foi determinado pela técnica da imagem digital através de um aparelho de raio-x. Os resultados mostraram que os melhores índices de fluidez foram obtidos pelos padrões em tela fundidas pela máquina tipo centrífuga, enquanto que as placas fundidas neste mesmo tipo de máquina apresentaram os menores índices de porosidade. Para os autores, além do método de fundição, a fluidez pode ser influenciada por alguns outros fatores como temperatura de fundição, temperatura do molde, permeabilidade do molde, diferença entre a pressão interna no molde e a pressão externa no momento da fundição, entre outros. Em 1994, Mori et al.52, estudaram o efeito de tipos diferentes de revestimento na adaptaçãp de coroas fundidas em titânio. Foi utilizado o Ti c.p. e os seguintes revestimentos: Rematitan, Tai-Vest, e Titavest, com temperaturas finais de estufagem em 200ºC, 350ºC, e 600ºC 37 respectivamente, conforme o fabricante. Os padrões confeccionados em cera foram incluídos nos revestimentos que foram aquecidos a temperaturas de 900ºC (Tai-Vest e Titavest ) e 1100ºC (Rematitan) e posteriormente resfriados até suas respectivas temperaturas finais de fundição. A fundição foi realizada em uma máquina para fundição de titânio (Cyclark) sob atmosfera inerte com gás argônio. Os resultados mostraram que o melhor assentamento se deu nas coroas fundidas em revestimento do tipo AL2O3 / MgO (Titavest ), quando comparadas às coroas fundidas em revestimento do tipo SiO2 (Tai-Vest e Rematitan) já que esses últimos tiveram uma alta reação do metal com elementos contidos no molde de revestimento, dificultando a limpeza e acabamento das peças e, com isso, diminuindo o grau de assentamento. Também em 1994, Tajima et al.73, após verificarem através de estudos a alta reatividade do titânio quando em contato com oxigênio e o nitrogênio, desenvolveram uma técnica de fundição a qual propiciava um processo de purificação pela pressão de gás desenvolvida no interior da máquina. Neste estudo, a eficácia da purificação foi examinada pela densidade de oxigênio presente na atmosfera de fusão, conteúdo de oxigênio, dureza e fluidez do Ti c.p. fundido. A máquina desenvolvida pelos autores possuía uma câmara onde o molde de revestimento era seco e limpo, ficando livre de impurezas pelo processo duplo de purificação, o qual consistia da evacuação total das câmaras (superior e inferior) e subseqüente fluxo de argônio por duas vezes, além de uma alta diferença de pressão de fundição (7 kgf / cm2). Foram realizadas fundições neste tipo de máquina 38 (dois fluxos de argônio) e uma máquina que utilizava apenas um fluxo de argônio. Os resultados mostraram que as propriedades mecânicas (resistência à tração e módulo de alongamento) do titânio podem ser melhoradas quando o conteúdo de oxigênio também é maior, enquanto que o processo de purificação (fluxos de argônio) provocou maior dureza externa em relação a interna, que manteve valores constantes em torno de 240 VHN. Em 1995, Syverud et al.70 compararam a qualidade de próteses fundidas em Ti c.p. e liga de Ti-6Al-4V. Para este estudo, cinco próteses contendo cada uma dois retentores e três pônticos foram enceradas e incluídas em revestimento especial à base de MgO – Al2O3 e fundidas em uma máquina de gás argônio / pressão à vácuo contendo duas câmaras: 1) superior, onde a liga foi fundida, a qual abrigava um cadinho de cobre e um eletrodo de tungstênio e; 2) inferior, onde ficava o bloco de revestimento. Foram avaliadas as falhas de fundição, densidade das peças e porosidades internas e externas, sendo que para este último item as próteses foram todas radiografadas. Durante a análise das margens cervicais bem como na análise das porosidades internas, as coroas fundidas em Ti-6Al-4V apresentaram-se mais rugosas e imperfeitas em relação às peças fundidas em Ti c.p. Porém nos quesitos resistência à fadiga, limite de escoamento e dureza Knoop, a liga Ti-6Al-4V apresentou melhores resultados em comparação ao Ti c.p. Ainda em 1995, Syverud & Hero69 avaliaram a fluidez do titânio usando diferentes tipos de revestimentos com diferentes permeabilidades gasosas. Para este estudo, os autores utilizaram 4 tipos de revestimento para 39 fundição de titânio - Bellavest T – (Beco), Rematitan Plus - (Dentaurum), Titavest CB – (Morita) e Titanium Vest (Ohara Co). Para cada um dos revestimentos utilizados, cinco coroas unitárias para prótese fixa foram enceradas e incluídas no revestimento, de acordo com as especificações do fabricante. Os blocos de revestimentos foram colocados em uma máquina para fundição de titânio em atmosfera de gás argônio e pressão e o Ti c.p. injetado no interior dos moldes. Segundo os autores, o revestimento Bellavest T produziu as piores fundições, enquanto que o Rematitan Plus e o Titanium Vest conseguiram reproduzir de modo satisfatório as coroas, porém com deficiência na margem cervical. O Titavest CB foi o revestimento que apresentou melhores índices de fluidez, conseguindo uma completa reprodução das coroas fundidas. Em 1996, Watanabe et al.92, examinaram o efeito de diferenças de pressão de argônio na porosidade e propriedades mecânicas do Ti c.p. utilizando uma máquina experimental para fundição de titânio. Foram confeccionados padrões na forma de halteres (20mm de comprimento X 2,9mm de diâmetro) e incluídos em revestimento à base de alumina (T-Invest, C&E, Japan). Diferentes pressões de fundição foram utilizadas (50, 150, 300 e 450 torr). Após a fundição, a porosidade das amostras foi determinada por radiografia e análise quantitativa de imagem. Para o teste de resistência à tração e alongamento, foi utilizada uma máquina de teste universal. Os resultados mostraram maiores valores de porosidade para pressão de 450 torr, enquanto que os maiores valores para resistência à tração e alongamento ocorreram em pressão de 150 torr. Os autores destacaram 40 que, escolhendo a diferença de pressão favorável, fundições com propriedades mecânicas similares ao Ti c.p. podem ser obtidas. Simb & Scully64, em 1996, investigaram a influência dos elementos intersticiais, como oxigênio, nitrogênio e carbono expressos como O e ferro nos parâmetros de tração, ductilidade de dureza. Os padrões do Ti c.p. para o teste de tração foram usinados com 15mm de comprimento e 3mm de diâmetro da secção. Segundo os autores, houve um aumento no limite de escoamento e na resistência à tração quando o conteúdo de O foi aumentado, com a ductilidade diminuindo. Quando o conteúdo de ferro foi aumentado, tanto a resistência à tração quanto a ductilidade tiveram valores aumentado. Concluíram que a adição de elementos intersticiais em aproximadamente 0,4% de O e 0,2% de ferro melhora substancialmente o limite de escoamento, a resistência à tração e, em menor grau, a dureza do Ti c.p. Deschaumes et al.21, em 1997, realizaram um estudo verificando a influência da velocidade de resfriamento do Ti c.p. fundido nas propriedades mecânicas. Os resultados mostraram três diferentes tipos de microestruturas α, provocadas por diferentes regimes de resfriamento, alterando as propriedades mecânicas, sendo que O e Fe tiveram uma grande influência na formação da microestrutura de acordo com a velocidade do resfriamento. Como exemplo, os autores citam o Ti grau IV que, quando resfriado a velocidade inferior a 70ºC/seg apresentava uma microestrutura 41 lamelar com grande interferência no alongamento e, portanto, inviabilizado para o uso em prótese dentária, devido a sua alta friabilidade. Também em 1997, Craig et al.19 relataram que as altas temperaturas de fusão, tanto do Ti c.p. quanto das ligas derivadas de titânio, requeriam procedimentos especiais de fundição, ciclos de resfriamentos, revestimentos especiais e equipamentos para prevenir contaminação, já que em altas temperaturas o titânio reagia com elementos gasosos como O, H e N, devendo ser manipulado em ambiente especial, sob pena da formação de uma espessa camada de óxido, que tendia a reduzir a resistência e a ductilidade da estrutura obtida. Além disso, segundo os autores, devido ao baixo peso específico do material, a injeção do metal liquefeito no molde de revestimento requeria cuidados especiais durante o processo de fundição, como a utilização de atmosfera inerte com gás argônio e câmara de vácuo, o que tornava a técnica de fundição por centrifugação inadequada para o titânio e suas ligas. Para O’Brien56, em 1997, a redução do tamanho dos grãos pode ter inúmeros benefícios na estrutura de uma liga fundida para coroas ou próteses removíveis. Grãos mais finos podem aumentar o limite de escoamento, a ductilidade e a resistência máxima à tração. Procurando justificar esta afirmação, o autor destaca que a fratura de um metal ocorre devido à abertura de fendas no limite dos grãos, sendo isso mais provável de ocorrer em metais com grãos largos, onde os planos não podem ser deslizados para dentro dos grãos adjacentes. Muitos grãos pequenos em 42 várias orientações podem dividir a deformação plástica mais facilmente. Grãos maiores podem acomodar uma maior deformação e terá menor capacidade de orientar o deslizamento. Como resultado, tem-se uma menor ductilidade e menor resistência máxima à tração para os metais de grãos largos, já que a deformação plástica, nesses grãos, não pode ser acomodada. Em 1997, Watanabe et al.93 investigaram a eficiência de dois métodos de fundição (centrífuga e arco voltaico na fluidez do Ti c.p. (grau Ii) e compararam os resultados com os obtidos com uma liga de ouro tipo IV e liga de Ni-Cr, ambas fundidas em máquina centrífuga. Dois tipos de padrões para fundição foram feitos: em forma de rede que consistiu de um padrão de 22 x 24 mm de fios (0,5mm de diâmetro), perfazendo um total de 264 segmentos, e o outro em forma de disco que tinha 24mm de diâmetro com uma secção externa de 0,5mm que foi realizada para criar padrões em forma de T. Para a fundição na centrífuga, os padrões que seriam fundidos em titânio foram incluídos no revestimento Selevest CB com temperatura de fundição de 350ºC e para a fundição com arco voltaico foram incluídos no revestimento Titavest CB com temperatura de fundição de 600ºC. O revestimento de cristobalita (650ºC) foi utilizado para inclusão dos padrões fundidos em ouro e um revestimento fosfatado (980ºC) para os fundidos em Ni-Cr. O índice de fluidez do Ti c.p. para os diferentes tipos de padrões (rede e disco) foi significativamente maior para as fundições na centrífuga. Para os autores, um dos fatores responsáveis seria o fato de que a centrífuga pode aplicar uma força no metal fundido 40 a 60 vezes maior do que a aplicada pela 43 máquina com arco voltaico que opera com diferença de pressão. Os valores obtidos para o Ti c.p. fundido em centrífuga não foram significativamente inferiores aos da liga de ouro tipo IV e da liga de Ni-Cr, sendo que os padrões fundidos em Ni-Cr apresentaram 100% de fluidez para ambos os padrões. Ainda segundo os autores, outro fator que pode ter atuado de maneira direta na diferença da fluidez é a temperatura do molde. Notou-se que os moldes com temperaturas mais elevadas no momento da fundição mostraram melhores índices de fluidez, independente do metal e do tipo de padrão. Niinomi55, em 1998, descreveu as propriedades mecânicas como, resistência à tração e fadiga, além da dureza, de ligas de titânio fundidas. Para os autores, relatando achados da literatura, a resistência à tração de ligas de titânio tende a variar entre 500 e 1000 MPa. Neste trabalho, os resultados mostraram que a resistência à tração das ligas de titânio variou entre 669 MPa ( Ti-20Cr-0,2Si ) e 847 MPa ( Ti-6Al-4V). Já a resistência à fadiga das ligas de titânio variaram entre 265 a 816 MPa e a dureza Vickers apresentou valores que variaram de 190 (Ti-Ni) e 346 ( Ti-6Al-4V). Avaliando o ajuste marginal de coroas fundidas em Ti c.p., Meloncini46, em 2000, realizou um estudo em que tipos de revestimentos e técnicas utilizadas foram variados. Foram avaliados três tipos de revestimentos: (Rematitan Plus; Rematitan Ultra e Ticoat Manfreedi) e três técnicas de inclusão: - emprego ou não de “boneca”, - uso ou não de alívio de troquel e diferentes tipos de tratamento superficial para o ajuste interno. O ângulo de convergência dos preparos dentais foi de 10º. Oito coroas foram 44 confeccionadas para cada grupo (total de 96 coroas) e a análise do desajuste foi feita após as seguintes etapas: jateamento com esferas de vidro, jateamento com óxido de alumínio e usinagem interna com uso de fresas especiais, sendo considerado desajuste de até 100µm como aceitável clinicamente. A conclusão foi que: os revestimentos Rematitan Plus e Rematitan Ultra, quando usados com “boneca”, requerem alívio no troquel e, com freqüência, usinagem interna com fresas ou abrasão com óxido de alumínio, após o jateamento com esferas de vidro. Sôo et al.67, em 2001, avaliaram a expansão térmica e a adaptação de estruturas plásticas fundidas em Ti-6Al-4V que seriam utilizadas sobre implantes dentários. Para esse estudo, quatro tipos de revestimentos foram utilizados – Selevest, Rema Exakt, Fujivest e Rematitam, sendo a expansão térmica total dos revestimentos comparada com o coeficiente de expansão linear da liga Ti-6Al-4V. A expansão térmica do revestimento foi realizada a velocidade de 5ºC / min até 900ºC, enquanto a da liga foi realizada a velocidade de 15ºC / min. Os resultados mostraram que o revestimento Selevest registrou a menor expansão, sendo as maiores expansões encontradas no Rema Exakt e no Fujivest. O revestimento que melhor resultado apresentou de expansão térmica em relação ao coeficiente de expansão linear da liga de titânio, melhor assentamento e adaptação da peça fundida, foi o Rematitan. 46 PROPOSIÇÃO Este trabalho tem por objetivo avaliar o efeito de diferentes temperaturas finais do ciclo de aquecimento (T1 - 430ºC – grupo controle; - T2 - 480 e T3 - 530ºC) de um revestimento, empregadas para fundição do Ti cp e da liga Ti-6Al-4V sobre: a) fluidez b) resistência à tração 48 4 - Material e Método 4.1 - Material Os metais utilizados neste trabalho estão relacionados na tabela 1 Tabela 1 – Composição do Ti c.p. e da liga TI-6Al-4V (*). Metal Composição Química - % Fabricante Ti comercialmente puro Ti c.p. – grau 2 Ti - 99,56 Fe - 0,18 O - 0,15 C - 0,08 N - 0,02 H - 0,007 RMI Company, Ohio, EUA. Liga Ti-6Al-4V Ti - 89,57 Al - 6,2 V - 3,8 Fe - 0,22 O - 0,17 C - 0,01 N - 0,02 H - 0,003 RMI Company, Ohio, EUA. (*) Informações do fabricante 4.2 – MÉTODO 4.2.1 – Preparo dos corpos-de-prova para fundição 4.2.1.1- Teste de fluidez Para o teste de fluidez foi utilizado o método preconizado por Whitlock et al.96 e Presswood 61. Os padrões de fundição foram obtidos a partir de uma tela de ”naylon” medindo 20mm x 20mm, cujos filamentos mediam 0,7mm de diâmetro, contendo 8 quadrados no sentido vertical e 8 quadrados no sentido horizontal, totalizando 64 espaços. 49 O padrão de naylon foi fixado por um fio de cera redondo (Dentaurum J.P. Winkelstroeter KG, Pforzheim, Alemanha) com 4mm de diâmetro, que convergiam para formar o conduto de alimentação (Figura 1). Figura 1 – Padrão em tela de nylon. Após a confecção, os padrões foram posicionados através do conduto de alimentação na base formadora de cadinho (Dentaurum. J.P. Winkelstroeter KG, Pforzheim, Alemanha) e posicionados no interior de um anel de silicone número 3 (Dentaurum J. P. Winkelstroeter KG, Pforzheim, Alemanha) medindo 70mm de altura por 48mm de diâmetro, sendo os padrões posicionados a uma distância de 10mm da borda superior e 8 mm das laterais do anel (Figura 2). Em seguida, o líquido umectante – anti- bolhas (Kota Ind. e Comércio Ltda, São Paulo, São Paulo) foi aplicado em toda a estrutura com um pincel nº 165 (Pincéis Tigre S.A . São Paulo, Brasil) e deixado para secar, antes da inclusão em revestimento. 50 Após a secagem, o anel foi preenchido com revestimento próprio para fundição de titânio (Rematitan Plus, Dentaurum J.P. Pforzheim, Alemanha), na proporção de 250g de pó para 40ml de líquido (recomendado pelo fabricante). O revestimento (pó/líquido) foi misturado e espatulado por 60 segundos em um espatulador à vácuo (Multivac 4 – Degussa-Huls, Hanau, Alemanha) quando então foi vertido no anel sob vibração. Após o completo preenchimento, o anel foi deixado sobre a bancada por 15 minutos antes da remoção do bloco de revestimento. Figura 2 – padrão posicionado no interior do anel. 51 4.2.1.2 - Teste de tração Para a realização dos testes de tração os corpos-de-prova foram confeccionados na forma de halteres, de acordo com a norma E-8M da ASTM5 (American Society for Testing and Materials), cujas dimensões estão ilustradas na figura 3. Figura 3 – Dimensões do corpo-de-prova (mm). Os padrões de cera foram obtidos por meio de uma matriz metálica bipartida de aço inoxidável, com uma cavidade interna para as dimensões requeridas. (Figura 4) Figura 4 – matriz bipartida. 52 Para a confecção dos padrões de cera, a cavidade interna da matriz metálica foi lubrificada com vaselina líquida (Chemco Ind. E Comércio Ltda, Campinas, São Paulo). Após este procedimento, a matriz foi colocada em estufa modelo CG 311 (Fanen Comércio Ltda, São Paulo, Brasil) a 45ºC por 5 minutos, com a finalidade de facilitar o escoamento da cera fundida, evitando assim a ocorrência de falhas no padrão de cera. Após o aquecimento, a matriz foi posicionada verticalmente na bancada sobre uma placa de vidro, sendo mantida com suas partes justapostas por uma pequena prensa. Cera azul para incrustações metálicas (Kerr, Manufactoring Co. Romulus, Michigan, EUA) foi liquefeita em um plastificador para cera com temperatura constante e controlada (Dippy pro, Yet Dental, Alemanha) e inserida no interior da matriz com o auxílio de um conta-gotas de vidro de pescoço longo, até que toda a cavidade fosse preenchida e houvesse um pequeno extravasamento da cera na porção superior da matriz, quando então uma outra placa de vidro foi posicionada sobre o excesso e mantida com uma carga de 500gf, até a completa solidificação da cera. Após a remoção dos excessos de cera na porção superior e inferior da matriz com o auxílio da uma espátula do tipo Le Cron – (S.S.White Artigos Dentários Ltda, Juiz de Fora, Brasil), a matriz foi aberta e o padrão removido do seu interior. Para a confecção do conduto de alimentação foi utilizado fio de cera redondo com 5mm de diâmetro (Dentaurum J.P.Winkelstroeter KG, Pforzheim, Alemanha). Uma haste em forma de “V” foi confeccionada e unida às extremidades do padrão e o conjunto fixado à base formadora de cadinho. (Figura 5). Em seguida, o anel de silicone número 6 (Dentaurum J.P., 53 Winkelstroeter KG, Pforzheim, Alemanha) medindo 72mm de altura por 62mm de diâmetro foi posicionado sobre a base, de modo que o padrão pudesse ficar a uma distância de 8mm das paredes laterais e 10mm da extremidade superior do anel (Figura 6). Figura 5 – padrão unido ao conduto de Figura 6 – padrão no interior do anel. alimentação. Em seguida, o líquido umectante (Kota Ind. E Comércio Ltda, São Paulo, São Paulo) foi aplicado em toda a estrutura com o auxílio de um pincel pêlo de marta nº 165 (Pincéis Tigre S.A., São Paulo, Brasil) e deixado para secar, antes do processo de inclusão. O revestimento utilizado para a inclusão foi o Rematitan Plus (Dentaurum J.P. Winkelstroeter KG, Pforzheim, Alemanha) na proporção de 500g de pó para 80 ml de líquido (recomendado pelo fabricante) que foram espatulados por 60 segundos em um espatulador a vácuo Multivac 4 (Degussa-Huls, Hanau, Alemanha) e incluído sob constante vibração. Após o completo preenchimento, o anel foi deixado sobre a bancada por 15 minutos. 54 4.2.2 - Fundição A técnica descrita a seguir para as fundições dos corpos-de-prova foi a mesma para os dois ensaios realizados (fluidez e tração). O bloco de revestimento foi submetido ao ciclo de aquecimento em forno EDG 7000 (EDG Equipamentos, São Carlos, São Paulo), tendo como variação a temperatura final do refratário: T1 - 430ºC, T2 - 480ºC e T3 - 530ºC, de acordo com a tabela 2, sendo a condição T1 a temperatura recomendada pelo fabricante do revestimento (grupo controle). TABELA 2 – Ciclos de aquecimento para o revestimento Rematitan Plus. Rampa / temperatura Velocidade aquecimento/ resfriamento Patamar / rampa Temperatura permanência 1 ambiente / 250ºC 5ºC / minuto 1 / 250ºC 90 minutos 2 250 / 1000ºC 5ºC / minuto 2 / 1000ºC 90 minutos 3 1000 / 430ºC / 480ºC / 530ºC 5ºC / minuto 3 / 430ºC / 480ºC / 530ºC 120 minutos Atingida a temperatura final, as fundições dos corpos-de-prova em Ti c.p. e Ti-6Al-4V foram realizadas na máquina Discovery Plasma (EDG equipamentos, São Carlos, São Paulo) – Figura 7, no laboratório departamento de Materiais Dentários e Prótese da Faculdade de Odontologia de Ribeirão Preto, USP. O processo é totalmente automatizado e a fundição ocorre por arco voltaico em atmosfera de gás argônio. A máquina possui 55 duas câmaras: uma superior onde encontra-se posicionado o cadinho de cobre sobre o qual insere-se o material a ser fundido, e uma câmara inferior, onde é posicionado o bloco de revestimento (Figura 8). Figura 7 – máquina para fundição Figura 8 – câmara superior e inferior O material a ser fundido (Ti c.p. e liga de Ti-6Al-4V) foi fornecido na forma de cilindro de 14mm de altura por 20mm de diâmetro com 22gramas cada um. Os cilindros de Ti c.p. e liga de Ti-6Al-4V foram colocados na câmara superior sobre o cadinho a uma distância de 5mm do eletrodo de tungstênio, usado para produzir o arco voltaico. Neste momento, a máquina é fechada e acionada onde, através de um dispositivo acoplado à máquina (bomba) é criada uma atmosfera de vácuo na câmara inferior, ao mesmo tempo em que é injetado o gás argônio, criando uma atmosfera inerte. Alcançada a pressão desejada no interior da máquina, o eletrodo de tungstênio começa a produzir o arco voltaico. Após a 56 fusão do metal o cadinho é vertido e, devido à diferença de pressão entre as duas câmaras, o metal fundido é injetado no interior do bloco de revestimento, localizado na câmara inferior. Finalizado o processo de fundição, o bloco de revestimento foi retirado da máquina e resfriado por imersão em água. Após seu completo resfriamento, foi realizada a desinclusão, utilizando-se um aparelho desinclusor Ultrasonic Clear 1440 D (Odontobrás Comércio Ltda, São Paulo, São Paulo). Em seguida, os corpos-de-prova foram jateados com partículas de óxido de alumínio (Wilson, Polidental Ind. Com. Ltda, São Paulo, Brasil) de 100 µm e 50 µm para a remoção da camada de reação do titânio fundido (α- case) e o revestimento remanescente dos corpos-de-prova do teste de tração e fluidez, respectivamente, utilizando-se o jateador Multijet III (EDG equipamentos, São Carlos, São Paulo) com 80 libras de pressão, sendo posteriormente realizado acabamento com fresas em baixa rotação com a finalidade de remover pequenos nódulos presentes na peça fundida (Figuras 9, 10, 11 e 12). 57 Figuras 9 e 10 – corpos-de-prova após a fundição, antes do acabamento. Figuras 11 e 12 – corpos-de-prova após o acabamento e limpeza com óxido de Alumínio. Em seguida, os corpos-de-prova para o ensaio de tração foram separados dos seus respectivos condutos de alimentação utilizando-se uma cortadeira de metal Metaserv 1000 (Buehler, Lake Bluff, Illinois, EUA) - Figura 13. Figura 13 – corpo-de-prova separado do conduto de alimentação 58 4.2.3 Análise radiográfica dos corpos-de-prova fundidos Os corpos-de-prova para o ensaio de tração foram submetidos a exame radiográfico para detecção de possíveis defeitos de fundição que inviabilizassem o uso posterior. Para a tomada radiográfica foi utilizada a unidade laboratorial X-Control (Dentaurum, Pforzheim, Alemanha), com tensão de 70 kv, corrente de 8 mA e distância de trabalho de 200mm. Foi utilizado filme branco e preto Polapan 57 (Polaroid Corporation, Cambridge, USA), de tamanho 9 X 12 cm, e tempo de exposição de 1,5 segundos. Após a exposição, o filme foi autoprocessado por 15 segundos à temperatura de 21º C. (Figura 14). Figura 14 – radiografia dos corpos-de-prova. 59 4.2.4 Teste de fluidez Para a determinação da fluidez, foi utilizado o método preconizado por HIRANO et al.34, que consiste em medir o comprimento total dos filamentos da tela de nylon original e comparar com a extensão dos filamentos reproduzidos nas peças fundidas. Para isto, a tela original foi fotografada por meio de câmera fotográfica digital (Cyber – shot DCS-P71, Sony), posicionada juntamente com um paquímetro milimetrado para auxiliar na calibração para a realização da mensuração. O comprimento dos filamentos foi mensurado em milímetros, utilizando-se o programa de análise de imagem (Leica Qwin, Leica ), sendo o comprimento dos filamentos da tela original de nylon de 284mm (Figura 15). Para as peças fundidas foi utilizado o mesmo recurso (Figura 16). Figura 15 – padrão original (284 mm). Figura 16 – padrão fundido. Adicionalmente, foi realizada a comparação em porcentagem da extensão da tela original e a peça fundida, de acordo com a seguinte fórmula: 284 mm ________ 100% A = extensão dos filamentos fundidos A _______________ B B = % dos filamentos fundidos A = B x 284 ÷ 100 60 Foram fundidos trinta corpos-de-prova para o teste de fluidez, sendo quinze em Ti c.p. e quinze na liga Ti-6Al-4V. 4.2.5 Teste de Tração Os corpos-de-prova foram submetidos ao teste de tração em uma máquina de testes mecânicos MTS modelo 810 (MTS System Corporation, Minessota, EUA). Para acoplar o corpo-de-prova aos mordentes da máquina de ensaios, foi utilizado um dispositivo com uma das extremidades dotada de cavidade preparada para receber o corpo-de-prova, e a outra extremidade livre foi fixada aos mordentes da máquina (Figura 17). Após o acoplamento do disposivo, a máquina foi acionada à velocidade de 1,0 mm/min. e no momento em que ocorreu a ruptura do corpo-de-prova, o softwear Test Work 2 (MTS System Corporation, Minnesota, EUA) acoplado à máquina forneceu o valor da tensão máxima. Figura 17 – corpo-de-prova acoplado para o teste de tração. 61 Foram fundidos trinta corpos-de-prova para o teste de resistência à tração, sendo quinze em Ti c.p. e quinze na liga Ti-6Al-4V. 4.2.6 Análise metalográfica A estrutura metalográfica de cada condição do experimento para o teste de tração foi analisada por meio de microscopia ótica, no intuito de revelar possíveis alterações na microestrutura provocada pelo aumento da temperatura final do ciclo do revestimento. Para tanto, a superfície dos corpos-de-prova foi submetida à polimento metalográfico utilizando lixas de carbeto de silício nas granulações de 600, 1200, 2000 e 4000 e, posteriormente, polida com discos de feltro e pasta de alumina de 1,0 e 0,3 µm (Buehler, Lake Bluff, Illinois, EUA), sob refrigeração à água na politriz Metaserv (Buehler, Uk Ltd, Coventry, England). A superfície polida foi atacada com reagente de Kroll: 1-3 ml de HF (agente redutor) e 3-6ml de HNO3 (agente oxidante), por 45 segundos. Obtida a revelação da microestrutura, as amostras foram submetidas ao exame metalográfico por Microscopia ótica (Neophot 21, CarlZeiss Jena) com aumento de 200 X. As imagens visualizadas foram capturadas por meio de uma câmera digital (JVC TK 1380U CCD, Victor Company of Japan Limited, Tokyo, Japan) e analisadas pelo software Leica Qwin (Leica Microsystem Imaging Solutions Ltda., Cambridge, England). 62 4.2.7 Análise da fratura Com a finalidade de caracterizar as possíveis alterações provocadas pela elevação da temperatura do revestimento na estrutura do Ti c.p. e da liga Ti-6Al-4V, foi realizada uma análise de fratura utilizando microscopia eletrônica de varredura (MEV) no laboratório da disciplina de Endodontia da Faculdade de Odontologia de Bauru, USP. Após o ensaio de tração, foi selecionado um fragmento de cada um dos grupos do experimento e a peça levada ao microscópio eletrônico de varredura (JEOL T-330 A – Jeol Ltd, Tokyo, Japão), acoplado ao analisador dispersivo de energia e câmera fotográfica com um aumento em 500 X. 64 5. Resultados 5.1 Fluidez Na tabela 5.1.1 estão representados os valores (mm) da fluidez, média, desvio padrão e porcentagem dos corpos-de-prova com seus respectivos grupos. Tabela 5.1.1 - valores da fluidez (mm), média, desvio padrão e porcentagem. Grupos Ti cp 430 controle Ti cp 480 Ti cp 530 Liga 430 controle Liga 480 Liga 530 1 25,95 39,21 67,88 39,56 50,01 79,03 2 32,23 42,67 69,05 43,85 50,44 75,65 3 37,86 46,55 67,57 49,95 56,59 86,24 4 38,26 40,32 67,08 49,55 55,33 85,20 5 43,85 39,56 68,70 46,81 67,98 76,79 média 35,63 41,66 68,05 45,94 56,07 80,58 dp 6,7956 3,0471 0 ,8097 4,3284 7,2644 4,8593 % 12,54 14,67 23,96 16,18 19,74 28,37 Os valores médios estão representados no gráfico 5.1, onde pode-se observar a evolução no índice de fluidez de acordo com o aumento da temperatura de estufagem do revestimento. 65 Gráfico 5.1 – fluidez média dos materiais de acordo com as temperaturas. A tabela 5.1.2 mostra o teste estatístico de análise de variância 2 critérios (ANOVA) para os materiais e as temperaturas. Tabela 5.1.2 - Teste ANOVA para os materiais e as temperaturas. ANOVA 1. Material ; 2 – Temperatura Efeito Df Efeito Ms Efeito Df Erro Ms Erro F Nível Mat. Temp Inter. 1* 2* 3 1156,178* 3062,534* 10,498 24 * 24 * 24 25,20679 * 25,20679 * 25,20679 45,8677 * 121,4964 * , 4165 0, 000001 * 0, 000000 * 0 , 664036 (*) significante. 66 De acordo com os resultados estatísticos apresentados na tabela 5.1.2, houve uma diferença estatisticamente significante para o teste de fluidez, tanto para os materiais como para as temperaturas, porém sem interação entre as duas variáveis. Posteriormente foi realizado o teste de Tukey para verificar as possíveis diferenças estatísticas entre os materiais (Tabela 5.1.3) e entre as temperaturas (Tabela 5.1.4 ). Tabela 5.1.3 – Teste de Tukey para os materiais. Teste de Tukey – Variável para Fluidez Efeito: MATERIAL Material Média 1 2 Ti cp ( 1 ) Liga ( 2 ) 48,44933 60,86553 x x (*) valor crítico = 7,3538 67 Tabela 5.1.4 – Teste de Tukey para as temperaturas. Teste de Tukey – Variável para fluidez Efeito: Temperatura TEMP (ºC) Média 1 2 3 430 ( 1 ) 480 ( 2 ) 530 ( 3 ) 40,78700 48,86600 74,31900 x x x (*) valor crítico = 8,0285 De acordo com os resultados mostrados na tabela 5.1.3, houve uma diferença estatisticamente significante entre a fluidez do Ti c.p. e da liga Ti-6Al-4V, sendo esta última com melhores resultados. Da mesma forma, na tabela 5.1.4 os resultados mostraram uma diferença estatisticamente significante na fluidez entre as temperaturas, sendo os melhores resultados obtidos na temperatura de 530ºC, em seguida a 480ºC e 430ºC. Para determinar se, dentro de cada um dos materiais houve diferença estatisticamente significante na fluidez, foi empregado o teste de variância 2 critérios (ANOVA) ( tabela 5.1.5 ). 68 Tabela 5.1.5 – Teste ANOVA para o Ti c.p. C.VARIAÇÃO G.L S.Q Q.M F TRATAMENTOS RESÍDUOS 2 12 2974,1229 224,4834 1487,0614 18,7070 79,49 * TOTAL 14 3198,6063 (*) significante Conforme resultados da tabela 5.1.5, houve diferença significante para a fluidez do Ti cp entre as temperaturas. Aplicou-se o teste de Tukey para se avaliar, entre quais temperaturas poderia haver diferenças estatisticamente significante. ( Tabela 5.1.6 ). Tabela 5.1.6 - Análise estatística da fluidez do Ti c.p. de acordo com as temperaturas finais de aquecimento do revestimento. Teste de Tukey Tratamento Média de fluidez (mm) 3 - 530ºC 68,0560 A 2 - 480ºC 41,6620 B 1 - 430ºC 35,6300 B valor crítico = 7,2922 69 De acordo com os resultados da tabela 5.1.6, houve diferença estatisticamente significante para a fluidez do Ti cp entre a temperatura de 530ºC em relação à de 430 e 480ºC, que não diferiram entre sí. Para a liga Ti-6Al-4V, repetiu-se o teste estatístico ANOVA a fim de avaliar possíveis diferenças estatísticas para a fluidez, entre as temperaturas (Tabela 5.1.7 ). Tabela 5.1.7 - Teste ANOVA para liga Ti-6Al-4V C.VARIAÇÃO G.L S.Q Q.M F TRATAMENTOS RESÍDUOS 2 12 2974,1229 224,4834 1487,0614 18,7070 79,49 * TOTAL 14 3198,6063 (*) significante Conforme os resultados da tabela 5.1.7, houve diferenças significantes entre as temperaturas, para a fluidez da liga Ti-6Al-4V. Aplicou- se o teste de Tukey para verificar entre quais temperaturas a diferença foi significante (Tabela 5.1.8). 70 Tabela 5.1.8 - Análise estatística da fluidez da liga de titânio de acordo com as temperaturas finais de aquecimento do revestimento. Teste de Tukey Tratamento Média para fluidez (mm) 3 - 530ºC 80,5820 A 2 - 480ºC 56,0700 B 1- 430ºC 45,9440 C Valor crítico = 9,4936 De acordo com os dados fornecidos na tabela 5.1.8, observou-se uma diferença estatisticamente significante entre as três temperaturas para a fluidez da liga Ti-6Al-4V. Pelos resultados apresentados, parece haver um aumento no índice de fluidez, conforme aumenta a temperatura final de aquecimento do revestimento, tanto para o Ti c.p. quanto para a liga Ti-6Al-4V. 71 5.2 Resistência à tração Na tabela 5.2.1 estão representados os valores (MPa) da resistência à tração, média e desvio padrão dos corpos-de-prova com seus respectivos grupos. Tabela 5.2.1 – Resistência à tração, média e desvio padrão do Ti c.p. e Liga Ti-6Al-4V (valores em MPa). Grupos Ti cp 430 controle Ti cp 480 Ti cp 530 Liga 430 controle Liga 480 Liga 530 1 492,41 516,30 491,14 960,95 971,50 1074,21 2 537,50 503,22 396,68 958,89 957,67 920,98 3 530,23 459,06 530,14 963,11 971,60 960,67 4 480,20 497,10 551,90 978,63 965,34 1044,68 5 390,17 531,14 523,34 945,07 925,23 1028,47 média 486,10 501,16 498,14 961,33 958,26 1005,80 dp 58,8783 26,7468 61,0145 11,9681 19,3307 63,1202 Os valores médios estão representados no gráfico 5.2, onde pode-se observar uma evidente diferença nos índices de resistência à tração entre os dois materiais. 72 Gráfico 5.2 – média da resistência à tração dos materiais de acordo com as temperaturas. A tabela 5.2.2 mostra o teste estatístico de análise de variância 2 critérios (ANOVA) para os materiais e as temperaturas. Tabela 5.2.2 – Teste ANOVA para resistência à tração entre os materiais e as temperaturas. ANOVA 1 – Material, 2 - Temp EFeito Df Efeito Ms Efeito Df Erro Ms Erro F Nível Mat Temp Inter 1* 2 3 1726786, * 2258, 1606, 24 * 24 * 24 2067,674 * 2067,674 * 2067,674 * 835,1345 * 1,0922 0 , 7767 0, 000000 * 0, 351574 0, 471163 73 De acordo com os resultados estatísticos apresentados na tabela 5.2.2, houve uma diferença estatisticamente significante para o teste de resistência à tração entre os materiais, porém sem diferença estatística entre as temperaturas. Posteriormente foi realizado o teste Tukey para verificar as possíveis diferenças estatísticas entre os materiais ( Tabela 5.2.3). Tabela 5.2.3 – Teste Tukey para os materiais Teste de Tukey – Variável para resistência à tração Efeito:: MATERIAL Material Média 1 2 Ti cp ( 1 ) Liga ( 2 ) 495,3020 975,1334 0 ,000152 0 ,000152 De acordo com os resultados mostrados na tabela 5.2.3, houve uma diferença estatisticamente significante entre a resistência á tração do Ti cp e da liga Ti-6Al-4V, sendo esta última com melhores resultados. Para se determinar se, dentro de cada um dos materiais, houve diferença estatisticamente significante na resistência à tração em virtude da variação da temperatura de aquecimento do revestimento, foi empregado o teste de variância 2 critérios (ANOVA). 74 Na tabela 5.2.4 observamos o resultado para o Ti cp e na tabela 5.2.5 os resultados para a liga de Ti –6Al-4V. Tabela 5.2.4– Teste ANOVA para o Ti c.p. C.VARIAÇÃO G.L S.Q Q.M F TRATAMENTOS RESÍDUOS 2 12 650,7264 31619,8642 325,3632 2634,9887 0,12 NS TOTAL 14 32270,5906 NS – não significante Tabela 5.2.5– Teste ANOVA para a liga Ti-6Al-4V. C.VARIAÇÃO G.L S.Q Q.M F TRATAMENTOS RESÍDUOS 2 12 7077,6930 18004,3130 3538,8465 1500,3594 2,36 NS TOTAL 14 25082,0059 NS – não significante De acordo com os resultados das tabelas 5.2.4 e 5.2.5, a variação na temperatura de aquecimento do revestimento, não apresentou significado na resistência á tração, tanto do Ti cp quanto da liga Ti-6Al-4V. 75 5.3 – Resultado da análise de fratura 5.3.2 – Microscopia óptica O exame de microscopia óptica evidencia que o aumento da temperatura do molde não alterou o padrão das estruturas, tanto para o Ti cp (figuras 5.1, 5.2 e 5.3) quanto para a liga (figuras 5.4, 5.5 e 5.6). Figura 5.1 – Ti cp 430ºC Figura 5.2 – Ti cp 480ºC Figura 5.3 – Ti cp 530ºC 76 Figura 5.4 – Liga 430ºC Figura 5.5 – Liga 480ºC Figura 5.6 – Liga 530ºC 77 5.3.1 – Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) Nas figuras 5.7, 5.8 e 5.9 são mostradas as superfícies fraturadas do Ti cp para as temperaturas 430, 480 e 530ºC, respectivamente, assim como para a liga Ti-6Al-4V nas figuras 5.10, 5.11 e 5.12. Nota-se que para ambos os materiais não houve alterações no tipo de fratura de acordo com a elevação da temperatura do revestimento. Figura 5.7 – Ti cp 430ºC Figura 5.8 – Ti cp 480ºC Figura 5.9 – Ti cp 530ºC 78 Figura 5.10 – Liga 430ºC Figura 5.11 – Liga 480ºC Figura 5.12 – Liga 530ºC 80 6 – Discussão Quando se planeja uma restauração protética, deve-se atentar não apenas para o aspecto estético, mas também o aspecto mecânico e biológico do material restaurador, já que esse será submetido a constantes forças, como compressão, tração e cisalhamento durante os movimentos funcionais e parafuncionais, além de estar em contato direto com tecidos vivos, como dente e os tecidos periodontais. Por isso, em algumas situações, lança-se mão de restaurações confeccionadas, total ou parcialmente, com ligas metálicas. A escolha da liga com a qual a prótese será confeccionada é o ponto de partida pois, a partir dessa decisão, é que os componentes com os quais se trabalharão, serão escolhidos. Vários fatores são listados como de importância para conduzir a escolha: - biocompatibilidade10, 39, 65; - baixa densidade88 ; - resistência à corrosão3, 82 ; - baixo potencial de liberação dos componentes tóxicos da liga3,91 e custo acessível10, 26, 63, 66. Por apresentar as características citadas acima, o titânio é atualmente o material largamente aceito para a confecção de implantes dentários. As maiores dificuldades no processo de fundição do titânio e suas ligas estão na grande reatividade deste metal devido a alta temperatura de fusão e a sua elevada reatividade com os principais gases presentes na atmosfera: oxigênio, nitrogênio e hidrogênio31, 72, 78, 90. Por ser altamente reativo com esses elementos não pode ser fundido em atmosfera ambiente, sendo necessário fazê-lo em câmara 81 preenchida com gás inerte (argônio), de preferência com baixa pressão. Porém, os gases ambiente não são a única fonte de contaminação. Tanto o cadinho quanto o revestimento deveriam ser compostos por materiais que fornecessem elementos que não venham a contaminar o metal, mesmo com adição mínimas de quantidade de outros elementos, pois altera substancialmente suas propriedades físicas e mecânicas90. Portanto, a escolha de um revestimento que não provocasse esta interação com o metal e sua conseqüente contaminação é de grande importância. A sílica, tão amplamente utilizada nos revestimentos odontológicos, é contra-indicada em elevadas temperaturas, quaisquer de suas formas alotrópicas, pois reage com o titânio formando silicato de titânio, óxido de titânio e soluções sólidas, expresso pela reação: MSiO2 + nTi ? aTiO2-X + Ti (O) + cTix Siy Onde Ti (O) é oxigênio em solução sólida na camada superficial do titânio fundido. Tais reações ocorrem em temperaturas na faixa de 600ºC a 1300ºC 90, Embora a maioria dos revestimentos seja aglutinado por fosfato, existem relatos na literatura a respeito de bons resultados obtidos com revestimentos aglutinados por silicato de etila19, por magnésio36, 58 e até mesmo por Zircônia28,45. Em formulações experimentais desenvolvidas especialmente para a fundição de titânio, a sílica pode ser substituída por outros óxidos refratários menos reativos, sendo a fundição realizada com anel a 900ºC sem que se observe a degradação do sulfato de cálcio. Yan & 82 Takahashi86, em 1998, relataram ótimos resultados com revestimentos aglutinados por alumina e magnésio. Os revestimentos à base de zircônia, alumina e magnésio produzem pequena quantidade de energia livre, que diminuem a formação da camada de óxido no titânio fundido, ao contrário do que ocorre nos revestimentos à base de sílica, já que este material quando aquecido à altas temperaturas promove uma espessa camada de reação que tende a se difundir para o interior do metal fundido, podendo causar alterações em algumas das suas propriedades mecânicas57, 94. Ida et al.36, em 1982, fizeram um estudo sobre revestimentos especiais para a fundição de titânio à base de magnésio, fosfato aglutinado por sílica e suas derivações. Os revestimentos à base de magnésio (96% de MgO) apresentaram os melhores resultados quanto à dureza Vickers e à resistência à tração, sendo portanto os mais adequados para este uso. Togaya et al.80, em 1985, relataram terem obtido sucesso na fundição de titânio utilizando um revestimento à base de magnésio aglutinado por cimento de alumina (CaO – Al2O3) e 5% de zircônia. Miyakawa et al49, em 1989 analisou a interface do titânio obtido em fundições que utilizaram revestimentos fosfatados aglutinados por sílica e por alumina, concluindo que os revestimentos aglutinados por sílica produziam uma superfície de reação maior do que o outro. Watari94, em 1989, mostrou que um revestimento à base de SiO2 era mais reativo com o metal fundido do que um revestimento à base de Al3O2. Takahashi et al.74, 75, após estudos com cinco marcas de revestimentos aglutinados por 83 fosfato de sílica, concluíram que a variação na quantidade de cristobalita e quartzo nos revestimentos aumentava a camada reativa entre o molde de revestimento e a fundição, comprometendo o resultado final, principalmente quando o revestimento era aquecido acima de 600ºC. Por isso, a maioria dos revestimentos utilizados na fundição do titânio apresenta uma temperatura final inferior aos 600ºC72, 83. Doi et al.22, em 1992, examinou as propriedades mecânicas do titânio fundido com diferentes marcas comerciais de revestimentos, entre elas a resistência à tração. De acordo com o autor, a seleção do revestimento na fundição do titânio é importante, não só para o sucesso ou falha da fundição, mas como um fator controlador das propriedades do titânio fundido. Uma outra solução para o problema consiste na aplicação de uma camada de óxidos estáveis sobre o padrão a fim de não permitir o contato direto do titânio com o revestimento. Wang & Welsch90, em 1998, obtiveram sucesso através da aplicação de um spray de ítria (Y2O3) sobre o padrão, previamente à inclusão em revestimento fosfatado. Desta forma, o metal líquido ao preencher o molde não entra em contato com os óxidos reativos do revestimento. Porém, apesar de muitos aspectos favoráveis, os revestimentos à base de alumina, zircônia e magnésio apresentam algumas condições que minimizam o seu uso, como uma expansão térmica insuficiente para 84 compensar a contração de fundição do titânio e suas ligas que situa-se de 1 a 1,1% 49, 75, além do custo elevado. O desenvolvimento de revestimentos, máquinas e técnicas especiais para a fundição, deram destaque ao titânio e reacendeu nos profissionais a esperança de poder contar com um material biocompatível e de baixo custo para a confecção de próteses70. Porém, algumas características como, baixa capacidade na reprodução de detalhes34, interação da superfície com o revestimento48 e a ocorrência de porosidades70, 88 são, ainda, os responsáveis pelas dificuldades quanto a sua utilização em larga escala. A reprodução de detalhes é um fator de fundamental importância na escolha da liga, já que os trabalhos protéticos exigem adaptações cada vez mais precisas, com o intuito de aumentar a vida útil dessas peças. Esta capacidade está diretamente relacionada com a fluidez da liga. Para Donovan & White25 , em 1985, fluidez é definida como a capacidade do metal fundido quando injetado completar totalmente o molde criado pela elimi