P á g i n a | 1 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Marchelo Augusto Coser Efeito do tratamento térmico sobre o grau de molhabilidade de liga experimental Ti-30Ta Trabalho de Conclusão de Curso como parte dos requisitos para obtenção do Título de Bacharel em Odontologia da Faculdade de Odontologia de Araçatuba, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”. Orientadora: Profª.Adj.Maria Cristina Rosifini Alves-Rezende Araçatuba – SP 2010 P á g i n a | 2 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Dedicatória Dedicatória P á g i n a | 3 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Aos meus pais, Bruno e Renata, e minha irmã, Aline, os quais sempre me apoiaram em tudo, estiveram presentes em todos momentos de alegria e tristeza! Ao Renato ( Cajuru ), que sempre me apoiou nas horas de dificuldade, e sempre me instruiu sabiamente sobre o que devemos fazer de nossas vidas! Ao Everton, que sempre me inundou com sua vontade de viver e me inspirou com a sua boa vontade! P á g i n a | 4 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Agradecimentos Agradecimentos P á g i n a | 5 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Agradeço primeiramente a Prof.ª Maria Cristina , por ser minha orientadora nesse trabalho , por ser paciente e por ser um exemplo de bondade que todos devemos seguir!! Agradeço a Ordem DeMolay por ser uma escola da vida e de líderes pra mim. Aos Pacientes por serem compreensivos e pacientes conosco e oferecerem sua boca de boa vontade para podermos aprender. A Faculdade de Odontologia de Araçatuba por me ensinar tanto, sem pedir nada em troca. Aos meus amigos: Jônatas, Leonardo, Bruno, Victor, Altair, Thiago, Fabiano, Renato, Everton, Nairobi, Carlos, Djeferson, Danilo Masocatto, Danilo Loli, Eduardo, Marcos, Jean, Pedro, Felipe, Guilherme Netto, Gestter, Luiz, por me fazer rir sempre que os encontro. P á g i n a | 6 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser As minhas amigas: Ana Flávia, Amanda,Carla, Talita, Laís, Marjorie,Ariane, Stefania, Sheila, Mariana, por tornarem minha vida mais feliz. Aos Professores Américo, Elerson, Paulo, Maria Lúcia, Bedram, Ana Maria, Alvimar, Alessandra, Oswaldo, Maria José, Valdir, Álvaro, Ricardo, Laumer, Mara, Sandra, Poi, Robson, os quais me ensinaram a como ser um profissional competente e amar a Odontologia! P á g i n a | 7 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Felicidade pode ser encontrada até mesmo nos momentos mais escuros, desde que nós nos lembramos de acender a luz! Marchelo Augusto Coser P á g i n a | 8 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Resumo COSER MA NA, ALVES-REZENDE MCR. Efeito do tratamento térmico sobre o grau de molhabilidade de liga experimental Ti-30Ta. 2010. 66p. (Trabalho de P á g i n a | 9 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Conclusão de Curso – Graduação). Faculdade de Odontologia, Universidade Estadual Paulista, Araçatuba. RESUMO Embora a liga Ti-6Al-4V seja ainda empregada na área biomédica devido as suas excelentes propriedades mecânicas e resistência à corrosão, estudos tem demonstrado que a liberação de íons de vanádio e alumínio pode acarretar problemas de saúde a longo prazo, o que tem levado ao desenvolvimento de novas ligas de titânio. Na atualidade novas formulações para ligas odontológicas à base de titânio têm sido propostas agregando elementos químicos com qualidades físicas e biológicas satisfatórias, tais como resistência ao desgaste, baixo módulo de elasticidade e comportamento biológico facilitador da osseointegração. Por sua vez, a osseointegração depende do material empregado, do processo de fabricação, desenho, condições de usinagem, acabamento superficial, tipo do osso que recebe o implante, técnica cirúrgica, características da prótese que será aplicada sobre os implantes e condições de carregamento durante a mastigação. Avaliou-se o grau de molhabilidade da superfície da liga Ti-30Ta após tratamento térmico. Foram confeccionados 20 discos de liga Ti-30Ta com 13mm de diâmetro e 3 mm de espessura, divididos em 2 grupos, GI-controle e GII-tratamento térmico: tratamento a 300ºC por 1h em forno elétrico. Todos os espécimes foram levados a Goniômetro300-F1(Ramé-Hard Inst.Co) para leitura do ângulo de contato. Os resultados obtidos apontaram valores médios de 82,5+0.98 para GI P á g i n a | 10 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser e 23,31+0,06 para GII. Conclui-se que o tratamento térmico permitiu maior molhabilidade e menor tensão superficial ao material. Unitermos : Titânio, tratamento térmico, tensão superficial P á g i n a | 11 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Abstract P á g i n a | 12 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser COSER MA, ALVES-REZENDE MCR Effect of heat treatment on the wettability of experimental alloy Ti-30Ta. 66p. 2010 (Academic Paper). Araçatuba: Faculty of Dentistry – São Paulo State University. ABSTRACT Although the Ti-6Al-4V is still employed in the biomedical area due to its excellent mechanical properties and corrosion resistance, studies have shown that the release of vanadium ions and aluminum can cause health problems in the long term, which has led the development of new titanium alloys. At present new formulations for dental alloys based on titanium have been proposed adding chemicals with satisfactory physical and biological qualities, such as wear resistance, low modulus and biological behavior of the facilitator osseointegration. In turn, osseointegration depends on the material used, the manufacturing process, design, machining conditions, surface finish, type of bone receiving the implant, surgical technique, type of prosthesis that will apply over the implants and loading conditions during mastication. The aim of this study was to evaluate the wettability of Ti-30Ta experimental alloy when subjected to heat treatment. Were made 20 discs of Ti-30Ta alloy with 13mm in diameter and 3 mm thick, divided into two groups: GI and GII, control and heat treatment: treatment at 300 º C for 1h in an electric furnace. All specimens were taken Goniômetro300-F1 (Ramé- Hard Inst.Co) for reading the contact angle. Results showed mean values of 82,5+0.98 for GI and 23,31+0,06 for GII. It is concluded that the thermal treatment allowed higher wettability and lower surface tension to the material. Descriptors: titanium, thermic treatment, surface tension, P á g i n a | 13 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Lista de Tabelas P á g i n a | 14 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Lista de Tabelas Tabela 1 - Propriedades físicas do titânio.....................................................................23 Tabela 2 – Classificação das ligas de titânio comercialmente puro..............................25 Tabela 3– Fase e estrutura cristalina das ligas Ti-Mo...................................................29 Tabela 4 – Propriedades Mecânicas do sistema binário Ti-Mo.....................................29 Tabela 5 – Potencial de eletrodo padrão de elementos de liga....................................32 Tabela 6 – Composição e espessura da camada do filme de óxido formado sobre TiCP...............................................................................................................................34 Tabela 7 - Valores obtidos para os ângulos de contato (º)...........................................54 Tabela 8 - Médias das medidas do ângulo de contato (º).............................................54 P á g i n a | 15 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Lista de Figuras Lista de Figuras P á g i n a | 16 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Figura 1 – Celulas unitárias encontradas de acordo com a temperatura de transformação do titânio................................................................................................24 Figura 2 – Diagrama de Fases Ti-Mo............................................................................28 Figura 3 – Vista esquemática do filme de óxido formado sobre titânio CP..................33 Figura 4 - Ilustração esquemática da camada de óxido e seu processo de dissolução parcial e reprecipitação ................................................................................................35 Figura 5 – Representação esquemática do ângulo de contato.....................................39 Figura 6 - Forças atuando em átomos ou moléculas no interior e na superfície de um material..........................................................................................................................40 Figura 7– Forno a arco voltaico utilizado para obtenção das ligas...............................45 Figura 8 – Detalhe do cadinho de cobre refrigerado a água.........................................46 Figura 9 - Forno EDG com aquecimento por resistência elétrica..................................47 Figura 10- Equipamento para forjamento à frio FENN e os martelos...........................48 Figura 11 - Detalhe do tarugo preso a castanha do torno antes da usinagem.............49 Figura 12- Equipamento empregado para medida do ângulo de contato.....................50 Figura 13 - Imagem da gota de água sobre espécime de Ti-30Ta (Grupo Controle)........................................................................................................................54 Figura 14 - Imagem da gota de água sobre espécime de Ti-30Ta (Grupo Tratado).........................................................................................................................55 P á g i n a | 17 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Sumário Sumário P á g i n a | 18 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser 1. Introdução..............................................................................................20 2. Revisão da Literatura............................................................................23 3. Proposição.............................................................................................43 4. Material e Método..................................................................................53 5. Conclusão..............................................................................................58 6. Referências............................................................................................60 P á g i n a | 19 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Introdução 1. INTRODUÇÃO P á g i n a | 20 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Biomateriais metálicos são usados para reforçar a estrutura ou restaurar a função de tecidos duros, sendo usados para junções artificiais, ossos artificiais, placas de síntese, aparelhos ortodônticos, parafusos e implantes dentários17, 38. Dentre os biomateriais utilizados em implantodontia, o titânio é o mais empregado na fabricação de implantes dentários graças as excelentes propriedades mecânicas e estabilidade química derivadas da camada passiva de TiO2 formada após sua inserção nos tecidos3. Também a liga Ti-6Al-4V, inicialmente empregada em aplicações militares e aeroespaciais, passou a ser utilizada na área biomédica a partir da década de 1960 devido principalmente a sua excelente resistência mecânica, apesar de sua resistência à corrosão ser inferior a do titânio comercialmente puro (CP). Restrições passaram a ser feitas quanto ao emprego dessa liga, inicialmente, devido a presença do vanádio, que tanto no estado elemental, quanto na forma do óxido V2O5 é tóxico13,24. Outras desvantagens apresentadas por essa liga são sua baixa resistência ao desgaste e elevado modulo de elasticidade. Alguns autores52 substituíram o vanádio por neóbio, já que este possui menor risco biológico e permite a mesma formulação (Ti-6Al- 4Nb). No entanto, Walker et al.50 ressaltaram os possíveis danos em células do sistema nervoso causados por íons de alumínio, em qualquer uma das formulações. Por essa razão, novas ligas de titânio têm sido extensivamente pesquisadas nos último anos para essas aplicações, objetivando a obtenção de ligas de titânio livre desses elementos (vanádio e alumínio). P á g i n a | 21 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser P á g i n a | 22 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Revisão da Literatura 2. REVISÃO DA LITERATURA  Titânio e suas ligas P á g i n a | 23 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Algumas propriedades físicas do titânio não-ligado são dadas na tabela 1. Na forma elemental possui elevada temperatura de fusão (1668 ºC) e estrutura hexagonal compacta α até 882,5ºC e estrutura  (CCC) a partir dessa temperatura30. Tabela 1 – Propriedades físicas do titânio (Li et al, 30) O titânio já foi considerado um metal raro, no entanto, atualmente é um dos metais mais empregados na indústria. Foi descoberto em 1790, na Inglaterra, por Gregor, recebendo o nome titânio, da mitologia grega Titans, somente em 1795. Quimicamente, é um dos elementos de transição da tabela periódica, pois possui a camada d incompleta, o que torna possível sua combinação com diversos elementos formando soluções sólidas substitucionais. A transformação alotrópica do titânio ocorre a 892°C, mudando de estrutura cúbica de corpo centrado (fase ß) a temperaturas elevadas para hexagonal compacta (fase α) à temperatura abaixo desse ponto. A temperatura de transformação é fortemente influenciada pelos elementos intersticiais e PROPRIEDADES VALORES Número atômico 22 Peso atômico (g/mol) 7,9 Estrutura cristalina α,HCP c (Å) a (Å) Estrutura cristalina , CCC a (Å) 4,6832 ± 0,0004 2,9504 ± 0,0004 3,28 ± 0,003 Densidade g/cm3 4,54 Coeficente de expansão térmica, α, a 20ºC 8,4 x 10 -6 Condutividade térmica (W/mK) 19,2 Temperatura de fusão (ºC) 1668 Temperatura de transformação 882,5 Módulo de elasticidade, α, (GPa) 105 Tensão limite de escoamento, α, MPa 692 Limite de resistência à tração, α, MPa 785 P á g i n a | 24 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser substitucionais, isto é, pela pureza do metal. A célula unitária hexagonal da fase α é mostrada na Figura 1. Observa-se que a razão c/a para o titânio é equivalente a 1,587, menor que a razão ideal da célula hexagonal c/a=1,633. É possível verificar os planos com maior densidade, o plano basal (0 0 0 2) e os três planos prismáticos {1 0 1 0}. Na célula ccc verifica-se apenas uma variante dos seis planos {1 1 0} com a=0.332 nm.5 Figura 1 – Celulas unitárias encontradas de acordo com a temperatura de transformação do titânio cp (a) hexagonal compacta; (b) cúbica de corpo centrado (adaptado de Willians, 2003) De acordo com Weiss e Semiatin54 as ligas de titânio são classificadas em cinco categorias: alfa (α); pseudo alfa (pseudo-α); alfa mais beta (α + β); pseudo beta (pseudo-β), e beta (β). Low et al.35 utilizaram a seguinte classificação: alfa (α); pseudo alfa (pseudo-α); alfa mais beta (α + β); beta metaestável (β metaestável), e beta estável (β estável). Kikuchi et al.22 definem três classes como mais aceitas: alfa (α); alfa mais beta (α + β), e beta (β). O titânio comercialmente puro (Ti cp) é classificado como liga α, na qual o teor de oxigênio determina o seu grau (1 a 4) e a resistência mecânica, podendo a princípio ser considerado como liga Ti-O (Tabela 2). Os elementos químicos encontrados P á g i n a | 25 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser nessas ligas são o ferro e os intersticiais (carbono, oxigênio, nitrogênio e hidrogênio). O oxigênio e nitrogênio presentes nos interstícios produzem o endurecimento por solução sólida54. O hidrogênio possui baixa solubilidade, sendo sua presença indesejada6 por causar fragilidade. De acordo com Elias et al.14 a norma ASTM classifica a liga Ti-6Al- 4V como sendo o grau 5. Os elementos α estabilizadores permitem estabilização da fase α por meio do aumento da temperatura na qual essa fase é estável, isto é, eles são mais solúveis nessa fase e deslocam a temperatura transus para cima. Conforme indicado por Smith45 os elementos α estabilizadores são classificados em substitucionais (alumínio, gálio e germânio) e intersticiais (oxigênio, nitrogênio e carbono). Tabela 2 – Classificação das ligas de titânio comercialmente puro (Smith45) %p Ti Grau %p C %p Fe %p N %p 0 %p H 99,5 1 0,08 0,20 0,03 0,18 0,015 99,2 2 0,08 0,25 0,03 0,20 0,015 99,1 3 0,08 0,25 0,05 0,30 0,015 99,0 4 0,08 0,50 0,05 0,40 0,015 Alumínio, estanho e zircônio são os principais elementos utilizados nessas ligas porquanto favorecem o endurecimento por solução sólida e aumentam o limite de resistência em incrementos de 35-70 MPa por porcentagem de elemento adicionado54. As ligas α são materiais com fase única e estrutura cristalina hexagonal compacta. Diferentemente das ligas α + β e β, não podem ser endurecidas por tratamento térmico, o que lhes confere boa soldabilidade. Ti-5Al-2,5Sn é um exemplo de liga utilizada em aplicações criogênicas54. As ligas α + contêm um ou mais elementos β estabilizadores em quantidade suficiente para permitir a retenção de apreciável quantidade de fase β à temperatura7 ambiente, resultando em uma microestrutura α + β. As ligas Ti-5Al-2,5Fe e Ti-6Al-7Nb P á g i n a | 26 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser foram desenvolvidas na Europa, para aplicações médicas e odontológicas na década de oitenta51. Também a liga Ti-6Al-4V tem sido amplamente empregada como material para implantes cirúrgicos em função da combinação de sua excelente biocompatibilidade, resistência à corrosão e propriedades mecânicas25,26. No entanto, diversos autores têm questionado a presença do alumínio e vanádio, uma vez que a liberação de íons desses elementos tem sido associada a doenças como Doença de Alzheimer e inflamações nos tecidos, respectivamente19,33. Ligas α + β, livres de vanádio e alumínio (Ti-15Sn-2Ta-0,2Pd e Ti-15Zr-4Nb- 4Ta-0,2Pd) compostas de elementos não tóxicos estão em desenvolvimento. Nas ligas β metaestáveis ocorre a precipitação da fase α durante o envelhecimento abaixo da temperatura transus, por outro lado as ligas β estáveis não podem ser endurecidas por meio de envelhecimento54. Conforme descrito por Donachie-Jr (1989) o titânio não forma componentes intermetálicos com os elementos β estabilizadores isomorfos. Esses elementos, ao contrário dos α estabilizadores, diminuem a temperatura transus da liga estabilizando a fase β a baixas temperaturas. São divididos em dois grupos: isomorfos: molibdênio, vanádio, tântalo e nióbio, e eutetóides: cromo, manganês, ferro, cobalto, níquel e cobre4. Normalmente, em ligas β os teores encontrados para vanádio e molibdênio variam de 2 a 20%p, de 2 a 12%p para o cromo e de 2 a 6%p para o cobre. O ferro, além de β estabilizador, também é utilizado como refinador de grão, conforme relatado por Yamada55 e Lin et al.33. A presença do nióbio reduz o módulo de elasticidade15 tornando o seu uso indicado para aplicações ortopédicas, neste caso é interessante que o módulo de elasticidade apresente valores próximos ao osso humano (35GPa). A fase β usualmente é metaestável e possui a tendência de transformar-se em α + β na condição de equilíbrio. Após o tratamento de solubilização, a fase β P á g i n a | 27 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser metaestável é envelhecida a temperaturas de 450 a 650 oC para transformar parcialmente a fase β em fase α8. A fase α apresenta-se finamente dispersa na fase β retida, obtendo-se valores de resistência mecânica comparável ou superiores às ligas α + β envelhecidas. A desvantagem das ligas β em comparação com as ligas α + β é sua maior densidade. Na condição solubilizada (100% de fase β retida), essas ligas possuem boa dutilidade e tenacidade11. Segundo Anken e Greene4, a precipitação homogênea da fase α na fase β metaestável aumenta o limite de resistência e a dutilidade da liga. Conforme relatado por esses autores, o envelhecimento duplo para controlar a precipitação da fase α melhora o limite de resistência e a tenacidade da ligas titânio β. Segundo Kuroda, et al.26 as recentes pesquisas com biomateriais a base de titânio têm focado as ligas tipo β, pois as variáveis de processamento dessas ligas podem ser mais bem controladas para se produzir o resultado desejado. Esses autores indicam que as ligas β utilizadas para biomateriais são compostas por elementos não tóxicos como o nióbio, tântalo, zircônio, molibdênio e estanho.  Sistema binário Ti-Mo Embora a liga Ti-6Al-4V seja ainda empregada na área biomédica devido as suas excelentes propriedades mecânicas e resistência à corrosão, estudos tem demonstrado que a liberação de íons de vanádio e alumínio pode acarretar problemas de saúde a longo prazo, como neuropatia periférica e Doença de Alzheimer, o que tem levado ao desenvolvimento de novas ligas de titânio18. P á g i n a | 28 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Figura 2 – Diagrama de Fases Ti-Mo36 O diagrama de fases Ti-Mo exibe reação monotetóide; s s + s (21%p Mo à 695 oC), com fase única estável a alta temperatura, representada por (Ti,Mo) no diagrama de fases ilustrado na figura 2. À temperatura ambiente as ligas binárias Ti-Mo apresentam larga faixa de composição onde as fases e estão presentes9. He et al.17 correlacionaram as fases presentes e a estrutura cristalina em função da porcentagem de molibdênio e também estudaram algumas propriedades mecânicas (dureza, módulo de elasticidade e resistência à flexão). Os resultados obtidos estão indicados nas Tabelas 2 e 3. Para o sistema Ti-Mo a formação da fase α´ para teores de molibdênio é de até 4%, com precipitação de α´´ para teores entre 4 e 10%p. de molibdênio e da fase para teores acima desse valor. A decomposição da fase no resfriamento rápido ocorre por meio da competição entre mecanismos de difusão e cisalhamento, sendo que o ultimo se sobrepõe ao primeiro à medida que o teor de soluto aumenta. Dessa forma para ligas com teores superiores a 4% observa-se uma reação de decomposição que atua na formação da fase ortorrômbica α´´e provoca maior endurecimento da liga para menores tempos de envelhecimento. Para ligas contendo de 6 a 8%p de molibdênio P á g i n a | 29 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser verifica-se que a estrutura formada após o resfriamento rápido não apresenta a fase α´´, constituindo-se estrutura martensítica de aspecto acicular. Esse mecanismo de decomposição é um fenômeno que está associado a instabilidade na flutuação da composição verificada durante o resfriamento rápido. A decomposição de α´´ produz duas variantes ortorrômbicas dessa fase, sendo uma rica e outra pobre em soluto. Além das fases α´, α´´e ω resultantes da decomposição atérmica da fase β, tensões resultantes de processos de conformação podem levar à formação dessas fases4. Tabela 3– Fase e estrutura cristalina das ligas Ti-Mo Mo %p Fase Estrutura Cristalina 3 – 5 ’ Hexagonal 6 ’/” Hexagonal / Ortorrômbica 7,5 ” Ortorrômbica 9 ”/  Ortorrômbica / ccc 10 – 20  CCC Tabela 4 – Propriedades Mecânicas do sistema binário Ti-Mo Liga Propriedades Mecânicas Dureza (HV 200 g) Mod. Elast. (GPa) Resistência (MPa) Ti-6Mo 270 70 1480 Ti-7,5Mo 265 55 1400 Ti-9Mo 320 78 1485 Ti-10Mo 347 97 1780 Ti-12,5Mo 348 84 1420 Ti-15Mo 310 70 1380 Ti-17Mo 310 78 1650 Ti-20Mo 305 86 1620 P á g i n a | 30 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser As propriedades mecânicas da fase α´´ variam de acordo com o teor de soluto e com o tipo de elemento de liga. Dessa forma, ligas do tipo α, a fase α´´ apresenta baixo módulo de elasticidade, inferior ao da fase α´´, enquanto que para as ligas α+ observou-se comportamento inverso28,29.  Resistência à corrosão do titânio e suas ligas A corrosão pode ser definida como a deterioração de um metal, geralmente metálico, por ação química ou eletroquímica do meio ambiente aliada ou não a esforços mecânicos. A deterioração causada pela interação físico-química entre o material e o seu meio operacional representa alterações prejudiciais indesejáveis, sofridas pelo material, tais como desgaste, variações químicas ou modificações estruturais, tornando-o inadequado para o uso28,29. Este fenômeno ocorre, geralmente, pela transferência de elétrons e é simultâneo, isto é, sempre que há oxidação (perda de elétrons por uma espécie química), há também redução (ganho de elétrons por outra espécie química). Os metais no estado elementar têm, mais freqüentemente, de um a três elétrons no último nível energético, e quando reagem têm tendência a perder elétrons, oxidando-se. Portanto deve-se procurar evitar o contato com substâncias que têm tendência a ganhar elétrons (oxigênio e água), porque deste contato poderá resultar um processo de oxi-redução com conseqüente corrosão do metal28,29. Na corrosão eletroquímica os elétrons são cedidos em determinada região e recebidos em outra, formando uma pilha de corrosão. O eletrodo (material) no qual ocorre a reação de oxidação é denominado ânodo, e catodo no qual ocorre a reação de redução. A corrosão eletroquímica será tanto mais intensa quanto menor o valor de pH, isto é, teor elevado de H+, e quanto maior a concentração de oxigênio no meio corrosivo no eletrólito que o envolve28,29. P á g i n a | 31 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser No estudo dos processos corrosivos devem ser sempre consideradas as variáveis dependentes: material metálico, meio corrosivo e condições operacionais. Dentre essas variáveis devem ser consideradas: a) Material metálico – composição química, presença de impurezas, processo de obtenção, tratamentos térmicos e mecânicos, estado da superfície, forma, contato com outros metais; b) Meio corrosivo – composição química, concentração, impurezas, pH, temperatura, teor de oxigênio, pressão; c) Condições operacionais – solicitações mecânicas, movimento relativo entre material metálico e meio, condições de imersão no meio (parcial ou total), meios de proteção contra corrosão, operação contínua ou intermitente. A tendência à corrosão de metais está relacionada com seu potencial eletroquímico conforme pode ser observado na Tabela 4 de acordo com Bayramoglu et al.4 O titânio é um metal reativo, ou seja,quando exposto ao ar, água ou qualquer eletrólito forma óxido espontaneamente sobre sua superfície41. O filme de óxido formado possui espessura de aproximadamente 4nm o que corresponde a 20 vezes a distância interatômica (Figura 4). Ademais, possui modo de crescimento característico no qual íons de oxigênio migram em direção ao metal e reagem com o íon titânio na base do óxido. Este mecanismo é único para o titânio e alguns outros elementos com valência +4, como silício e zircônio. Na Tabela 5 é possível observar a composição e espessura obtidas por meio de XPS (Espectroscopia de Raios-X) para o titânio comercialmente puro31,34. Metais como alumínio e titânio, que apresentam potencial negativo, adotam estado passivo devido à formação da camada de óxido no meio. P á g i n a | 32 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Tabela 5 – Potencial de eletrodo padrão de elementos de liga 6 Reação Potencial de eletrodo padrão (V) Au + + e - = Au 1,43 Pt 2+ + 2e - = Pt 0,95 Pd 2+ + 2e - = Pd 0,58 Ag + + e - = Ag 0,55 Hg 2+ + 2e - = Hg 0,55 Cu 2+ + 2e - = Cu 0,09 Mo 6+ + 6e - = Mo -0,25 Sn 2+ + 2e - = Sn -0,39 Ni 2+ + 2e - = Ni -0,48 Co 2+ + 2e - = Co -0,53 Fe 2+ + 2e - = Fe -0,66 Cr 3+ + 3e - = Cr -0,81 Mn 2+ + 2e - = Mn -1,28 Ti 1+ + e - = Ti -1,88 Al 3+ + 3e - = Al -1,92 Be 2+ + 2e - = Be -1,95 Ce 1+ + e - = Ce -2,59 De acordo com a teoria da passividade, biomateriais metálicos em soluções aquosas são sistemas em que as superfícies ativas e passivas existem simultaneamente em contato com o eletrólito (Figura 5). Dessa forma, a camada de óxido existente na superfície dos metais repete em solução aquosa processo de dissolução parcial e reprecipitação. Se a taxa de dissolução é maior do que a reprecipitação, íons metálicos são liberados gradualmente16. Os íons metálicos liberados podem entrar em contato com células e tecidos, podendo ser distribuídos no corpo humano. Se estes íons não forem biocompatíveis, podem ocorrer danos ao organismo traduzidos por processos inflamatórios e riscos de sensibilização. P á g i n a | 33 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Figura 3 – Vista esquemática do filme de óxido formado sobre titânio CP  Estudos avaliando a resistência à corrosão do titânio CP e suas ligas em diferentes meios Toumelin-Chemla et al.48 estudaram a resistência à corrosão do titânio após imersão em géis odontológicos contendo fluoretos. Os autores avaliaram o titânio comercialmente puro (Ti CP) e a liga de Ti-6Al-4V após imersão em cinco diferentes meios: solução fisiológica de Ringer (pH 7,0); solução fluoretada (Fluorgel, pH 5,5); solução de Ringer com adição de fluoretos (pH 6,75); solução de Ringer com adição de ácido lático (pH 4,0) e solução fluoretada de Ringer com adição de ácido lático (pH 5,5). Os autores encontraram excelente resistência à corrosão do titânio nas soluções fisiológicas, sendo que o gel dental contendo fluoretos foi significantemente expressivo com respeito ao processo de corrosão. Recomendaram atenção na prescrição dos géis odontológicos quanto à sua composição. P á g i n a | 34 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Tabela 6 – Composição e espessura da camada do filme de óxido formado sobre Ti CP Baltazar et al.5 avaliaram o comportamento superficial do titânio utilizado como pilar protético de implante dentário quando em contato com flúor tópico acidulado. Para tanto, pilar de titânio-alumínio-vanádio foi analisado sob microscopia eletrônica de varredura (MEV) nos tempos zero (antes da imersão no gel de flúor), quatro, oito e doze minutos após a imersão. Após quatro minutos de imersão e pela análise visual da superfície da amostra, os autores observaram mudança na coloração da cor metálica brilhante inicial para coloração acinzentada, com aumento acentuado da tonalidade cinza após novas imersões na solução. Em aumentos de 50 e 2000 vezes sob MEV, observaram sensíveis mudanças na morfologia da amostra após as imersões, constatando aumento gradativo da corrosão na superfície. Concluíram que Elemento Polido mecanicamente (% at) Mais solvente orgânico (% at) Mais passivação com HNO3 (% at) Mais plasma de O2 (%at) Ti 14,8 ± 1,6 21,5 ± 1,1 26,1 ± 0,9 27,8 ± 0,8 O 46,8 ± 1,9 51,5 ± 2,0 54,4 ± 2,0 58,8 ±1,5 C 30,9 ± 2,1 25,1 ± 2,2 19,0 ± 2,9 12,8 ± 1,8 N 0,6 ± 0,2 0,3 ± 0,1 0,5 ± 0,1 0,6 ± 0,2 Si 1,0 ± 0,4 não detectado não detectado Não detectado Ca 0,9 ± 0,3 0,2 ± 0,1 não detectado Não detectado Pb 0.3 ± 0.2 0.3 ± 0.2 não detectado Não detectado Zn 0.7 ± 0.6 0.6 ± 0.3 não detectado Não detectado Cu 0.4 ± 0.1 0.5 ± 0.1 não detectado Não detectado O/Ti razão atômica 2,54 ± 0,14 2,39 ± 0,12 2,08 ± 0,03 2,12 ± 0,04 Espessura da camada de óxido 4,3 ± 0,2 4,3 ± 0,2 4,3 ± 0,2 5,1 ± 0,1 P á g i n a | 35 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser deve se evitar o uso do flúor na cavidade bucal de pacientes portadores de implantes osseointegrados. Figura 4 - Ilustração esquemática da camada de óxido e seu processo de dissolução parcial e reprecipitação (adaptado de Hanawa16) Strietzel et al.47avaliaram o comportamento corrosivo do titânio CP com relação aos seguintes parâmetros: com ou sem polimento; fundição x sistema de usinagem CAD/CAM; valor de pH e 4) imersão em diferentes ácidos orgânicos (cloretos, fluoretos, oxalatos, tiocianetos, lactase, citratos e acetatos). Foram confeccionados dez corpos-de-prova com 30 mm de diâmetro, 10 mm de comprimento e 1 mm de espessura. As soluções foram analisadas por espectrometria de absorção atômica (AAS) em diferentes períodos para observação dos íons desprendidos. Os resultados demonstraram que as amostras sem polimento revelaram desprendimento três vezes maior de íons de titânio que as amostras polidas. Outrossim, existiu pouca diferença no desprendimento de íons com relação às amostras fundidas e usinadas pelo sistema CAD/CAM e os valores de pH baixos aceleraram o desprendimento de íons. Após camada de óxido reconstruída Dissolução parcial Reprecipitação Incorporação de íons Mais estável in vivo P á g i n a | 36 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser quatro semanas de imersão nas soluções os autores observaram que os íons mais agressivos para as amostras de titânio foram os íons de fluoretos, seguidos dos íons de cloretos; os íons de tiocianetos diminuíram o desprendimento dos íons de titânio. Apesar do desprendimento de íons, os resultados não mostraram aspecto macroscópico da corrosão. Concluíram que é aconselhável evitar a presença do fluoreto ou reduzir o seu tempo de contato, além de ser recomendável a utilização de verniz quando realizada a aplicação profilática de flúor nos dentes. Schiff et al. 44 avaliaram a influência da presença do flúor e do pH na resistência à corrosão do titânio comercialmente puro (Ti CP) e das ligas à base de titânio: Ti6Al4V, NiTi e de liga experimental NiTiCo. Foram confeccionadas amostras das quatro ligas, as quais foram imersas em diferente meios: saliva artificial de Fusayama Meyer (NaCl 0,4g/l; KCl 0,4g/l; CaCl2 . 2H2O 0,906g/l; NaH2PO4 . 2H2O 0,690g/l; NaS . 2H2O 0,005g/l; uréia 1,0g/l com pH 5,3); saliva artificial acidificada (com a mesma composição da anterior acrescida de ácido lático com pH 2,5); saliva artificial fluoretada (semelhante à primeira e acrescida de íons fluoretos com concentração de 0,1% - 1 g/l ou 1000ppm, correspondente ao encontrado em gel odontológico comercial Fluogel/pH 5,3) e saliva artificial acidificada e fluoretada, com adição de ácido lático e de 0,1 g/l de íons fluoretos (pH 2,5). Para o ensaio foi utilizada célula eletroquímica com termostato mantendo a temperatura em 37,0 ± 0,1° C e o conjunto conectado a potenciostato. Foram medidos os potenciais de corrosão após 24h e obtidas as curvas de polarização. O Ti CP, apresentou valores positivos de potencial de corrosão (+ 25 mV/SCE) na saliva artificial de Fusayama, indicando resistência à corrosão do titânio decorrente de sua passivação. Em saliva acidificada, o potencial obtido foi ligeiramente negativo, sugerindo que o material ainda manteve a camada passiva. Em meio fluoretado, o potencial diminuiu (-330 mV/SCE) levando a redução da resistência à corrosão e em saliva acidificada-fuoretada o potencial de corrosão P á g i n a | 37 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser baixou de forma acentuada (-850 mV/SCE) sugerindo o completo desaparecimento da camada de proteção e a conseqüente redução da propriedade de resistência à corrosão deste material. A liga Ti6Al4V apresentou comportamento similar ao Ti CP, enquanto que as ligas de NiTi e NiTiCo apresentaram resistência à corrosão inferior. Concluíram pela limitação do uso de géis fluoretados em pacientes que possuam implantes de titânio. Okazaki e Gotoh39 investigaram o desprendimento de íons de alguns biomateriais metálicos em soluções simulando os fluidos do corpo humano. Utilizaram seis ligas (Ti CP grau 2, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, Ti-15Zr-4Nb-4Ta, Ni-Cr e Co-Cr. Foram confeccionadas amostras nas dimensões de 20 x 40 x 1 mm3, e posteriormente polidas e lavadas em ultra-som. As amostras foram imersas em 50 ml de cada solução e colocadas em incubadora a 37° C por sete dias. As soluções foram analisadas por espectrometria de massa de plasma e espectrometria de absorção atômica (AAS). Com relação ao desprendimento de íons quando em solução de saliva artificial e em solução de 0,9% NaCl, os resultados demonstraram níveis baixos de Ti desprendido do Ti CP (< 0,1 µg.cm2) e que a quantidade de Ti desprendido aumentava com a diminuição do pH. O desprendimento de Ni e Cr da liga de Ni-Cr foram insignificantes (≤ 0,01 µg.cm2) nesses meios e o desprendimento também aumentava com a diminuição do pH. Para a liga de Co-Cr, o desprendimento de Co foi acentuado na solução de 0,9% NaCl (± 0,7 µg.cm2) e com os menores valores quando em saliva artificial(± 0,25 µg.cm2). Já o desprendimento de Cr desta liga foi insignificante (≤ 0,01 µg.cm2) e o efeito da variação do pH no desprendimento de Co e Cr foi muito pequeno. Recentemente Alves et al.2 e Alves-Rezende et al.3 desenvolveram, respectivamente, dois estudos eletroquímicos com a liga Ti-10Mo, avaliando o seu comportamento eletroquímico em meio fluoretado e quando submetida a P á g i n a | 38 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser enxaguatórios bucais. Seus resultados apontaram maior efeito corrosivo na presença de flúor.  ENERGIA SUPERFICIAL E MOLHABILIDADE Lim e Donahue 31 classificam a energia de superfície e a molhabilidade como características de extrema importância aos implantes dentários, os quais atuarão em contato com meios líquidos. A aplicação de tratamentos sobre a superfície do titânio pode modificar as propriedades de molhabilidade e o desempenho biológico, além de modificar a topografia de superfície2. Vários estudos têm sido realizados para se tentar explicar a influência da energia de superfície de um material de implante sobre o comportamento celular. Acredita-se que estas propriedades possuem efeito seletivo sobre a configuração e conformação das proteínas que são adsorvidas sobre um substrato, e que a associação de fatores sorológicos com a superfície do material, previamente à deposição local de células, é influenciada pela energia de superfície, que é sensível à rugosidade e topografia da superfície do implante7. A albumina e a fibronectina são proteínas presentes no soro humano que estão envolvidas com a adesão celular, no entanto, como a concentração de albumina é cerca de 100 vezes maior do que a de fibronectina, a albumina é a primeira proteína a chegar sobre a superfície de um substrato10. As superfícies hidrofílicas apresentam, de maneira geral, uma melhor afinidade por células e menor afinidade por proteínas (principalmente albumina) do que superfícies hidrofóbicas21, e este aumento da molhabilidade melhora a interação entre a superfície do implante e o meio biológico10. A água possui propriedades polares que, por meio de pontes de hidrogênio geram fortes interações biológicas em meio aquoso, as quais podem ser repulsiva ou P á g i n a | 39 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser atrativas. O estudo dessas forças pode determinar a adesão de substâncias sobre uma superfície49. A tensão superficial e a energia superficial estão relacionadas ao ângulo de contato (θ), o qual é definido como o ângulo formado pela tangente entre duas interfaces em uma linha trifásica de contato, quando um líquido tem a capacidade de se espalhar sobre a superfície de um substrato20,40 (Figura 5). Superfície hidrofílica Superfície hidrofóbica Figura 5 – Representação esquemática do ângulo de contato Quando este ângulo é menor que 90, diz-se que o material possui uma característica hidrofílica; quando é maior que 90, esse possui uma característica hidrofóbica. Essa propriedade é denominada molhabilidade do material, e está ligada com a energia de superficial do material. Em tecido vivo, como o osso, tem se observado que tanto a hidrofilicidade como a hidrofobicidade influenciam de forma marcante o comportamento celular32. O conceito de energia superficial pode ser compreendido usando um líquido como exemplo. Átomos e moléculas do líquido podem se mover livremente procurando ocupar uma posição de menor energia potencial, ou seja, um lugar onde as forças (atrativas e repulsivas) estejam em equilíbrio. No entanto, as partículas na superfície T < 90° T > 90° substrato P á g i n a | 40 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser do material experimentam apenas forças dirigidas para dentro do líquido (Figura 9), garantindo as superfícies maior energia. A diferença entre as energias das espécies na superfície e no interior do material que se denomina energia superficial7. Figura 6 - Forças atuando em átomos ou moléculas no interior e na superfície de um material Para se aumentar a molhabilidade pode-se usar dois métodos. Um método envolve o aumento da energia superficial através da incorporação de grupos polares na sua estrutura. O segundo método envolve o principio da minimização da barreira de energia, através do aumento de rugosidade do material, o que gera um conseqüente aumento a resistência adesiva. Esses dois métodos são complementares e um melhor entendimento dos resultados experimentais é obtido quando eles são combinados12. A relação entre o ângulo de contato e a energia superficial livre ocorre de forma inversa em uma mesma superfície. Uma diminuição no ângulo de contato ocorre com o aumento da energia superficial livre, e conseqüentemente, a capacidade de molhabilidade da superfície torna-se maior31. Algumas respostas estão sendo obtidas pela compreensão dos fenômenos da interface. O mapeamento das diversas topografias tem sido de grande relevância para entender o comportamento da fixação dos implantes às células43. O estudo da molhabilidade e da energia superficial tem sido de grandes auxílios e demonstrado a P á g i n a | 41 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser relevância da hidrofilia do titânio. Segundo Rupp et al.42 a rugosidade tende aumentar a energia de superfície e consequentemente a molhabilidade, promovendo maior capacidade hidrofílica dos implantes, fator relevante em relação ao ambiente biológico. P á g i n a | 42 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Proposição 3. PROPOSIÇÃO P á g i n a | 43 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser O propósito deste trabalho foi o estudo do efeito do tratamento térmico sobre o grau de molhabilidade de liga experimental Ti-30Ta. P á g i n a | 44 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Material e Método 4. MATERIAL E MÉTODO  Obtenção das ligas As amostras (n=20) foram obtidas a partir do titânio comercialmente puro (grau 1) e tântalo com o teor de tântalo de 30%p. Após limpeza, os materiais foram pesados em balança analítica com a composição indicada e fundidos em forno a arco voltaico P á g i n a | 45 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser com atmosfera inerte (gás argônio), câmara e cadinho de cobre refrigerados com água (Figura 7). Figura 7– Forno a arco voltaico utilizado para obtenção das ligas O princípio de funcionamento deste equipamento é o mesmo utilizado na soldagem a arco voltaico, isto é o arco elétrico é o resultado da transformação de energia elétrica em calor. O forno a arco voltaico é formado por três componentes: anodo ou terminal negativo do arco; catodo ou terminal positivo do arco, e o plasma que é o meio do arco. Assim, o arco elétrico é definido como sendo o resultado da descarga elétrica entre dois eletrodos, sendo o catodo formado pelo eletrodo positivo e o anodo pelo negativo. A região entre estes eletrodos é o plasma, ou seja, a região que contém os gases ionizados. Os elétrons emitidos na região catódica passam pela coluna do arco na forma de íons e elétrons livres, e alcançam o anodo onde entregam P á g i n a | 46 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser a sua energia cinética em forma de calor. Através da colisão mutua entre os íons e elétrons livres, o interior do arco podem atingir temperaturas bastante elevadas. No equipamento utilizado, o eletrodo (catodo) é uma ponta de tungstênio, e o material é depositado no interior do cadinho de cobre, refrigerado a água, que funciona como anodo (Figura 8). Figura 8 – Detalhe do cadinho de cobre refrigerado a água A abertura do arco ocorre por meio do acionamento de pedal, o qual é ligado a fonte retificadora. O forno possui um fole, que alem de flexível, é rosqueado, o que permite deslocamento linear do eletrodo sobre o material. A seqüência de operações para preparação das amostras pode ser resumida da seguinte forma1: (a) Limpeza e pesagem dos elementos: após o corte dos materiais foi realizada a limpeza do titânio e tântalo em solução formada por 50ml de ácido sulfúrico (H2SO4), 20ml de ácido fluorídrico (HF), 20ml de ácido nítrico (HNO3) e 10ml de água destilada. Em seguida, os materiais foram pesados em balança de precisão (0,001g de P á g i n a | 47 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser resolução) de acordo com a composição escolhida. Esta etapa é muito importante e determinante para o sucesso da obtenção adequada da liga. (b) Colocação dos materiais no cadinho após pesagem  Tratamento Térmico As amostras foram tratadas termicamente de acordo com a metodologia proposta por Myazaki et al.37 para o tântalo comercialmente puro. Foi utilizado forno EDG com aquecimento por resistência elétrica, a 300°C por 24 horas, com taxa de aquecimento de 5°C/min (Figura 9). O resfriamento das amostras foi realizado dentro do forno até a temperatura ambiente. Figura 9 - Forno EDG com aquecimento por resistência elétrica Posteriormente ao tratamento térmico foi realizado o forjamento a frio dos lingotes de tal forma que tarugos com 13 mm fossem obtidos. O forjamento foi realizado em uma forja do tipo swaging (forjamento rotativo), FENN, utilizando matrizes 6F (2² até 3/8²) e 3F (1/2² até 1/8²), com potência de aproximadamente 30 CV P á g i n a | 48 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser (HP) e velocidade de 1700 rpm, pertencente ao Departamento de Engenharia de Materiais, EEL, USP (Figura 10). A cada passe ocorreu a troca das matrizes (martelos), causando redução da ordem de 20% no diâmetro das amostras (diâmetro final de 13mm). Figura 10- Equipamento para forjamento à frio FENN e os martelos.  Usinagem dos discos Após o forjamento a frio, os tarugos foram usinados, sendo faceada uma de suas faces de tal forma que uma rugosidade de aproximadamente 2,5 µm fosse obtida (Figura 11). Esse procedimento foi adotado buscando simular as condições encontradas na usinagem de implantes. O equipamento utilizado para a usinagem foi um torno CNC Centur 30 Romi, utilizando uma ferramenta UBMT 110404-UF 4225 (ISO P25), com avanço de 0,2 mm/volta, profundidade de usinagem de 0,1 mm e velocidade de corte de 70 m/min. P á g i n a | 49 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Figura 11 - Detalhe do tarugo preso a castanha do torno antes da usinagem Após cada usinagem, o tarugo faceado foi levado a uma máquina de corte (Isomet 1000, Buehler) sendo seccionado um disco (3mm de espessura e 13 mm de diâmetro) contendo uma face usinada e outra lisa. Posteriormente, as amostras foram lavadas em ultrassom com acetona (P.A. Merck) por 15 minutos  Análise do grau de molhabilidade A molhabilidade é uma medida macroscópica que permite a determinação da energia de superfície de um determinado material. Para isso, uma gota de uma dada solução é pipetada sobre uma determinada amostra em estudo. Após a deposição da gota observa-se a forma da gota e a curvatura da mesma, ou seja, o ângulo de contato. Este é definido como o ângulo entre um plano tangente a uma gota do líquido e um plano contendo a superfície onde o líquido se encontra depositado. Pela medida do ângulo da curvatura pode-se relacionar ângulo de contato com a tensão superficial apresentada pelo material em relação à solução empregada. O aumento no ângulo de contato, que corresponde à menor tensão superficial apresentada, significa menor aderência da solução aos materiais empregados. O conceito de energia de superfície pode ser mais facilmente compreendido usando um P á g i n a | 50 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser líquido como exemplo. Átomos e moléculas do líquido podem se mover livremente procurando ocupar uma posição de menor energia potencial. Ou seja, um lugar onde as forças (atrativas e repulsivas) agindo em todas as direções estejam em equilíbrio. Por outro lado, as partículas na superfície do material experimentam apenas forças dirigidas para dentro do líquido. Devido a isto, as superfícies são sempre regiões de maior energia. E é justamente a diferença entre as energias das amostras na superfície e no interior do material que se denomina energia de superfície ou tensão interfacial. Figura 12- Equipamento empregado para medida do ângulo de contato Estudos do ângulos de contato foram realizados utilizando um Goniômetro automatizado (Ramé-Hard Instrument Co. – modelo-Advanced Goniometer model n° 300-F1, Serial n° 709262) (Figura 12 ). O equipamento possui uma câmera acoplada, que captura a imagem da gota sendo depositada sobre a amostra, por meio de dispositivo semelhante a conta-gotas. O perfil desta gota é determinado por meio programa de computador que calcula o ângulo de contato das superfícies. P á g i n a | 51 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser P á g i n a | 52 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Resultados e Discussão 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO Para caracterizar a molhabilidade das amostras determinou-se o ângulo de contato das superfícies nos Grupos I e II. (espécimes usinados e espécimes submetidos ao tratamento térmico). Os resultados das médias das medidas do ângulo P á g i n a | 53 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser de contato nesses grupos estão apresentados nas Tabelas 7 e 8. Como a relação entre o ângulo de contato e a molhabilidade ocorre de forma inversa em uma mesma superfície, uma diminuição deste ângulo eleva a capacidade de molhabilidade da superfície27. Assim os resultados obtidos no presente estudo demonstram que as superfícies tratadas do Grupo II indicaram ser mais hidrofílicas que os espécimes do Grupo Controle, ou seja, possuem maior molhabilidade. O contrário é observado nas amostras usinadas, onde há alto ângulo de contato e baixa molhabilidade. Tabela 7 - Valores obtidos para os ângulos de contato (º) CP 1 CP 2 CP 3 CP 4 CP 5 CP 6 CP 7 CP 8 CP 9 CP 10 Controle 83.2 82.0 81.7 83.1 81.7 82.4 82.5 83.0 82.6 82.9 Tratado 23.3 23.29 22.9 23.0 23.28 23.31 22.99 23.32 23.0 23.0 Tabela 8 - Médias das medidas do ângulo de contato (º) Amostras Ângulo de Contato Grupo I (Controle - Usinado) 82,5 0,98 Grupo II (Tratado – Tratamento Térmico ) ( HT) 23,31+0,06 A Figura 13 mostra a imagem da gota de água sobre a amostra no Grupo Controle (Grupo I). Na Figura 14 pode ser observada a imagem da gota de água sobre P á g i n a | 54 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser amostra do Grupo II (tratamento térmico). A observação das imagens permite afirmar que existe coerência entre as mesmas e os resultados numéricos coerência obtidos para as medidas do ângulo de contato e listados nas Tabelas 1 e 2. A molhabilidade é uma medida macroscópica que permite a determinação da energia de superfície de um determinado material. Para isso, uma gota de uma dada solução é pipetada sobre uma determinada amostra em estudo. Após a deposição da gota observa-se a forma da gota e a curvatura da mesma, ou seja, o ângulo de contato. Este é definido como o ângulo entre um plano tangente a uma gota do líquido e um plano contendo a superfície onde o líquido se encontra depositado. Figura 13 - Imagem da gota de água sobre espécime de Ti-30Ta: (Grupo I - Controle) Pela medida do ângulo da curvatura pode-se relacionar ângulo de contato com a tensão superficial apresentada pelo material em relação à solução empregada. O aumento no ângulo de contato, que corresponde à menor tensão superficial apresentada, significa menor aderência da solução aos materiais empregados. O conceito de energia de superfície pode ser mais facilmente compreendido usando um líquido como exemplo. Átomos e moléculas do líquido podem se mover livremente P á g i n a | 55 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser procurando ocupar uma posição de menor energia potencial. Ou seja, um lugar onde as forças (atrativas e repulsivas) agindo em todas as direções estejam em equilíbrio. Por outro lado, as partículas na superfície do material experimentam apenas forças dirigidas para dentro do líquido. Devido a isto, as superfícies são sempre regiões de maior energia. E é justamente a diferença entre as energias das amostras na superfície e no interior do material que se denomina energia de superfície ou tensão interfacial 28,36. Figura 14 - Imagem da gota de água sobre espécime de Ti-30Ta: (Grupo II - Tratado) A molhabilidade mede a energia das superfícies através do ângulo de contato de líquidos com a superfície. Os valores do ângulo de contato indicam se a superfície é hidrofílica ou hidrofóbica. Georgi et al.demonstraram em testes “in vitro” e “in vivo” que a área da superfície de titânio, onde ocorre o espalhamento de osteoblastos humanos, aumenta com a molhabilidade da superfície10. Outros estudos mostraram que quanto maior a molhabilidade da superfície maior é a proliferação de células, principalmente de osteoblastos. Além disso, os P á g i n a | 56 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser fibroblastos possuem maior adesão e espalhamento na superfície hidrofílica que na hidrofóbica46. Molhabilidade constitui-se o ângulo de contato entre um líquido e um substrato. A molhabilidade de uma superfície é amplamente dependente da energia de superfície e influencia o grau de contato com o meio fisiológico; aumentando a molhabilidade, aumenta a interação entre a superfície do implante e o meio biológico. A molhabilidade na superfície de biomateriais é avaliada para atuar sobre a ligação de células. Essa ligação celular no estágio inicial é afetada pelas propriedades físicas e químicas, incluindo a molhabilidade. Com isso, pode-se concluir que a ligação celular ao material está intimamente relacionada à molhabilidade da sua superfície. Por essa razão que o foco do desenvolvimento dos biomateriais tem encontrado meios de controle da molhabilidade da superfície do material e a ligação com tecidos do local do implante. Portanto, com baixo ângulo de contato (maior a molhabilidade), a taxa de ligação celular será alta, enquanto que com menos ligação celular, o ângulo de contato é alto e, conseqüentemente a molhabilidade será menor 21,22,28. A partir dos resultados obtidos é possível concluir que o tratamento térmico permitiu maior hidrofilicidade da liga Ti-30Ta, com redução no valor do ângulo de contato de 82,5º para 23,31º. Este resultado está de acordo com os estudos realizados por Chen et al.8 para o titânio comercialmente puro. P á g i n a | 57 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Conclusão 6. CONCLUSÃO Com base na metodologia empregada e a partir dos dados e resultados coletados é possível concluir: P á g i n a | 58 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser  No Grupo Controle (espécimes usinados) os valores obtidos para o ângulo de contato foram maiores;  No Grupo Controle (espécimes usinados) obteve-se menor grau de molhabilidade;  No Grupo Controle (espécimes usinados) obteve-se maior tensão superficial;  No Grupo Tratado (espécimes com tratamento térmico) os valores obtidos para o ângulo de contato foram menores;  No Grupo Tratado (espécimes com tratamento térmico) obteve-se maior grau de molhabilidade;  No Grupo Tratado (espécimes com tratamento térmico) obteve-se menor tensão superficial. P á g i n a | 59 Trabalho de Conclusão de Curso Marchelo Augusto Coser Referências 7. REFERÊNCIAS 1. Alves APR. 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