Deposição por sputtering de filmes finos resistentes à tribocorrosão, sobre titânio, visando aplicações biológicas. - Corrêa, Patrícia [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2020)
O titânio (Ti) é um material que apresenta boa resistência à fadiga e à corrosão. Ainda que seja utilizado na fabricação de próteses ortopédicas e implantes dentários, o titânio metálico não é bioativo, ou seja, não é capaz de provocar reações que favoreçam a fixação de implantes, biocolonização ou a regeneração de tecidos, além de apresentar alguns inconvenientes relacionados a propriedades de superfície, que podem levar à sua degradação. Para fins biomédicos, essa degradação se dá principalmente por processos de tribocorrosão, que ocorre quando ações mecânicas e químicas acontecem de formas concomitantes. Diante deste cenário, superfícies de titânio (Ti) foram recobertas com filmes finos de óxido de titânio (TiO2) por meio da técnica de Sputtering reativo. O principal objetivo do trabalho foi entender como as fases anatase e rutilo dos filmes de TiO2, produzidos por sputtering reativo, podem influenciar na resistência dessas superfícies de titânio, recobertas, à tribocorrosão. São apresentadas análises estruturais e de composição desses filmes, a partir de difração de raios-X e espectroscopia Raman, que confirmam a obtenção de filmes finos compostos de diferentes proporções entre as fases anatase e rutilo, além de uma análise detalhada da forma de crescimento, a partir de microscopia eletrônica de transmissão (MET). O trabalho apresenta uma análise da resistência dos filmes finos de TiO2 no que diz respeito aos mecanismos de tribocorrosão, em meios fisiológicos. Nesse sentido, os ensaios de tribocorrosão foram realizados, os dados eletroquímicos são apresentados e estão em bom acordo no que diz respeito à maior resistência à tribocorrosão da fase rutilo em comparação à fase anatase, onde as quedas de potencial são menos acentuadas. Enquanto superfícies de titânio sem a camada de filme fino apresentou quedas de potencial por volta de 0,60 V, superfícies recobertas com filmes finos compostos por anatase predominantemente apresentaram quedas de 0,16 V e de rutilo de 0,10 V. Essa característica tem sido, de acordo com a literatura, atribuída à maior dureza e estabilidade da fase rutilo em comparação à fase anatase. Pistas de desgaste foram avaliadas por microscopia confocal e microscopia eletrônica de varredura (MEV) e os resultados estão em bom acordo com os dados eletroquímicos. Portanto, o trabalho apresenta uma nova abordagem que atribui essa característica não somente à dureza e estabilidade da fase rutilo, mas também à forma de crescimento desses filmes. A fim de buscar novas formas de funcionalizar superfícies de implantes, o presente trabalho ainda contém um estudo preliminar de incorporação de zinco – considerado um oligoelemento – na constituição desses filmes. Com isso, buscaram-se agregar propriedades de resistência ao desgaste, bem como o favorecimento de processos biológicos.

Titanium (Ti) is a material that has good resistance to fatigue and corrosion. Although it is used in the manufacture of orthopedic prostheses and dental implants, metallic titanium is not bioactive, that is, it is not capable of causing reactions that favor the fixation of implants, biocolonization or tissue regeneration, in addition to presenting some inconveniences related to surface properties, which can lead to its degradation. For biomedical purposes, this degradation occurs mainly through tribocorrosion processes, which occur when mechanical and chemical actions occur in concomitant ways. In view of this scenario, titanium (Ti) surfaces were covered with thin films of titanium oxide (TiO2) using the reactive Sputtering technique. The main objective ofthe work was to understand how the different phases present in TiO2films, anatase and rutile, can influence the resistance of these surfaces relatedto tribocorrosion.Structural and composition analyzes of these films are presented, using X-ray diffraction and Raman spectroscopy, which confirm the achievement of thin films composed of different proportions between the anatase and rutile phases. Inaddition, a detailed analysis of the growth morphology was performed using transmission electron microscopy (TEM). The work presents an analysis of the resistance of TiO2thin films with respect to tribocorrosion mechanisms, in physiological media. In this sense, the tribocorrosion tests were carried out, the electrochemical data are presented and are in good agreement with regard to the greater resistance to tribocorrosion ofthe rutile phase compared to the anatase phase, where the powerdrops are less pronounced. While titanium surfaces without the thin film layer showed potential drops of around 0.60 V, surfaces covered with thin films composed of anatase predominantly showed drops of 0.16 V and rutile of 0.10 V. This characteristic has been, according to the literature, attributed to the hardness and stability of the rutile phase compared to the anatase phase.Wear tracks were evaluated by confocal microscopy and scanning electron microscopy (SEM) and the results are in good agreement with the electrochemical data. Therefore, the work presents a new approach that attributes this characteristic not only to the hardness and stability of the rutile phase, but also to the way of growth of these films.In order to search for new ways to functionalize implant surfaces, the present work still contains a preliminary study on the incorporation of zinc -considered antrace element -in the constitution of these films. The results indicate that the Zn incorporated TiO2films combine the resistance to wear and the favoring of biological activity.
Sputtering deposition of thin films resistant to tribocorrosion, on titanium, for biological applications.
Keywords: Biomateriais; Tribocorrosão; Dióxido de titânio; titânio; Sputtering; Biomaterials; Tribocorrosion; Titanium dioxide; Titanium; Sputtering