Oxidação eletrolítica à plasma do aço AISI 316L com adição de fosfato de cálcio

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Autor(a) principal: Carvalho, Emanoel Jonathan Barbosa de
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFRN
Texto Completo: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/50821
Resumo: O aço inoxidável 316L tem sido amplamente utilizado como um biomaterial metálico para implantes ortopédicos e odontológicos devido às suas excelentes propriedades mecânicas e baixo custo. No entanto, uma das principais limitações ao seu uso clínico é a suscetibilidade à corrosão localizada em ambientes fisiológicos que podem resultar em inflamação, dor e, na pior das hipóteses, falha no implante. Para aumentar sua biocompatibilidade, o metal pode ser revestido com compostos biocerâmicos à base de fosfato de cálcio (CaP), em especial, a hidroxiapatita que possui uma composição química semelhante à matriz inorgânica do osso e uma razão molar Ca/P de 1,67. O objetivo deste estudo é realizar a deposição de fosfato de cálcio no substrato metálico do aço inoxidável 316L mediante a técnica Oxidação Eletrolítica por Plasma (PEO), no qual apresenta como vantagens a sua simplicidade, o baixo custo e a estabilidade térmica e química. As amostras foram imersas em solução eletrolítica contendo acetato de cálcio, beta glicerofosfato de cálcio e ácido nítrico. Em seguida, foi aplicado uma diferença de potencial utilizando duas configurações: reação catódica durante os tempos de 90 e 180 segundos e reação anódica durante os tempos de 15 e 20 segundos. A morfologia do revestimento e sua espessura de camada foram analisadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV-FEG). A composição química e fase foram obtidas por Espectroscopia Dispersiva de Energia (EDS) e Difração de Raios-X (DRX), respectivamente. O comportamento de corrosão foi avaliado por teste de Potencial de Circuito Aberto (OCP). Os resultados mostraram que os revestimentos de fosfato de cálcio foram depositados com sucesso na superfície do aço AISI 316L e apresentaram uma camada espessa, rugosa, porosa e hidrofílica. Além disso, os revestimentos são eletroquimicamente estáveis e demonstraram uma melhor resistência à corrosão.
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No entanto, uma das principais limitações ao seu uso clínico é a suscetibilidade à corrosão localizada em ambientes fisiológicos que podem resultar em inflamação, dor e, na pior das hipóteses, falha no implante. Para aumentar sua biocompatibilidade, o metal pode ser revestido com compostos biocerâmicos à base de fosfato de cálcio (CaP), em especial, a hidroxiapatita que possui uma composição química semelhante à matriz inorgânica do osso e uma razão molar Ca/P de 1,67. O objetivo deste estudo é realizar a deposição de fosfato de cálcio no substrato metálico do aço inoxidável 316L mediante a técnica Oxidação Eletrolítica por Plasma (PEO), no qual apresenta como vantagens a sua simplicidade, o baixo custo e a estabilidade térmica e química. As amostras foram imersas em solução eletrolítica contendo acetato de cálcio, beta glicerofosfato de cálcio e ácido nítrico. Em seguida, foi aplicado uma diferença de potencial utilizando duas configurações: reação catódica durante os tempos de 90 e 180 segundos e reação anódica durante os tempos de 15 e 20 segundos. A morfologia do revestimento e sua espessura de camada foram analisadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV-FEG). A composição química e fase foram obtidas por Espectroscopia Dispersiva de Energia (EDS) e Difração de Raios-X (DRX), respectivamente. O comportamento de corrosão foi avaliado por teste de Potencial de Circuito Aberto (OCP). Os resultados mostraram que os revestimentos de fosfato de cálcio foram depositados com sucesso na superfície do aço AISI 316L e apresentaram uma camada espessa, rugosa, porosa e hidrofílica. Além disso, os revestimentos são eletroquimicamente estáveis e demonstraram uma melhor resistência à corrosão.The 316L stainless steel has been widely used as a metallic biomaterial for orthopedic and dental implants due to its excellent mechanical properties and low cost. However, one of the main limitations to its clinical use is the susceptibility to localized corrosion in physiological environments that can result in inflammation, pain and, in the worst case, implant failure. To increase its biocompatibility, the metal can be coated with bioceramic compounds based on calcium phosphate (CaP), in particular, hydroxyapatite, which has a chemical composition similar to the inorganic matrix of bone and a Ca/P molar ratio of 1.67. The objective of this study is to carry out the deposition of calcium phosphate on the metallic substrate of 316L stainless steel using the Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) technique, which has the advantages of simplicity, low cost and thermal and chemical stability. The samples were immersed in an electrolyte solution containing calcium acetate, calcium beta glycerophosphate and nitric acid. Then, a potential difference was applied using two configurations: cathodic reaction during times of 90 and 180 seconds and anodic reaction during times of 15 and 20 seconds. The morphology of the coating and its layer thickness were analyzed by Scanning Electron Microscopy (SEM-FEG). Chemical composition and phase were obtained by Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) and X-Ray Diffraction (XRD), respectively. Corrosion behavior was evaluated by Open Circuit Potential (OCP) test. The results showed that the calcium phosphate coatings were successfully deposited on the surface of AISI 316L steel and presented a thick, rough, porous and hydrophilic layer. In addition, the coatings are electrochemically stable and have demonstrated improved corrosion resistance.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESUniversidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICAUFRNBrasilCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAHidroxiapatitaOxidação eletrolítica por plasmaAço AISI 316LBiomaterialBiocompatibilidadeOxidação eletrolítica à plasma do aço AISI 316L com adição de fosfato de cálcioElectrolytic plasma oxidation of AISI 316L steel with addition of calcium phosphate.info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALOxidacaoeletroliticaplasma_Carvalho_2022.pdfapplication/pdf1921680https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/50821/1/Oxidacaoeletroliticaplasma_Carvalho_2022.pdf55eae9bfd02f8d53c3db205b4354aa29MD51123456789/508212023-01-03 18:55:52.128oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/50821Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2023-01-03T21:55:52Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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