Laser surface melting (LSM) applied to sintered Ti-Nb-Zr alloys : Fusão superficial por laser (FSL) aplicada em ligas de Ti-Nb-Zr sinterizadas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Andrade, Ariana Freire, 1993-
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1641891
Resumo: Orientador: João Batista Fogagnolo
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spelling Laser surface melting (LSM) applied to sintered Ti-Nb-Zr alloys : Fusão superficial por laser (FSL) aplicada em ligas de Ti-Nb-Zr sinterizadasFusão superficial por laser (FSL) aplicada em ligas de Ti-Nb-Zr sinterizadasMateriais biomédicosLigas de titânioFusão a laserBiomateriaisModificação de superfícieMetalurgia do póBiomedical materialsTitanium alloysLaser meltingBiomaterialsPowder metallurgySurface treatmentsOrientador: João Batista FogagnoloDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: As propriedades mecânicas do osso podem sofrer efeitos de degradação a partir de doenças degenerativas e traumas causados por excessos. Nesse contexto, empregam-se diversos materiais metálicos na produção de implantes e próteses, que atuam como biomateriais, auxiliando na recuperação e reparação de áreas danificadas. No entanto, estudos apontam características que resultam em efeitos adversos como o alto módulo de elasticidade que pode levar a ocorrência do efeito conhecido como stress-shielding. No sistema Ti-Nb-Zr, a adição dos elementos Nb e Zr resulta na formação das fases ? e ?, sendo que a as ligas de fase ?, quando comparadas às ligas ?+?, apresentam módulos de elasticidade mais baixos, tornando-as adequadas para aplicações biomédicas. Neste estudo, três ligas de Ti-Nb-Zr com composições variadas foram produzidas por metalurgia do pó e modificadas posteriormente pelo método de fusão superficial por laser (FSL). Cordões isolados foram obtidos a partir de diferentes densidades de energia para a definição dos parâmetros de processamento iniciais. Com os parâmetros definidos, camadas superficiais foram modificadas de forma contínua por meio da sobreposição de cordões isolados. Para a caracterização das ligas sinterizadas, cordões isolados e camadas modificadas, foram empregadas as técnicas de espectroscopia de energia dispersiva de raios-X, espectroscopia de fluorescência de raios-X, microscopia de luz visível, microscopia eletrônica de varredura, difração de raios- X e nanoindentação instrumentada. Foram obtidas ligas sinterizadas com boa homogeneidade e baixos percentuais de porosidade. Nas ligas sinterizadas e camadas modificadas foram identificadas as fases cristalinas ? (preponderante) e ?, enquanto nas ligas Ti-17Nb-17Zr e Ti-33Nb-33Zr, somente a fase ?. Na zona de fusão dos cordões isolados, observou-se uma redução significativa das microporosidades; todas as condições testadas produziram o modo condução. Nas camadas modificadas por FSL houve uma leve redução no módulo de elasticidade da liga Ti-17Nb-17Zr (72 GPa), enquanto as ligas Ti-41Nb-41Zr e Ti-33Nb-33Zr exibiram módulos menores no substrato sinterizado (87 GPa). Na análise de dureza, houve um aumento tanto na ZF quanto no substratoAbstract: The mechanical properties of bone may suffer degradation effects from degenerative diseases and trauma caused by excesses. In this context, several metallic materials are used in the production of implants and prostheses, which act as biomaterials, helping in the recovery and repair of damaged areas. However, studies point to characteristics that result in adverse effects such as the high elasticity modulus that can lead to the occurrence of the effect known as stress-shielding. In the Ti-Nb-Zr system, the addition of the Nb and Zr elements results in the formation of the ? and ? phases, with the ?-phase alloys, when compared to the ?+? alloys, exhibiting lower modulus of elasticity, making them suitable for biomedical applications. In this study, three Ti-Nb-Zr alloys with varying compositions were produced by powder metallurgy and further modified by the laser surface melting (FSL) method. Single laser tracks were obtained from different energy densities to define the initial processing parameters. With the parameters defined, surface layers were modified continuously by overlapping of single laser tracks. For the characterization of the sintered alloys, single tracks and modified layers, the techniques of energy dispersive X-ray spectroscopy, X-ray fluorescence spectroscopy, visible light microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and instrumented nanoindentation were employed. Sintered alloys with good homogeneity and low percent porosity were obtained. In the sintered alloys and modified layers, the ? (preponderant) and ? crystalline phases were identified, while in the Ti-17Nb-17Zr and Ti-33Nb-33Zr alloys, only the ? phase was identified. In the melt zone of the single laser tracks, a significant reduction of microporosities was observed; all tested conditions produced the conduction mode. In the FSL-modified layers there was a slight reduction in the modulus of elasticity of the Ti-17Nb-17Zr alloy (72 GPa), while the Ti-41Nb-41Zr and Ti-33Nb-33Zr alloys exhibited lower modulus in the sintered substrate (87 GPa). In the hardness analysis, there was an increase in both the ZF and the substrateMestradoMateriais e Processos de FabricaçãoMestra em Engenharia MecânicaCAPES435239/2019-1[s.n.]Fogagnolo, João Batista, 1964-Soyama, JulianoFloriano, RicardoUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASAndrade, Ariana Freire, 1993-20212021-01-29T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (108 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1641891ANDRADE, Ariana Freire. Laser surface melting (LSM) applied to sintered Ti-Nb-Zr alloys: Fusão superficial por laser (FSL) aplicada em ligas de Ti-Nb-Zr sinterizadas. 2021. 1 recurso online (108 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1641891. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1166336Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2021-09-16T13:40:56Zoai::1166336Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2021-09-16T13:40:56Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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