Desenvolvimento e caracterização de compósitos in-situ de matriz de Ti-Nb para aplicação biomédica

• Autor(a) principal: Gonçalves, Vinícius Richieri Manso
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNESP
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11449/250746
• topic: Ciência dos materiais; Implantes ortopédicos; Ligas de titânio; Materiais compósitos; Tribocorrosão; Módulo de elasticidade; Ti-Nb alloys; Metal matrix composites; Tribocorrosion resistance; Elastic modulus; Orthopedic prostheses

O aumento na expectativa de vida tem contribuído para o crescente uso de próteses ortopédicas de articulação, como próteses de quadril e de joelho. Neste contexto, as ligas de Ti-Nb do tipo β têm despertado amplo interesse devido à combinação de baixo módulo de elasticidade, elevada resistência à corrosão e adequada biocompatibilidade. No entanto, a baixa resistência ao desgaste dos materiais metálicos em geral continua sendo o desafio para o sucesso a longo prazo das próteses de articulação, pois a degradação do implante pode ser acelerada devido ao atrito que ocorre em meio corrosivo. Com o objetivo de superar essas limitações, o presente trabalho buscou desenvolver novos compósitos de matriz metálica à base de Ti-Nb, mantendo as vantagens oferecidas pelas ligas de Ti-Nb e aprimorando suas propriedades tribocorrosivas com a adição de reforço duro. A estratégia concentrou-se na sintetização da fase de reforço durante a fabricação do compósito, conhecida como produção in-situ, para garantir uma forte ligação entre a matriz e o reforço, essencial no comportamento durante o desgaste. Assim, diferentes condições de processamento e combinações de materiais foram investigadas para produzir os compósitos in-situ e alcançar as propriedades desejadas. Inicialmente, 5, 12,5 e 20 % em volume de pó de NbC foram misturados com pó de Ti puro e submetidos à sinterização por prensagem à quente. As três misturas permitiram a produção de compósitos in-situ, pois resultaram em reforço de Ti2C nas matrizes dos tipos α, α/β e β, respectivamente. No entanto, verificou-se que adições acima de 5 % de NbC levaram a uma maior tendência para a distribuição aglomerada do reforço, o que deve ser evitada. Então, com a fusão à arco voltaico, foi viabilizada a utilização da liga Ti-40Nb na produção de novos compósitos in-situ do tipo β. Assim, com a adição de 5% de NbC, a matriz β foi reforçada com partículas de TiC, enquanto a adição de 5% de NbB2 resultou em reforço de whiskers de TiB. Uma terceira condição foi viabilizada com a adição de 5 % de B4C, que permitiu a produção de matriz β com reforço híbrido de TiC e TiB. No geral, todos os compósitos alcançaram maiores níveis de resistência à tribocorrosão em comparação aos materiais metálicos sem reforço. Ao mesmo tempo, os três compósitos do tipo β produzidos via fusão apresentaram valores de módulo de elasticidade inferiores ao da liga de Ti comercial mais utilizada atualmente, a liga Ti-6Al-4V. Em particular, a matriz β reforçado com TiC alcançou o menor valor em torno de 73 GPa. Portanto, as novas alternativas apresentadas são extremamente promissoras para a confecção de próteses ortopédicas de articulação, oferecendo potenciais melhorias na durabilidade e desempenho dos implantes.