Navegando por Autor "Bastos, Marielle"

Agora exibindo 1 - 1 de 1
  • Imagem de Miniatura
    Item
    Produção e funcionalização superficial de ligas do sistema Ti-20Nb-xTa para aplicações biomédicas
    (2025-12-30) Bastos, Marielle
    As ligas de titânio vêm sendo amplamente investigadas para aplicações biomédicas devido à sua elevada biocompatibilidade, excelente resistência à corrosão e propriedades mecânicas adequadas ao ambiente fisiológico, entretanto limitações associadas ao elevado módulo de elasticidade e ao desempenho superficial motivam o desenvolvimento de novas ligas e estratégias de modificação de superfície. Nesse contexto, a adição de elementos de liga β-estabilizadores, como nióbio e tântalo, aliada à funcionalização superficial por recobrimentos cerâmicos, constitui uma abordagem eficaz para reduzir o módulo elástico e aprimorar a interação entre o implante e o tecido ósseo. Neste trabalho, foram produzidas e caracterizadas ligas do sistema Ti-20Nb-xTa, com x = 0, 10 e 20% em peso de tântalo, visando avaliar a influência da composição química na microestrutura e nas propriedades mecânicas do material base, bem como o efeito da modificação superficial por oxidação por microarco (MAO). As ligas foram obtidas por fusão a arco em atmosfera inerte, utilizando metais de alta pureza, e caracterizadas quimicamente por espectroscopia de energia dispersiva (EDS), que confirmou boa homogeneidade química e conformidade com as composições nominais. A caracterização estrutural e microestrutural foi realizada por difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), enquanto as propriedades mecânicas foram avaliadas por ensaios de dureza Vickers e determinação do módulo de elasticidade por técnica de excitação por impulso. Os resultados evidenciaram o papel do tântalo como estabilizador da fase β, resultando em microestruturas distintas entre as ligas analisadas, sendo observadas as fases α’’ + β para a liga Ti-20Nb, α’’ + ω + β para a liga Ti-20Nb-10Ta e estrutura β monofásica para a liga Ti-20Nb-20Ta. A composição influenciou diretamente o comportamento mecânico, destacando-se a liga Ti-20Nb pelo menor módulo elástico, mais próximo ao do osso humano, e a liga Ti-20Nb-10Ta pelos maiores valores de dureza e módulo associados à presença da fase ω. Após a caracterização do bulk, as ligas foram submetidas à modificação superficial por oxidação por microarco, utilizando eletrólito contendo cálcio e fósforo, sob regimes galvanostático e potenciostático, visando a obtenção de recobrimentos bioativos. O processo MAO resultou na formação de camadas cerâmicas porosas aderidas ao substrato metálico, as quais foram caracterizadas por MEV, DRX e medidas de ângulo de contato. Nos recobrimentos, foram identificadas fases de TiO₂ nas formas anatase e rutilo, dependendo da composição da liga, além da presença predominante de óxidos amorfos de nióbio e tântalo. A presença da fase rutilo contribuiu para o aumento da dureza superficial e do ângulo de contato, embora todas as ligas tenham permanecido hidrofílicas. Em síntese, os resultados demonstram que a combinação entre composição química, controle microestrutural e modificação superficial por MAO influencia diretamente o desempenho mecânico e superficial das ligas Ti-20Nb-xTa, indicando seu potencial para aplicações biomédicas, especialmente em implantes ortopédicos. Resumen Las aleaciones de titanio han sido ampliamente estudiadas para aplicaciones biomédicas debido a su elevada biocompatibilidad, excelente resistencia a la corrosión y propiedades mecánicas adecuadas al entorno fisiológico; sin embargo, las limitaciones asociadas al alto módulo elástico y al desempeño superficial impulsan el desarrollo de nuevas aleaciones y estrategias de modificación superficial. En este contexto, la adición de elementos de aleación β-estabilizadores, como el niobio y el tantalio, junto con la funcionalización superficial mediante recubrimientos cerámicos, constituye una estrategia eficaz para reducir el módulo elástico y mejorar la interacción entre el implante y el tejido óseo. En este trabajo se produjeron y caracterizaron aleaciones del sistema Ti-20Nb-xTa, con x = 0, 10 y 20% en peso de tantalio, con el objetivo de evaluar la influencia de la composición química en la microestructura y las propiedades mecánicas del material base, así como el efecto de la modificación superficial mediante oxidación por microarco (MAO). Las aleaciones se obtuvieron por fusión por arco en atmósfera inerte utilizando metales de alta pureza y se caracterizaron químicamente mediante espectroscopía de energía dispersiva (EDS), confirmando una buena homogeneidad química y concordancia con las composiciones nominales. La caracterización estructural y microestructural se realizó mediante difracción de rayos X (DRX) y microscopía electrónica de barrido (MEB), mientras que las propiedades mecánicas se evaluaron mediante ensayos de dureza Vickers y determinación del módulo elástico por la técnica de excitación por impulso. Los resultados demostraron el efecto estabilizador β del tantalio, dando lugar a microestructuras distintas, siendo observadas las fases α’’ + β para Ti-20Nb, α’’ + ω + β para Ti-20Nb-10Ta y una estructura β monofásica para Ti-20Nb-20Ta. La composición influyó directamente en el comportamiento mecánico, destacándose la aleación Ti-20Nb por presentar el menor módulo elástico, más cercano al del hueso humano, y la aleación Ti-20Nb-10Ta por exhibir mayores valores de dureza y módulo asociados a la fase ω. Tras la caracterización del material base, las aleaciones fueron sometidas a modificación superficial por oxidación por microarco utilizando un electrolito con calcio y fósforo, bajo regímenes galvanostático y potenciostático, con el fin de obtener recubrimientos bioactivos. El proceso MAO dio lugar a la formación de capas cerámicas porosas adheridas al sustrato metálico, caracterizadas por MEB, DRX y mediciones de ángulo de contacto. En los recubrimientos se identificaron fases de TiO₂ en las formas anatasa y rutilo, dependiendo de la composición de la aleación, además de la presencia predominante de óxidos amorfos de niobio y tantalio. La presencia de la fase rutilo contribuyó al aumento de la dureza superficial y del ángulo de contacto, aunque todas las superficies permanecieron hidrofílicas. En conjunto, los resultados demuestran que la combinación entre composición química, control microestructural y modificación superficial por MAO influye de manera significativa en el desempeño mecánico y superficial de las aleaciones Ti-20Nb-xTa, indicando su potencial para aplicaciones biomédicas, especialmente en implantes ortopédicos.