Desenvolvimento e caracterização de ligas do sistema Ti-20Ta-xNb visando aplicações Biomédicas

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Silva, Marcia Almeida de Amaral Arcos (UNESP) [UNESP]
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Biocompatibilidade; Tântalo; Nióbio; Módulo de elasticidade; Biocompatibility; Tantalum; Niobium; Modulus of elasticity
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/260109; http://lattes.cnpq.br/4572711548418065

Nas últimas décadas a busca por biomateriais que consigam atender os requisitos de projetos a fim de melhorar o desempenho em implantes tornou se tema de grande importância nas academias. Estudos recentes mostram o crescimento de implantes em pacientes de todas as idades e muitos destes procedimentos são realizados utilizando ligas metálicas, das quais muitas são ligas à base de titânio. A classe de ligas do sistema Ti atrai a atenção de pesquisadores, isto devido as ótimas propriedades que o titânio possui como baixa relação densidade/propriedade mecânica, baixo valor de módulo de elasticidade, boa resistência à corrosão em fluidos corpóreos e boa biocompatibilidade. Estudos mostram que estas propriedades se apresentam com adições de ligas levando a formação de microestrutura a qual apresenta diferentes fases, sendo que também podemos modificar a estrutura utilizando diferentes tratamentos térmicos ressaltando as propriedades mecânicas do material. O Brasil apresenta reservas de Ta e Nb, especialmente no Estado do Amazonas. Diante do crescente interesse por esses minerais, é necessário desenvolver tecnologias para agregar valores às reservas e também buscar o desenvolvimento tecnológico regional. O objetivo deste trabalho é desenvolver quatro ligas do sistema Ti, nas seguintes composições: Ti-20Ta, Ti-20Ta-10Nb, Ti-20Ta-20Nb e Ti-20Ta-30Nb. Após fundição das quatro ligas as mesmas foram tratadas termicamente pelo processo de homogeneização e após este primeiro tratamento térmico foram laminadas e após a laminação foram submetidas ao segundo tratamento térmico de recozimento. Em cada condição de tratamento as ligas foram analisadas. Nas ligas brutas de fusão foram realizadas as seguintes análises: química, térmica, mecânica, estrutural e microestrutural. Foi realizado também um estudo da teoria do orbital molecular e foi também feito um estudo para verificar as temperaturas de transformação de fase de equilíbrio, para isso foi usado o software THERMOCALCTC. Nas ligas homogeneizadas (primeiro tratamento térmico) foram realizadas as seguintes análises: mecânica e estrutural e microestrutural. As ligas laminadas foram realizadas as análises: mecânica, estrutural e microestrutural, para o recozimento (segundo tratamento térmico) foi realizada as análises: mecânica, estrutural, microestrutural e teste de biocompatibilidade. E para realização das análises das ligas em questão foram utilizadas as seguintes técnicas: Espectrometria de Fluorescência de raios X (FRX), Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), DSC, medidas de densidade, microdureza Vickers, difração de raios X, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, módulo de elasticidade e análise de biocompatibilidade. Os resultados mostraram os efeitos das composições das ligas brutas Ti-20Ta, Ti-20Ta-10Nb, Ti-20Ta-20Nb e Ti-20Ta-30Nb, os resultados teóricos e experimentais de densidades demonstraram valores bem próximos e observou que com aumento na porcentagem de nióbio aumentou sensivelmente a densidade das amostras. As medidas de difração de raios X mostraram as seguintes fases: α, α’, α” e β. Além disso, as medidas de difração de raios X revelaram que, ao aumentarmos a porcentagem de nióbio, também aumentou a presença da fase β, o que demonstra que o nióbio tem características beta-estabilizador. As micrografias obtidas por meio de microscópio óptico e microscópio eletrônico de varredura permitem ver com clareza a formação das microestruturas presentes em algumas amostras. Quanto aos valores de dureza, a composição que apresentou maior valor de dureza foi a liga Ti-20Ta (bruta) (312HV), sendo que a liga não apresentou nióbio em sua composição. As ligas com maior teor de nióbio, ou seja, as ligas Ti-20Ta-30Nb (bruta), Ti-20Ta-30Nb (homogeneizada), Ti-20Ta-30Nb (laminada) apresentaram menores valores de durezas (215, 217, 207HV) respectivamente. O teste de biocompatibilidade mostrou que as ligas não apresentaram efeitos prejudiciais ou tóxicos às células.