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Title: Resistência a corrosão em ligas de TiNiNb resultantes do processo de fusão a Plasma-Skull para aplicações como biomateriais.
Other Titles: Corrosion resistance in TiNiNb alloys resulting from the Plasma-Skull fusion process for applications such as biomaterials.
???metadata.dc.creator???: LIA FOOK, Nathália Cristina Morais.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: ALVES, José Jailson Nicácio.
???metadata.dc.contributor.advisor2???: SANTANA, Renato Alexandre Costa de.
???metadata.dc.contributor.referee1???: SILVA JÚNIOR, Heleno Bispo da.
???metadata.dc.contributor.referee2???: COSTA, Josiane Dantas.
Keywords: Ligas de titânio - corrosão;Biocompatibilidade;Efeito de memória de forma;Biomaterias metálicos;Ligação química;Titanium alloys - corrosion;Shape memory effect;Chemical bond;Biocompatibility;Metallic biomaterials
Issue Date: 22-Dec-2021
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: LIA FOOK, Nathalia Cristina Morais. Resistência a corrosão em ligas de TiNiNb resultantes do processo de fusão a Plasma-Skull para aplicações como biomateriais. 2021. 89 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2021. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/25554
???metadata.dc.description.resumo???: O Titânio é um metal muito resistente à corrosão na maioria dos ambientes. No entanto, apresenta baixa capacidade de ligação química com o osso, o que pode resultar na sua encapsulação por tecido fibroso e, consequentemente, no afrouxamento e perda da fixação do implante. Para melhorar essa capacidade de ligação química são realizados estudos com o objetivo de obter ligas de titânio para aplicações como biomateriais nas diferentes áreas, devido ao seu baixo módulo de elasticidade, resistência à tração, biocompatibilidade e maior resistência à corrosão quando comparadas às demais ligas metálicas utilizadas em implantes. Sabe-se que todas as propriedades desta liga ainda podem ser melhoradas e adequadas a diversas aplicações na área médica e muitos estudos continuam sendo realizados em todo mundo. Diante do exposto e do grande interesse em ampliar as aplicações da liga Ni- Ti, a obtenção deste material com outros elementos surge como uma alternativa de pesquisa com características inovadoras na área de biomateriais. O nióbio, dentre os metais considerados inertes, é o principal estabilizador da fase β do titânio. Desta forma, este trabalho teve como objetivo obter uma liga de TiNiNb, variando-se os teores de nióbio para verificar a influência deste nas transformações de fase e nas propriedades físicas, químicas e biológicas da liga. Foram produzidas ligas de TiNiNb, pelo processo de fusão a Plasma-Skull Push-Pull (PSPP), seguido de moldagem por injeção em molde metálico. O estudo foi realizado com estas ligas em quatro composições diferentes, com adição de 5,0; 10,0; 15,0 e 20,0 at.% de Nb. A adição de Nb em porcentagens diferentes na liga binária Ni-Ti provocou alterações na microestrutura da liga ternária, com formação de fases intermediárias, precipitados TiNi2 e Ni4Ti3 e βNb. A análise de DRX revelou que a fração de volume da fase βNb aumenta com o aumento da adição de Nb na faixa de 5 a 20% na liga, assim como a quantidade de precipitados na liga aumenta com o aumento do teor de nióbio. Com a análise térmica realizada por ensaios de DSC não foi possível estabelecer uma relação direta entre a variação de nióbio da composição das ligas com o comportamento térmico manifestado. Já com relação ao aparecimento da fase intermediária R, o aumento do teor de nióbio provocou um aumento da temperatura Ri e Rf. Os resultados de microdureza e módulo de elasticidade mostraram que o aumento do teor de nióbio provocou uma diminuição desses valores. A análise de corrosão revelou que a liga com menor teor de nióbio foi a mais resistente a corrosão, comportamento que foi observado nas medidas de Polarização Potenciodinâmica Linear (PPL) e Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE) e está relacionado à presença dos óxidos Ni2Ti4O. O ensaio de citotoxicidade comprovou a biocompatibilidade das ligas estudadas. Os resultados obtidos através das caracterizações realizadas foram significativamente influenciados pela não uniformidade da mistura. Sendo assim, conclui-se que foi possível obter uma liga ternária de TiNiNb, biocompatível, variando-se os teores de nióbio para verificar a influência destes nas transformações de fase, propriedades dos biomateriais metálicos e microestrutura da liga.
Abstract: Titanium is a metal that is very resistant to corrosion in most environments. However, it has a low chemical bonding capacity with bone, which can result in its encapsulation by fibrous tissue and, consequently, in loosening and loss of implant correction. To improve this chemical bonding capacity, we carry out studies with the objective of obtaining titanium alloys to be used as biomaterials in different areas due to their low modulus of elasticity, tensile strength, biocompatibility and greater resistance to corrosion when compared to other alloys metal used in implants. It is known that all the properties of this alloy can still be improved and adjusted for various purposes in the medical field and many studies are still being carried out around the world. Given the above and the great interest in expanding the Ni-Ti alloy usage, merging this material with other elements looks like a research alternative with innovative characteristics in the field of biomaterials. Niobium, among the metals considered inert, is the main stabilizer of the β-phase of titanium. Thus, this work aimed to obtain a TiNiNb alloy by varying the niobium contents to verify its influence on the phase transformations and on the physical, chemical and biological properties of the alloy. We produced TiNiNb alloys thorugh the Plasma-Skull Push-Pull (PSPP) fusion process, which was followed by injection molding in a metal mold. The study was carried out with these alloys in five different compositions, with the addition of 0; 5.0; 10.0; 15.0 and 20.0 at.% Nb. The addition of Nb in different percentages in the binary Ni-Ti alloy caused modifications in the microstructure of the ternary alloy, with the emergence of intermediate phases, TiNi2 and Ni4Ti3 precipitates and βNb. The XRD analysis revealed that the βNb phase volume fraction increases with the increasing Nb addition in the range of 5 to 20% to the alloy, as well as the number of precipitates in the alloy increases with increasing niobium content. With the thermal analysis performed by DSC tests we could not establish a direct relationship between the variation of niobium in the composition of the alloys with the manifested thermal behavior. Regarding the emergence of the R intermediate phase, the increase in the niobium content caused an increase in the Ri and Rf temperature. The microhardness and modulus of elasticity results showed that the increase in the niobium content caused a decrease in these values. The corrosion analysis revealed that the alloy with the lowest niobium content was the most resistant to corrosion, a behavior that was observed in the Linear Potentiodynamic Polarization (PPL) and the Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIE) measurements and is related to the presence of Ni2Ti4O oxides. The cytotoxicity assay proved the biocompatibility of the studied alloys. The results obtained through the studies carried out were significantly influenced by the non-uniformity of the mixture. Therefore, we conclude that it was possible to obtain a ternary alloy of biocompatible TiNiNb by varying the niobium contents to verify their influence on phase transformations, properties of metallic biomaterials and alloy microstructure.
Keywords: Ligas de titânio - corrosão
Biocompatibilidade
Efeito de memória de forma
Biomaterias metálicos
Ligação química
Titanium alloys - corrosion
Shape memory effect
Chemical bond
Biocompatibility
Metallic biomaterials
???metadata.dc.subject.cnpq???: Biomateriais e Materiais Biocompatíveis
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/25554
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