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Title: Análise do substrato e revestimento de próteses de quadril fabricadas em titânio puro e liga Ti-6Al-4V.
Other Titles: Substrate analysis and coating of hip prostheses made of pure titanium and Ti-6Al-4V alloy.
???metadata.dc.creator???: DONATH, Katia Shimabukuro.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: FOOK, Marcus Vinícius Lia.
???metadata.dc.contributor.referee1???: PINTO, Maria Roberta de Oliveira.
???metadata.dc.contributor.referee2???: FOOK, Sayonara Maria Lia.
Keywords: Titânio - Engenharia de Materiais.;Prótese de quadril;Próteses ortopédicas;Revestimentos porosos metálicos
Issue Date: 27-Oct-2014
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: DONATH, Katia Shimabukuro. Análise do substrato e revestimento de próteses de quadril fabricadas em titânio puro e liga Ti-6Al-4V. 2014. 88f. (Dissertação de Mestrado), Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2014.
???metadata.dc.description.resumo???: Revestimentos porosos metálicos têm sido utilizados nas próteses ortopédicas de quadril para promover a fixação biológica da prótese ao osso. Dentre os materiais mais utilizados para fabricação da prótese e do revestimento estão o titânio comercialmente puro e a liga de titânio Ti-6Al-4V. O titânio e suas ligas apresentam alotropia, sendo suas características e propriedades influenciadas por dois fatores principais: composição química e microestrutura. As características de espessura, porosidade, tamanho de poros e interconectividade dos poros no revestimento são importantes para que haja a melhor condução do crescimento ósseo e fixação da prótese. Têm sido reportados na literatura diferentes mecanismos de falha de próteses de quadril em decorrência do revestimento depositado na prótese. Neste trabalho foram identificados 32 normas técnicas e documentos relacionadas ao material, a forjados e a pós metálicos para revestimento de Ti cp e liga de Ti-6Al-4V, além de normas de avaliação do revestimento e guias, alguns com critérios de aceitação, outros não. Na norma ABNT NBR 15628-4 foi verificada inconsistência nos requisitos microestruturais alfa case. Normas técnicas foram comparadas e relacionadas com dados da literatura, pontos críticos foram relacionados ao revestimento poroso metálico, métodos de produção, seus efeitos no substrato de Ti-6Al-4V e características do revestimento poroso. Foram avaliados 8 produtos comercializados no Brasil, considerando o Registro Anvisa, avaliação laboratorial do substrato e do revestimento. No substrato, a composição química foi determinada por Espectroscopia de emissão ótica. A microscopia Ótica (MO) foi utilizada para avaliação microestrutural do substrato e para avaliação estereológica do revestimento. Quanto à composição química do substrato, foram identificados 2 componentes fabricados em Ti cp e 6 em liga Ti-6Al-4V, sendo detectada divergência entre a informação do Registro Anvisa e o produto avaliado. Na avaliação microestrutural do substrato a maior incidência de problemas ocorreu nos produtos fabricados por sinterização, de fabricantes estrangeiros, sendo que 50% dos produtos em liga Ti-6Al-4V apresentaram microestruturas com fase alfa contínua no contorno de grão beta, prejudicial à resistência à fadiga e corrosão do produto, sendo possível a associação com processamento a temperaturas maiores que a temperatura beta transus. Na avaliação da espessura do revestimento todas as amostras de fabricantes estrangeiros tiveram maiores espessuras que a dos fabricantes nacionais, sendo que não foi verificada espessura maior que 500µm entre os nacionais. É possível concluir que as microestruturas são afetadas pelos processos térmicos e que essas precisam de um maior controle, regulamentação e fiscalização para o fornecimento de produtos mais seguros e eficazes, sugerindo a criação de um regulamento específico que reúna de forma clara e concisa as características necessárias para o produto final.
Abstract: Metallic porous coatings have been used on hip orthopedic prostheses to promote ingrowth of bone into the porous coating prostheses. Among different materials used to manufacture hip prostheses and coatings are titanium materials. Mostly used and available are commercially pure titanium and Ti-6Al4V alloy. Titanium and its alloys are allotrope. Its characteristics are influenced by two principal factors: chemical composition and microstructure. Thickness, porosity, pore size e interconnectivity between pores and coating are important for the bone growth and prosthesis fixation. Different mechanism of hip prosthesis failures in result of the coating placed on the prosthesis have been reported in the literature. In this thesis various technical standards for Titanium commercially pure and Ti-6Al-4V were identified. They are related to the material, the forging and metallic powders for coatings, Furthermore, evaluation methods for coating and industry guidelines, some with acceptance criteria, some without, were found. Within the standard ABNT NBR 15628-4 inconsistencies regarding the required microstructures were found. Technical standards were compared and linked to data from the literature. Critical points related to porous metallic coating, production methods, its effects on Ti-6Al-4V substrate and characteristics of porous coatings. 8 in Brazil commercially available products were evaluated considering their registration at ANVISA and analysis of their coatings in a lab. The chemical composition of the substrate was determined by optical emission spectroscopy. Optical microscopy was used to evaluate the microstructure of the substrate and for stereological analysis of the coating. Chemical composition analyses of the substrate pointed 2 components made of Titanium commercially pure and 6 made of Ti-6Al-4V. One sample had results of substrate according Ti-6Al-4V alloy besides registration information at ANVISA described substrate made of Ti commercially pure. Regarding the microstructural analysis of the substrate, the majority of problems occurred with products made by sintering and by foreign producers. 50% of products made by Ti-6Al-4V presented microstructures with continuous alpha phase on the beta grain boundaries. Therefore it can be concluded that they were processed at temperatures higher than beta transus temperatures. Analyzing the thickness of the coating, all samples from foreign producers had a bigger thickness than any national product. No national product had a thickness bigger than 500µm. Therefore it is possible to conclude that the microstructure was affected by the thermic processes and that those need better controls, regulation and surveillance in order to supply more secure and effective products.
Keywords: Titânio - Engenharia de Materiais.
Prótese de quadril
Próteses ortopédicas
Revestimentos porosos metálicos
???metadata.dc.subject.cnpq???: Ciência e Engenharia de Materiais
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/393
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