ÁREA: Materiais
TÍTULO: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO E COMPORTAMENTO ELETROQUÍMICO DAS LIGAS DE TITÂNIO Ti26Zr, Ti26Nb e Ti26Ta
AUTORES: ALMEIDA, FRANCISCO EMANOEL F. DE (IFPB) ; SANTANA, RENATO A. COSTA (UFCG) ; PRASAD, SHIVAS (UFCG) ; GOMES,RODINEI MEDEIROS (UFPB)
RESUMO: Este trabalho apresenta um estudo sobre a síntese, a caracterização, e o comportamento eletroquímico das seguintes ligas de titânio: Ti26Zr, Ti26Nb e Ti26Ta, obtidas em forno de indução. São apresentados os resultados da fluorescência de raios - X, microscopia óptica, microdureza, módulo de elasticidade, potencial de circuito aberto, polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica. Os resultados obtidos foram utilizados para estabelecer as condições de aplicabilidade das ligas como material para implante. A liga Ti26Nb apresenta-se como melhor escolha para utilização como biomaterial, podendo ser empregada na fabricação de prótese total de quadril, pois tem baixo módulo de elasticidade e melhor resistência a corrosão.
PALAVRAS CHAVES: ligas biocompativeis, titânio, comportamento eletroquímico
INTRODUÇÃO: Sempre que qualquer material estranho é introduzido dentro do ambiente do corpo humano, ocorrem reações de rejeição. Todo material de implante deve ser biocompátivel. A biocompatibilidade é função da localização do implante, bem como da sua química e da sua forma (CALLISTER, 2004).
O titânio é considerado o metal ideal para aplicação como biomaterial, devido a sua excelente biocompatibilidade. Dessa forma, titânio e suas ligas têm sido usados extensivamente como material para implantes (CAI, 2003). O desenvolvimento de ligas para aplicações em implantes originou-se com as preocupações concernentes à elevada citotoxicidade potencial dos elementos vanádio e alumínio contidos na liga Ti–6Al–4V (LONG,1998).
Para expandir a aplicação de algumas ligas como biomateriais, é necessário desenvolver e estudar ligas que possuam resistência mecânica adequada, estabilidade à corrosão e excelente biocompatibilidade (TEOH, 2000). Atualmente nesse campo de trabalho as pesquisas direcionam-se para a produção de materiais com baixo módulo de elasticidade, resistência à corrosão e nenhum potencial tóxico.
Devido à alta resistência á corrosão apresentada por metais válvula (Zr,Ti,Nb,W,Ta) em ambientes de alta corrosividade, principalmente os de natureza oxidante ou contendo cloretos, o campo de aplicações desses metais e de suas ligas foi ampliado para implantes cirúrgicos (VAQUILA et al., 1999).
Nesse cenário científico, este trabalho teve como objetivo geral o desenvolvimento de ligas binárias de titânio contendo nióbio, zircônio e tântalo para utilização como biomaterial podendo ser empregada na fabricação de prótese total de quadril.
MATERIAL E MÉTODOS: Três ligas de composição diferente foram investigadas neste trabalho: Ti26Zr,Ti26Nb e Ti26Ta. As matérias primas utilizadas tiveram os seguintes grau de pureza: Ti 99,85 %, Zr 99, 97% e Ta 99,9%. O trabalho foi iniciado pelo corte das matérias – primas. Após o corte dos materiais, os mesmos foram submetidos aos processos de decapagem, lavagem e secagem. As massas de cada elemento foram calculadas objetivando obter lingotes com massa de 15 g.
As ligas foram produzidas em forno de indução magnética sob atmosfera controlada de argônio equipado com um cadinho de cobre refrigerado a água. As ligas foram submetidas a tratamento térmico de homogeneização a 900°C por 4 horas sob atmosfera controlada de argônio.
As análises das composições das amostras foram realizadas no espectrofotômetro de fluorescência de raios-x, modelo XRF-1800. O equipamento utilizado na microscopia ótica foi o modelo Leica DMR – ZEISS. As medidas de microdureza foram realizadas em um microdurômetro digital modelo HM20-2T e do módulo de elasticidade no ultramicro durômetro digital SHIMADZU – modelo DUH-W211S.
Os ensaios eletroquímicos foram realizados em uma célula padrão de três eletrodos. O contra - eletrodo constitui de uma lâmina de platina. O eletrodo de referência utilizado foi o de calomelano saturado (ECS). Os eletrodos de trabalho foram construídos a partir dos lingotes obtidos por fusão. O eletrólito utilizado foi a solução de SBF- convencional aerada.
As medidas eletroquímicas das amostras tratadas termicamente foram realizadas com o potenciostato-galvanostato da AUTOLAB (PGSTAT30) conectado aos softwares GPES e FRA2. Para o estudo eletroquímico foram utilizadas as medidas de polarização potenciodinâmicas linear com velocidade de varredura de 1mV/s.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A tabela 1 mostra que a porcentagem dos elementos de liga está próxima à nominal. A diferença deve-se aos seguintes fatores: Ao grau de pureza dos elementos e as refusões. Observa-se também que o cobre do cadinho de fusão não contaminou as amostras Tabela 1(anexo).
As medidas de Microdureza Vickers e o Módulo de Elasticidade estão na tabela 2. Os valores demonstram que a liga com nióbio apresenta dureza menor que as demais. O Nb é muito mais efetivo para estabilização da fase beta do que o tântalo, o que está de acordo com os resultados apresentados por Niinomi (1999). A Ti26Nb possui módulo de elasticidade mais próximo do corpo humano, que segundo Zavaglia (1993) está entre 17 e 35 GPa. Tabela 2(anexo)
As micrografias obtidas das ligas homogeneizadas são apresentadas nas figuras 1a,1b e 1c. Este estudo indicou a formação da fase alfa (fase clara) e da fase beta (fase escura). A liga Ti26Nb é a que apresenta o maior percentual da fase beta. Os resultados apresentados revelam, também, que os percentuais utilizados de Nb e Ta estão abaixo do teor destes elementos para obtenção de ligas unicamente , o que está de acordo com Weiss e Semiatin (1998).Figura 1 (anexo)
A figura 2 apresenta os ensaios de potencial de circuito aberto e na 3 temos as curvas de varredura dos ensaios de polarização potenciodinâmica. Os dados extraídos das curvas são apresentados na tabela 3. A liga Ti26Nb é a que apresenta o valor de potencial de circuito aberto mais nobre, demonstrando que o Nióbio forma filme de passivação mais estável. A resistência de polarização foi maior, tanto pelo método da polarização como da impedância (EIE). Estes valores indicam que ligas com nióbio é mais resistente a corrosão, o que está de acordo com o trabalho de Liu et al. (2007). Fig2 Figura3 Tabela 3(anexo)
CONCLUSÕES: - O método de fabricação utilizando o forno de indução magnética, apresenta-se como boa alternativa para obter ligas Ti26Zr,Ti26Nb e Ti26Ta.
- A análise microestrutural revelou que as ligas apresentaram microestrutura do tipo alfa + beta.
- As ligas utilizadas sofrem passivação espontânea.
- A liga Ti26Nb, quando comparada o módulo de elasticidade e o seu comportamento resistivo a corrosão, revelou-se dentre as ligas estudadas como melhor material para aplicação como biomaterial, a ser empregagado na recomposição de funções exercidas por osso e articulação,na prótese total de quadril.
AGRADECIMENTOS: os autores agradecem ao CNPq, CAPES e REMULT pelo suporte financeiro.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: CAI, ZHUO; SHAFER,T.; WATANABER, I.; NUNN, M.E.; OKABE, T. Biomaterials, 24, p.213-218, 2002.
CALLISTER, W.D. Materials Science and Engennering: 5 edition, p. 589, 2004.
LONG,M.; RACK, H.J. Biomaterials, 19 (1998) 1621.
LIU, Y.Z; Zu, X.T; TANG, R.; XIANG, X.; WANG, L.;MA, W.G. Surface &Coating technology Alloy, 201, p.7538-7543,2007.
NIINOMI, M. et al. materials Science and Engineering, v. A263, p. 193 - 199, 1999.
TEOH S.H. Fatigue of Biomaterials: areview International Journal of Fatigue, 22, 825-837, 2000.
VAQUILA, I.; VERGARA, L.I; PASSEGI,JR M.C.G.; VIDAL, R.A; FÉRRÓN,J. Chemical Reactions at Surfaces: titanium Oxidation, Surface and Coatings Technology, 122, p.67-71,1999.
WEISS, I.;SEMIATIN, S.L. Materials Science and Engineering, v.A206, p.55-62,1988.
ZAVAGLIA, C.A.C. Uso de Biomateriais Cerâmicos em Próteses Ortopédicas.Tese de Livre – Docência, Unicamp,1993.
