Efeito de elementos intersticiais nas propriedades físicas e biocompatibilidade da liga 'TI'-13'NB'-13'ZR'

Abstract

As propriedades mecânicas da liga 'TI'-13'NB'-13'ZR' (TNZ) são modificadas de maneira significativa com a presença de elementos intersticiais tais como oxigênio, carbono, nitrogênio e hidrogênio, principalmente suas propriedades elásticas, causando endurecimento ou fragilização da liga. Este trabalho mostra o estudo da influência do oxigênio nas propriedades da liga TNZ através de medidas de espectroscopia mecânica, usando um pêndulo de torção operando em frequências que variam de 4 a 21 'HZ' e temperatura entre 90 a 700 K. Pode-se observar uma estrutura de relaxação composta por um pico em torno de 150 K que foi associado à reorientação induzida por tensão de átomos de hidrogênio ao redor de átomos oxigênio aprisionados nas vizinhanças de átomos da matriz metálica (par O-H). Foi identificado também um aumento na capacidade de amortecimento na região de alta temperatura, típico de amostras que foram submetidas a tratamentos termomecânicos. Também foi observado que as dopagens causam uma mudança na capacidade de amortecimento, pois a introdução de oxigênio distorce o reticulado cristalino. Uma vez que a liga TNZ é utlizada em implantes ortopédicos, foram realizados ensaios de biocampatibilidade in vitro. No teste de citotoxicidade indireta, nehuma das amostras estudadas apresentou efeito tóxico para as células, mesmo após as dopagens. Foram realizados ensaios de corrosão onde foi observado que, com a dopagem de oxigênio, houve um pequeno deslocamento do potencial de corrosão para valores menos positivos. Porém, foi verificada uma redução significativa da corrente anódica, mostrando que a velocidade de corrosão diminui quando a dopagem é realizada. A introdução de oxigênio diminu o módulo de elasticidade, o que é interessante para ligas utilizadas em implantes ortopédicos.

The mechanical properties of the 'TI'-13'NB'-13'ZR' (TNZ) alloy are modified in significant way with the presence of interstitial elemensts such as oxygen, caborn, nitrogen and hidrogen, mainly its elastic properties, causing the hardening or softening of the alloy. This work shows the study of the oxygen influence on the properties of TNZ alloy by mechanical spectroscopy measurements, using a torsion pendulum operating at frequencies ranging from 4 to 21 'HZ' and temperature between 90 and 700 K. It can be observed a relaxation structure composed by a peak around 150 K that had been associated to the stress induced ordering of hydrogen atoms around oxygen atoms trapped in the neighborhood of atoms of the metllic matrix (O-H pair). It was identified an increase in the damping capacity in the high temperature region, typical of samples that was submitted to thermomechanical treatments. It was also observed that the oxygen charges caused a change in the damping capacity, because oxygen introducing distorts crystalline lattice. Once the TNZ alloy is used in orthopedic implants, it had benn made in vitro biocompatibility measurements. In the cytotoxicity indirect test, none of the samples presented toxic effect for cells, even after oxygen charges. It had been made corrosin assays wehe was observed that, with the oxygen charge, had a small displacement of the corrosin potential for less positives values. However, it was verified a sgnificant reduction in the anodic current, showing that the corrosin velocity decrease when dopping is made. The oxygen introduction decreases the elasticity modulus, what is interesting for orthopedic implants alloys.